消费导刊

11 绪论

1.1 本质安全理论的发展历程本质安全理论方面的研究最早开始于英国[1]。1911 年的煤矿法令颁布后不久，发生了一系列矿井爆炸事故，1912 年有两次，而在 1913 年圣海德（Senghenydd）矿的重大灾祸中有 400 人丧生。之后英国政府马上成立调查团来调查事故的原因，然而要肯定地证实爆炸的确切原因是不可能的，但非常有力地表明火花是由电铃信号电路中产生的。当时由在内政部任技术官员的 R.V.惠勒（R.V.Wheeler）教授帮助调查团研究电铃信号电路所产生火花的引燃特性，为了研究在电铃电路中的火花究竟能不能点燃甲烷—空气混合物这个问题，惠勒教授设计出了火花试验装置。在 1915 年 W.M.桑顿（W.M.Thornton）参加这一工作，并在 1916 年发表了报告，给出本质安全性电铃设计方法的更多知识，从此本质安全理论被建立起来了。到 1928 年，C.B.伯莱特（C.B.Platt）和 R.A.贝利（R.A.Bailey）在报告中提出如何评价整个信号系统的本质安全性而不是分别评价各个设备元件的本质安全性的理论方法，进一步完善了本质安全系统理论[2]。本质安全型电路最早出现在 1914 年，英国学者首先将本质安全技术用于煤矿井下电铃信号线路。最原始的本安型电源是一个 24V 电池和一个与其串联的限流电阻。到 1938 #p#分页标题#e#年开始采用交流电源，用一只降压变压器和一个外接电阻限流，并附加一系列安全措施，如将变压器的原边和副边置于铁芯的不同侧，并附加良好的绝缘衬垫，以防止原副边绕组短路或与铁芯接触。到了 50 年代，英国、苏联和西德等国，在本质安全防爆理论和实际应用方面都取得了显著进展。60 年代末，几乎所有的发达国家都在进行本质安全方面的研究，或者设计自己的试验装置，或者积极参与国际电工委员会（IEC）的活动，着手制定国际统一标准。1965 年德国颁布了自己的标准。同年，国际标准协会（ISA）也颁布了一个标准。ISA 的标准基于一种理论描述，专门为本质安全电路设计人员使用，使设计的电路基本达到本质安全性能。正是从这个目的出发，ISA 并没有指定专门的火花试验装置，而是提供了一系列标准曲线。如果按照这些曲线，并采用很保守的安全系数，所设计出的电路就不必再在火花试验装置中进行费时的检验。可见 ISA 只对很简单的电路才适用，但对设计人员很有好处。在 60 年代后期和 70 年代初期，各国继续在制定国际统一标准上做工作，随后制定了国际标准3极系统的规定转数内是否点燃爆炸性试验混合物等。本质安全检测装置采用火花试验装置[50]。火花试验装置由容积至少为 250cm3的爆炸容器内布置一组电极组成。电极用于在规定的爆炸性试验混合物内产生闭合火花和开路火花。试验装置实际设计实例见附录 II（对于电极结构见附录 I），接触电极之一是有带有两道槽的旋转的镉盘电极组成。另一个接触电极是有四根钨丝组成，钨丝直径为 0.2mm，并固定在圆周直径为 50mm 的极握上。极握用黄铜或其他适当的金属制造。电极结构的安装图如附录 I 所示。旋转极握使钨丝电极在开槽的镉盘上滑动。极握与镉盘之间的距离为 10mm。钨丝的自由长度为 11mm。钨丝是直的，并且装配成：当钨丝不与镉盘接触时，垂直于镉盘表面。驱动镉盘和极握的两轴相距31mm，并且两轴之间和试验装置底盘之间是相互绝缘的。电流通过轴系上的滑动电极流进和流出，两轴由不导电的齿轮合起来，齿轮传动比为#p#分页标题#e# 50：12。用电机带动的极握转速为 80rpm。镉盘较慢向反方向旋转。除气体流动系统外，底盘上的轴承套必须是气密封的。为记录电机拖动极握轴的转数，应配备记数器，或者应用计时器来测定试验的持续时间，从而计算出极握轴的转数。爆炸容器能承受至少1500kPa 爆炸压力，除非火花试验装置研制成释放爆炸压力的型式。在电极结构两端，电极开路时试验装置的自身电容应不超过 30pF；电极闭合时，在 1A 直流电流下电阻应不超过 0.15?，并且自身电感应不超过 3μH。每一系列电路和设备在试验前和试验后应检查火花试验装置的灵敏度。当灵敏度不能满足规定要求时，应按下列程序调整直至达到所要求的灵敏度。

