IEC 60079-7 增安型防爆連接元件要求

本文作者：UL 上海工程部 Ada Shen

繼上期所提及的此次第五版 IEC 60079-15:2017 在改版中，將「無火花型 (Non-sparking, nA)」的防護方式轉移到「IEC 60079-7 增安型 (Increased Safety)」 中，並列為 “ec” 型防護方式 ── 隨 ec 型的追加，則原 IEC 60079-7 第四版的防護方式 “e” 在第五版中變更為 “eb” 型。此所示的字母 “b”與 “c”分別代表不同的保護等級，”eb” 適用於 Zone 1 和 Zone 2，”ec” 僅適用於 Zone 2。由於增安型防護方式不適用於 Zone 0，因此 “ea” 型不存在。

無火花型 (Non-sparking, nA) 看似是與增安型 (Increased Safety) 名稱完全不同的一個保護方式，但其實兩者皆基於相似的防護概念：即低表面溫度和無火花。而基於此一防護概念，連接元件 (Connector) 則被視為增安型防爆設備中十分關鍵的零組件。本文即簡要說明 eb 等級、ec 等級的防爆連接元件要求。

一般結構要求

增安型防爆連接元件在結構上皆需符合以下一般要求：

  1. 安裝要妥善固定，避免使用時導線鬆脫；
  2. 使用時導線連接點不可受損；
  3. 確保使用時保持適當的接觸壓力；
  4. 正常使用時，溫度變化不能損傷結構；
  5. 不可通過絕緣材料施加接觸壓力；
  6. 一個夾緊點不可貫穿多根導線，除非進行額外的評估；
  7. 固定多股導線時，需採取保護措施，使接觸壓力均勻分佈；
  8. 螺絲連接件需提供宣告扭力值；
  9. 無螺絲式連接件使用符合 IEC 60228 的 Class 5 或 Class 6 的多芯細導線時，應有打開夾緊機構的方法，以避免安裝時損傷導線。

配線結構要求

除了一般要求以外，另應用在不同的配線方式，則會有不同的結構要求，以下列舉常見配線方式的要求：

A) 現場配線 (Field Wiring Connections) ── 對於按照 IEC 60947-7-1、IEC 60947-7-2、IEC 60947-7-4、IEC 60999-1 或 IEC 60999-2 設計的連接端子：

  • 要求 eb 型進行端子絕緣材料測試 (Terminal Insulating Material Test) 驗證絕緣材料的可靠性。且溫升測試中，在額定輸入電流 110% 的條件下，導體上所測得的溫升不能超過 40K。
  • 對於使用導線截面積不超過 35mm2 (2 AWG) 的端子，還必須適用於 IEC 60079-7 的 Annex F 附表中對應 ISO 導線尺寸至少小兩級的截面積導線的可靠連接。

B) 工廠配線 (Factory Connections) ──

  • 永久連接 (Permanent Connections)：若採用焊接方式達成永久連接的電氣連接方式，除了焊接之外還需要提供額外的機械固定。
  • 可插拔連接件 (Pluggable Connections)：eb 型需要同時符合以下 3 點要求，ec 型插入式連接件則僅針對第 3 點進行評估：
    1. 每個連接件至少具備兩個連接點，每個連接點均獨立於另一個接觸點。
    2. 如果在連接斷開時仍會帶電，則連接件必須帶有互鎖 (Interlock) 裝置，防止在帶電時斷開連接，或標記警語 “DO NOT CONNECT OR DISCONNECT WHEN ENERGIZED”。
    3. eb 型連接件的機械固定裝置可以承受至少 30N 的拉力測試；對於僅依靠摩擦力來固定連接的連接零件 (例如保險絲)，應以零件重量的 200 倍進行測試。而 ec 型連接件的機械固定裝置應可以承受至少 15N 的分斷力；對於僅依靠摩擦力來固定連接的連接零件，應以零件重量的 100 倍進行測試。
  • 橋式連接 (Pluggable Terminal Bridging Connections)：設計成一次性連接結構，在維護或修理時不能連接或拆卸。其連接可靠性需要通過拉力測試驗證。對於 eb 型，以連接件重量的 200 倍進行測試。對於 ec 型，則以連接件重量的 100 倍進行測試。

其他結構要求

除了上述的一般要求與配線結構要求，尚有其他結構要求，列舉部分要求如下：

A) 固體電氣絕緣材料 (Solid Electrical Insulating Material) 的長期熱穩定性

  • 對於 eb 型，絕緣材料的 RTI (Electrical) 應高於電氣設備額定運行時的最高溫度 20K 以上，並至少為 80 度。
  • 對於 ec 型，絕緣材料的 RTI (Electrical) 應至少等於電氣設備額定運行時的最高溫度。

B) 絕緣距離 (Clearance & Creepage Distance)

  • 接線端子間的電氣間隙，應根據形成最小電氣間隙的導線尺寸進行評估。
  • 對於不同電位裸露導體之間的電氣間隙，應符合 Table 2 的要求。
  • 對於現場配線部分的絕緣距離，eb 型應不小於 3mm；ec 型應不小於 1.5mm。
  • 對於 ec 型，僅限從插座接出的主迴路，以及不同絕緣迴路間需滿足 Table 2 加強絕緣距離要求，PWB 板上零件之間及其腳位不要求加強絕緣距離。
  • 對於沿面距離，符合下列情況的凸肋與凹槽 (Ribs & Grooves) 視為有效：
    1) 對於 eb 型，凸肋高度至少 2.5mm，厚度至少 1.0mm；凹槽深度至少 2.5mm，寬度至少 2.5mm；
    2) 對於 ec 型，凸肋高度至少 1.5mm，厚度至少 0.4mm；凹槽深度至少 1.5mm，寬度至少 1.5mm。
  • 對於 ec 型，若符合以下所有條件的情況，現場配線部分以外的距離可降低要求，改以 IEC 60079-7 的 Annex H 附表 Table H.1 進行評估：
    1) 設備使用環境的污染等級為 Pollution Degree 2 或更好；
    2) 設備使用保護等級至少為 IP54 的外殼；
    3) 設備額定電壓上限為 275Vac 或 390Vdc；
    4) 設備提供暫態過電壓保護裝置 (Transient Protection Device)，保護不超過產品輸入電壓的峰值額定電壓的 140%。

測試要求

eb、ec 型設備的基本測試，可包括溫升測試 (Temperature Test)、耐熱耐寒測試 (Thermal Endurance to Heat and Cold)、絕緣材料測試 (Terminal Insulating Material Test)、耐壓測試 (Dielectric Strength) 等。除 IEC 60079-7 特別說明部分外，基本要求均遵循 IEC 60079-0。而其中需特別注意耐熱測試條件 (Thermal Endurance Test to Heat) 如下所述：

結語

總結增安型防爆連接元件結構要求，eb 型的要求基本延續了原 Ex e 型的標準要求，而 ec 型的要求主要是來自第四版 IEC 60079-15 中 nA 型的結構要求。

本文將兩種類型 eb 和 ec 型的要求做了整合比較，除可看出要求的參數差異外，但整體來看，兩種類型的防護方式的要求基本一致。而最終類型為 eb 或 ec，將可根據產品的實際情況或使用環境選擇最合適的防護等級。

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