UL 121201 標準的 Nonincendive 電路要求簡介
本文作者//UL 工程部 Oswald Chang
評估設備是否為 Nonincendive Equipment 為 UL 121201 標準常用的評估方式，其中可行性較高的評內部電路評估為 nonincendive circuit，其僅限於產品內部的電路。倘若從事防爆產品的製造商能在產品設計階段，就將用途廣泛的電路能量限制納入考量並設定為防護方法，將有機會大幅簡省產品設計完成後的修改電路、變更額定值、及考慮其他防護方式所花費之時間與成本。
UL 121201 標準主要是評估電器用在 Class I Division 2 與 Class II Division 2 之危險環境時，經常被援引使用的美國與加拿大調和標準 (Harmonized Standard)，而其中最常被採用作為評估方式之一為：評估設備是否為Nonincendive Equipment，必須評估的部分可包含內部與外部連接的電路評估。
本文將介紹較為常見與可行性較高的內部電路評估部分，也就是標準中所指的 nonincendive circuit 名詞。此部分要特別注意的是，nonincendive circuit 僅限於產品內部的電路，若包含與其他裝置間的連接，則必須另行評估其是否符合美國電工法規 NEC 中的 nonincendive field wiring 之規定。
Nonincendive 電路定義與說明
首先定義 nonincendive：產品電路於正常工作 (normal operating conditions) 下不會引燃可燃性氣體/塵體/纖維飛揚物。
其次說明 nonincendive 電路：nonincendive 電路為 UL 121201 標準中的其中一種防護，其異於另一種也很常見的 normally nonarcing 防護 ── nonincendive 型態的電路因設定使用功能所需，會在電路正常運作下被操作連接與中斷 (make/break)，茲舉例常見的裝置如下：
- 電阻式觸控面板
- 鍵盤
- 按鈕開關
- 功能性控制鍵 (如亮度調整、音量調整…)
- 可調式旋鈕
- 未使用之外露式 POGO 接腳 (如 I/O docking)
評估裝置使用於 Nonincendive 電路流程
評估步驟如下說明：
- [Step 1] 尋找會在電路正常運作下被操作連接與中斷的火花裝置 (make/break)
- [Step 2] 紀錄與此火花裝置連接之所有零件
- [Step 3] 將此接線簡化為等效電路 (下圖為等效電路範例)
- [Step 4] 計算火花裝置開路電阻性電壓與短路電流
- [Step 5] 計算與火花裝置直接相接之儲能元件 (電感/電容)
- [Step 6] 將 Step 4 & 5 的值比對 CSA/UL 60079-11 能量限制曲線 (標準裡的 Figure A.1~Figure A.6)
Nonincendive 電路限制值比對範例
以下則為根據上節的 [Step 3] 等效電路示範評估說明：
| 負載類型 | 能量/儲存能量能力 (Step 4 & 5 列出) |
Limit in CSA/UL 60079-11 (Step 6 列出標準對應曲線) |
| 電阻性 | > 最大開路電壓為3.3 V > 最大短路電流為 3.3 V/(10K Ω +33Ω) = 0.33 mA |
依據底下 Fig.1，此能量於限制曲線以下 |
| 電容性 | 與火花裝置直接相連之容值為 0.1 µF | 依據底下 Fig.2，此容值為限制曲線以下 |
| 電感性 | 無電感與火花裝置相連 | 無電感相接不需使用 |
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| Fig.1 (X 軸電壓、Y軸電流) (即 UL 60079-11 Ed.6 Figure A.1) |
Fig.2 (X軸電壓、Y軸電容值) (即 UL 60079-11 Ed.6 Figure A.3) |
結語
Nonincendive 電路可提供防爆產品製造商，在設計階段就納入電路能量限制考量的其一防護方式。 因此不論是攜帶式或固定式產品皆可使用此防護方式，達到讓產品操作人員於正常工作下必須要有的按壓、連接、中斷電路動作，以及對於外露式不使用之導體接點，都可以透過等效電路上的分析設計達到確保其不因導體外露而有產生火花引爆的可能。
一旦具備相關分析與了解標準對應的限制要求能量曲線，就能夠在設計產品的時候合理導入，大大節省產品設計完成後修改電路、變更額定值、考慮其他防護方式所花費的時間與成本。
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