（1）检查标定电路的参数。

（2）检查爆炸性试验混合物的成分。

（3）更换钨丝。

（4）按规定端子接到标定电路并且开动试验装置使电极在空气中旋转 20000 转。

（5）更换镉盘。按照被试电气设备规定的类别应采用下列爆炸性试验气体混合物：

（1）I 类设备：8.0%~8.6%，甲烷—空气。#p#分页标题#e#

（2）IIA 类设备：5.0%~5.5%，丙烷—空气。

（3）IIB 类设备：7.3%~8.3%，乙烯—空气。

（4）IIC 类设备：19%~23%，氢气—空气。在特殊情况下，对指定的气体或蒸气环境中应用并作相应试验和标志的电气5它不需要专门的隔爆外壳，这就大大缩小了设备的体积和重量，简化了设备的结构。本质安全电路的外部传输线还可用一般的胶质线甚至裸线，可节省大量电缆。所以它具有安全性能可靠、结构简单、体积小、重量轻、制造维修方便、造价低等优点。因此，用于爆炸性危险场所的电气系统和电器设备，凡是可以或有希望设计成本质安全型的，总是尽量设计成本质安全型，不设计成隔爆型。随着煤炭生产机械化程度的提高，电工技术和自动控制技术的发展，在井下电控、通讯、信号以及各种检测仪表及保护装置方面，本安型将得到日益广泛的应用。按本质安全型电气设备的结构可分为单一式（全本质安全型）和复合式（部分本质安全型）两种[51]。复合式又分为一般兼本质安全型和隔爆兼本质安全型两种。

1）单一式单一式是指从电源到负载全部电路都是本质安全电路的电气设备，其主要特点是体积小、重量轻、携带方便。井下携带式仪表多属单一式本质安全型，如瓦斯检定器、一氧化碳测定器、测尘器等。

2）一般兼本质安全型如果设备主机置于安全场所（如地面绞车房、调度室等）可设计成一般型，而进入井下的电路部分为本质安全型，这就构成了一般兼本质安全型。例如矿井调度电话系统，调度总机设在地面为一般型，井下各电话分机为本质安全型。3）隔爆兼本质安全型隔爆兼本质安全型电气设备在煤矿井下应用最为普遍，这种类型的设备把非本质安全的部分放在隔爆外壳内。如瓦斯断电仪、扩音电话、采区电气控制、信号、通讯系统等。按本质安全型电气设备的使用范围可分为两类：I 类：煤矿井下用本质安全型电气设备；II 类：工厂用本质安全型电气设备。本质安全设备和关联设备的本质安全部分分为“#p#分页标题#e#ia”或“ib”等级。设备可规定为“ia”和“ib”两个等级。但每个等级参数可以不同。所谓关联设备是指与本质安全电路有电气连接并可能影响本质安全电路安全性能的那部分非本质安全电路的电气设备。关联设备可以是隔爆型或其它防爆类型[52]。

1.4.2.1 ia等级当施加 Um（最高电压，交流有效值或直流最大值）和 Ui（最高输入电压）之4设备，应采用该气体或蒸气与空气形成的混合物在最易点燃的浓度时进行试验。按规定，在每一系列火花点燃试验前，应对火花试验装置的灵敏度进行标定。为此，火花试验装置应在接有 0.09~0.1H 空芯线满档 24V 直流电路中操作。并且该电路中的电流应按表 1-1 调整到相应类别的数值，或者当使用更易点燃试验气体时，将该值除以安全系数。设备类别 电流/mAI 110~111IIA 100~101IIB 65~66IIC30~30.5表1-1 标定电路中的电流Tab. 1-1 The current of calibration circuit火花试验装置的极握，应在接正极时旋转不小于【知网】 400 转和不大于 440 转，这时如果爆炸性混合物至少出现一次点燃，则认为该装置灵敏度合格。被试电路应以最危险电路为基础，并按规定考虑元件容差，且考虑电源供电电压 10%的变化。火花试验装置应接入被试电路中认为可能出现开路和短路的每个试验点上。试验应按适当的电气设备等级，在电路正常工作、一个故障、二个故障以及在最大外部电容（C0【paperpass】）和外部电感（L0）情况下，或电气设备设计的电感与电阻比（L0/R0）的情况下进行。

#p#分页标题#e#每个电路应在下列转数情况下进行试验：（1）对于直流电路—400 转（5min），每一极性 200 转。（2）对于交流电路—1000 转（12.5min）。（3）对于电容电路—400 转（5min），每一极性 200 转。对给定的被检电路或设备，在上述规定的条件下进行火花试验，任一选择试验点的每一次试验均不应出现点燃，则认为其达到本质安全性能。如果一个电路根据参考曲线，可以推断其结构和电气参数有足够的本质安全性能时，则可以不用火花试验装置进行型式试验。

1.3 本质安全型电气设备简介本质安全型电气设备是指电路全部为本质安全电路的电气设备。本质安全型电气设备是通过限制电路的电气参数，进而限制放电能量实现电气防爆的。所以2IEC79-11[3]。在此标准中，德国的装置被推荐为 IEC 标准火花试验装置。这是因为同其他装置相比，该装置在较大范围内具有很高的灵敏度和可靠性。我国在 50 年代初期开始制造防爆电机、防爆电器，50 年代中期开始研究本质安全问题，60 年代初期，我国设计出煤矿用本质安全产品，70 年代初期，我国化工和石油部门也开始设计制造本质安全型设备[4]。

近年来，随着煤炭生产机械化程度的提高，电子技术和自动控制技术的发展，在井下电控、信号通讯以及各种监测仪表和保护装置等方面，已日益广泛地采用本质安全型设备。国外对本质安全理论方面的研究早期主要集中于火花试验装置的设计与评价[5]、电极的电弧放电[6~8]、各种因素对最小点燃电流的影响#p#分页标题#e#[9~11]、最小点燃能量的确定[12~13]和点燃曲线的绘制[14~15]、电路设计及评价电路各元件对性能的影响等方面[16~17]。指出电极分离速度越快、电极材料熔点、汽化热越低，最小点燃电流越低。最小点燃电流也受气体湿度的影响，当相对湿度超过 47%时则影响点燃。后来研究进一步深化，包括补充电感-电容复合电路[18~19]、减小火花能量、提高电路功率[20~23]、频率对本安性的影响[24]、火花装置的改进[25]、本质安全系统[26~27]、安全栅[28]、应用[29~32]方面。近年来国外在本质安全产品应用上也取得了新成果。随着电路的计算机辅助分析方法的发展，美国于 1974 年开发出本质安全性能的计算机分析软件。虽然它属于静态分析，与检测情况有较大差距，但毕竟为非爆炸方法评价电路本质安全性能打下一个很好的基础。国内虽然对本质安全电路理论研究较晚，但进展很快，并且几乎涉及到所有内容。如电弧放电[33~35]、最小点燃能量计算[36]、对铁芯电感研究[37]、试验装置的电气自动控制[38]、对传统火花爆炸检测方法的改进[39~40]、本安实际应用[41~45]等。分析了传统爆炸方法的优缺点，提出采用能量检验法具有试验次数少、精度高的优点。通过数值方法得到静态伏安特性的相关常数，指出初始放电间隙随初始放电电流的增加而增加。分析了熔断器作为保护元件的作用以及如何提高电源容量等。对放电时间的确定和计算机评价电路本质安全性能方法上有较多内容[46~49]。采用微机测试，获得放电时间，建立 E-I-T 曲线。对电路本质安全性能进行静态、瞬态分析，为设计人员预估电路本质安全性能提供理论依据和实用方法。

#p#分页标题#e#1.2 本质安全火花检测试验现状该试验的检测原理是把被试电路接入火花试验装置电极上，电极在充满爆炸性试验混合物的容器内。将电路参数调整到规定的安全系数，并且试验确定在电82 本质安全电路的放电特性研究要进行本课题的研究，本质安全电路的放电是必不可少要研究的问题，它与本质安全电路的理论及检测密切相关。进行防爆检验的部分就是那些被认为可能发生短路、开路或接地等危险点，如果放电产生的能量超过引爆能量就会造成气体混合物的爆炸。因此，本章首先来研究放电的形式及放电的过程。

2.1 电气放电形式电路切换时有可能引燃有爆炸危险混合物的基本放电型式为：火花放电（一次或多次击穿）、电弧放电、辉光放电以及由三种基本放电型式所组成的混合放电。

2.1.1 火花放电火花放电，一般是在接通和断开带电容的安全火花电路时，由于击穿放电间隙而产生的。火花放电的演变过程可分为三个主要阶段。第一阶段（自放电阶段），以施加外电压瞬时起至间隙被击穿为止。这时还没有出现连接两个电极的发光的或微弱发光的火花带。这个阶段称为火花形成阶段。此阶段的特点是火花带的电流小而加在放电间隙上的电压较稳定。这一阶段的持续时间约为 10-9秒，并主要决定于外加电压的数值。如果在火花形成阶段的最后形成了一个导通带，这便是第二阶段的开始。这时电容上的全部电荷将沿着所形成的火花带流通，并使之加热到 100000~20000℃。间隙上的电压迅速将到一个极小的数值，而电流却达到极大值 102~104安。直到此阶段终了时，电容一直在放电。而放电间隙的电阻从最大初始值降低到一个很小的终了值。第三阶段（衰减阶段），其特点是火花带被破坏。这是由于高温火花带的热辐射被周围气体层所吸收，从而使火花带展宽而造成的。对被检测电路而言，是由于连接导线存在分布电容而产生火花放电的。在这种情况下，火花放电所释放的能量主要由两部分组成，在放电电子束中散失的能量和电极表面传导的能量。正是前者的大小决定着放电能否引燃爆炸性危险混合物，所以十分明显，电极表面传导的能量最小而在放电电子束中散失的能量最大的火花最易点燃。在切换电感-电容复合电路时，其过渡过程的电压也可能产生火花放电。随着火花形成机构触点的断开，电路电容上的电压将增长。当满足产生振荡过程的条件时，振荡过电压的数值可能超过电源电压很多倍。在电极间距增大的同时，火6后，在下列每一种情况下，“ia”等级电气设备中的本质安全电路不能引起点燃：

（1）正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障。（2）正常工作和施加一个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障。（3）正常工作和施加二个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障。在电路进行火花点燃试验和评定时，应按下列安全系数施加在电压、电流或两者结合上。对于（1）和（#p#分页标题#e#2），安全系数为 1.5；对于（3），安全系数为 1.0。若仅可能出现一个计数故障，并且它们能满足“ia”等级试验要求，则认为（2）的要求是“ia”等级。若不可能出现计数故障，并且它们能满足“ia”等级试验要求，则也认为（1）的要求是“ia”等级。1.4.2.2 ib等级当施加 Um或 Ui之后，在下列每一种情况下，“ib”等级电气设备中的本质安全电路不能引起点燃：（1）正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障。（2）正常工作和施加一个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障。在上述各种情况下，所施加的非技术故障可以不同。在电路进行火花点燃试验和评定时，应将 1.5 倍安全系数施加在电压、电流或两者结合上。在所有情况下，为确定表面温度，施加在电压或电流上的安全系数应是 1.0。若不可能出现计数故障，并且它们能满足“ib”等级试验要求，则认为（1）的要求是“ib”等级。.1.4 课题研究的内容及其意义本质安全型设备及电路由于自身的优点，在很多方面都有着很广泛的应用。为了保证设备和电路达到本质安全性能，应用之前必须进行防爆检验，必须将电路和设备接到火花试验装置上进行开断试验，具体检测试验过程如前所述。这些试验要在防爆检验站进行，厂家生产的本质安全设备在出厂前，都必须把产品送到防爆站进行检验，检验合格后才允许出厂。目前我国有多个防爆检验站，如煤炭系统的抚顺、上海和重庆煤炭科学研究院防爆检验站。这种防爆检验模拟了危险场所可能出现的最危险情况，因此，通过该检验的本质安全型电气设备具有最大可能的安全性。

但火花试验的缺点也是很明显的，该方法本质上属于抽样检验，#p#分页标题#e#7即用有限子样的统计特征来推断总体（被检电路）的特性，因此不可避免要犯弃真纳伪的错误。此外，该方法试验周期长，可能由于返工而造成产品开发周期的延长。更重要的是，这种试验方法有人为因素存在，检测技术与检测人员的经验水平有关。因此，改进这种引爆检验法，无论在理论和实际上都有必要。 而且对于本质安全电气产品的生产厂家来说，由于不具备这样的测试条件，因此，出厂的产品绝大多数是没有经过检验的，这样一来，实际使用的电气产品不能够保证安全性，存在着很大的安全隐患。另外，厂家也希望能够在送检前自我检测，避免送检时检测失败，造成不必要的损失。基于上述需要，建立一套相对简单易用、造价低廉的测试系统就变得十分必要，以方便在产品出厂前就可以判断产品的本质安全性能，本文选择此课题的目的也在于此。本课题所要解决的问题就是通过研究本质安全电路的电弧放电特性，以建立一套适合于生产厂家使用的本质安全电路的非爆炸检测方法。学者们对评价电路本质安全性能问题也进行了很多的研究与试验，得到了一些非爆炸方法，但从目前来讲，这些非爆炸方法还只停留在评价上，对设计人员有指导作用的，还没有非爆炸检测方法，而要达到的最终目标应是非爆炸检测，这对检验部门和设计人员都有用处。因此，进行这个课题的研究还是很有理论价值和经济意义的。

10在，触头之间电压的继续变化情况取决于负载上的振荡过程。两个原来是接触的并流有电流的电极，当其分开时也会产生电弧。这时无须事先击穿放电间隙，只要一个很小的电压就足够了。这时由于有很强的热激发与自由电子的自激发，从而大大降低了发生弧光放电的条件。当触头之间的距离还很小而电场强度很大时，触头间所形成的电弧乃是带电粒子——电子和离子的流动。强电场和高温度使电子快速迁移并从阴极表面打开。

2.1.3 辉光放电在电压高而电流较小时，可以产生辉光放电。这时放电间隙的电场主要决定于空间电荷的大小及其分布情况。辉光放电的特点是，阴极压降大，为 200~400伏。因此，放电能量大部分损失到电极金属中，占电极能量损失的大部分，而不是作为引燃爆炸危险混合物的能量出现。

2.2 不同性质电路的电气放电电路在正常操作情况下接通和断开时，或在故障状态下通断时，通断处总要产生放电火花。电火花的形成过程和特征与电路的性质（电阻性、电感性、电容性）、开关特性（接通、断开、通断速度、电极材料、电极形状等）有密切关系。

2.2.1 电阻性电路

2.2.1.1 断路火花11电阻性电路无储能元件，火花的能量仅来源于电源。当电路断开时，电极接触面迅速减小，接触部位的电流密度急剧增加，电流密度高达 107~108A/mm2。电极间电阻也逐渐增大，电极间电压随之增大。在电流、电压作用下，电极熔化形成液体金属桥，随后产生金属蒸汽使熔桥破坏，电极间电压上升，当电压高于起弧电压时就产生电弧放电。只要电阻电路的电感大于 0.2μH，就会达到起弧电压。与其他性质的电路相比，电阻性电路的放电火花是较弱的。

#p#分页标题#e#2.2.1.2 闭路火花纯电阻性电路中，当电路闭合时，电极以越来越快的速度相互接近，此时若电源电压较高，在接触前瞬间使空气击穿，会产生电弧放电；若电源电压较低，接触之前不会产生电流。在电极接触瞬间，最高点先接触，并且有一定接触电阻，其电流密度很大，在该处产生高温，使电极熔化和“汽化”。由于气体覆盖层存在，电流重新中断，当电极继续靠近时，又重新发生接触，此过程一直重复到电极闭合为止。实际电路中，纯电阻电路几乎是不存在的，在开断过程中，电路自感使电压升至起弧电压。因此，尽管运行电压低于起弧电压，电路的接通仍会产生电弧。电路的自感小于 0.2μH 时，开关过程才是完全无弧的。

2.2.2 电感性电路电感元件是储能元件，可把电路的能量以磁能形式贮存起来，当电路变化时，又放出能量。电感的特点是当电路状态改变时，电路的电流不能突变，而电压突变，产生很高反电势，这时既有电源向电极间隙放电，又有电感储能放电。

2.2.2.1 断路火花当电路断开时，除具有电阻性电路放电过程外，还受电感磁场储能的影响。断路时电极迅速离开，电阻突然增大，电流急剧降低，则电流变化率很大，在电极间隙处产生很高反电势，电极间先产生弧光放电，然后产生辉光放电。放电能量除电源外，还有电感的储能加入。这不仅增加了放电强度，也加长了放电时间。因此，电感电路的断路火花有更大的危险性。

2.2.2.2 闭路火花由于电感电路电流不会突变，在电路闭合瞬间，电流强度从零开始逐渐上升，不易产生强烈放电。同电感电路断路相比，放电能量小得多。因此，分析电路本安性能时，不作考虑。9花间隙的电气强度也增加。如果电容电压的增长滞后于间隙的电气强度的增长，便不能击穿电极的间隙，并且电感中储集的全部能量均消耗于回路的振荡过程中。如果电气强度的增长速度低于电压的增长速度，则火花间隙将在小于该电路的最大可能的电压下被击穿。这时，由于放电电流的出现而使触头间的电压减小，从而使电流消失。于是，发生的过渡过程使触头电压再次升高，并使放电间隙再次被击穿。这样的火花击穿可能一个接一个地多次发生，直到电容上的电压再不能击穿逐渐增长着的间隙时为止。在放电时没有消耗掉的回路磁能，将消失在放电结束后的回路振荡过程中[53]。

2.1.2 电弧放电电弧放电是研究本质安全理论时最常见的一种放电形式。一般，电弧放电是由某种形式的不稳定放电的不断转化而产生的。这种转化是经过一系列极短的阶段，在每段时间内放电都来不及达到稳定。在多数情况下，转化是以跃变形式来完成的，并形成短路状态。在流有小稳定电流（本身不足以起弧和维持电弧）的电路中，当含有电容和电感时，也可能形成电弧放电。此外，在切换小电流、低电压的电路时，由于液态金属桥的断开也可以形成电弧放电。液态金属桥的形成情况是这样的：在触点断开的瞬时，接触压力急剧地降低，电极接触面减小，过渡电阻值增大。当电极上的电压达到与接触点溶化相应的数值时，电极间便形成液态金属滴。在电极继续打开的过程中，液态金属滴被拉长为连接两电极的液桥。随着桥上电压的增加，金属沸腾，并使桥爆炸般地断开。熔点较低的金属容易形成液桥。由于熔点低的金属沸腾温度也低，所以使桥断开的电流也比难溶金属要小。火花试验装置中采用了熔点相当低的隔，所以很容易成弧。在有桥溶蚀情况下电弧形成的过程中，电弧电压和电流的变化可以人为地分为四个阶段（如图 2-1 所示）。在第一阶段的开始，触电处于闭合状态。当接头断开时，便开始了液态金属桥的形成和电弧的形成与拉长的过程。这个阶段的持续时间 t1决定于电极的断开速度。在桥断之后，开始了第二阶段。在此阶段的初期，周围介质不变，电压均为恒定值，并由被切换电路的电压所决定。然后电压按近似于直线的规律缓慢增长。这时，电流继续减少。此阶段的持续时间#p#分页标题#e# t2-t1决定于电路中储存的能量，并随着能量的变化而改变。第三阶段 t3-t2是熄弧的最后阶段。在此阶段电流中断，标志回路断开的过程结束。由于电路中电感和分布电容的存

2.2.3 电容性电路

2.2.3.1 断路火花电容电路开断瞬间，电极间不存在电位差，对直流电路无切断电流，不会出现明显上述放电现象。

2.2.3.2 闭路火花电容也是储能元件，可以把电源的能量以电场能的形式储存起来。当电路闭合时，既有电源向电极间隙放电，又存在电容储能放电。闭合电容电路瞬间，放电电流极大，而且电容放电极为迅速（放电时间常数τ=R·C 很小），能量高度集中，因此电容火花点燃能力更强，危险性更大。同样的放电能量，电容火花比电感火花、电阻火花更危险。因而在电容电路设计中，对电容值及其跨接电压的限制更为严格。按电容电路最小点燃电压曲线，10μF 电容在甲烷中，设计允许最高点压为 12V。

2.3 小结本章研究了本质安全火花电路不同的放电形式—火花放电、电弧放电、辉光放电，通过分析可知电弧放电是最危险的放电形式，因此对本质安全的理论研究重点放在电弧放电上。此外，还研究了不同性质—电阻性、电感性、电容性电路的电弧放电，它们的差别主要表现在断开方式上。电阻电路断开与闭合、电感电路断开以及电路闭合这四种情况所释放的能量有可能引爆甲烷，而电感电路闭合以及电容电路断开所释放的能量很小，不足以引爆甲烷。