在許多工業(yè)過程中，需要處理一些易燃易爆的工藝介質(zhì)，為確保人員生命和生產(chǎn)裝置的財產(chǎn)安全咪辱，防爆技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各個行業(yè)及相關(guān)專業(yè)，形成一系列的行業(yè)椎组、國家和國際標(biāo)準(zhǔn)油狂，并隨著工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。對于自動化儀表寸癌，最常用的防爆型式是本安型专筷、隔爆型和增安型。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展和低功耗電子器件的不斷誕生兰捣，本安防爆技術(shù)得到了更為廣泛的推廣和應(yīng)用槐骂。特別是由于本質(zhì)安全型(也稱“本安型”)防爆型式與其他防爆型式相比，不僅具有結(jié)構(gòu)簡單赞亡，適用范圍廣肪躯，而且還具有易操作和維護(hù)方便等特點，因此這種以抑制點火源能量為防爆手段的本安型防爆儀表已被制造商和用戶接受生纫。

　　1 本質(zhì)安全防爆技術(shù)的原理

　　本安防爆技術(shù)實際上是一種低功率設(shè)計技術(shù)掀舷。通常對于氫氣(ⅡC)環(huán)境药锯，必須將電路功率限制在1.3W 左右。由此可見幅猖，本安技術(shù)能很好地適用于工業(yè)自動化儀表怒随。

　　針對電火花和熱效應(yīng)是引起爆炸性危險氣體爆炸的主要引爆源，本質(zhì)安全技術(shù)通過限制電火花和熱效應(yīng)這兩個可能的引爆源來實現(xiàn)防爆艳禁。在正常工作和故障狀態(tài)下臀胞，當(dāng)儀表產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)的能量小于一定程度時，電度表不可能點燃爆炸性危險氣體而產(chǎn)生爆炸叮廉。它實際上是一種低功率設(shè)計技術(shù)蛋济。原理是從限制能量入手，可靠地將電路中的電壓和電流限制在一個允許的范圍內(nèi)炮叶，以保證儀表在正常工作或發(fā)生短接和元器件損壞等故障情況下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不致于引起其周圍可能存在的危險氣體的爆炸碗旅。通常對于氫氣環(huán)境，也就是危險程度最高镜悉、最易爆的環(huán)境祟辟，必須將功率限制在1.3W 以下。國際電工委員會(IEC)規(guī)定侣肄，在危險程度最高的危險場所0區(qū)旧困，只能采用Ex ia 等級的本安防爆技術(shù)。因此稼锅，本安防爆技術(shù)是一種最安全吼具、最可靠、適用范圍最廣的防爆技術(shù)矩距。本質(zhì)安全型儀表設(shè)備按安全程度和使用場所不同拗盒，可分為Ex ia 和Ex ib。Ex ia 的防爆級別高于Ex ib锥债。

　《赣① Ex ia 級本質(zhì)安全儀表在正常工作狀態(tài)下以及電路中存在一個或兩個故障時，均不能點燃爆炸性氣體混合物钧鸥。ia 型儀表可適用于0 區(qū)面塌、1 區(qū)和2 區(qū)。

　「嗝А② Ex ib 級本質(zhì)安全儀表在正常工作狀態(tài)下以及電路中存在一起故障時甘直，不能點燃爆炸性氣體混合物。ib 型儀表可適用于1 區(qū)和2 區(qū)劣晾。

　　2 本質(zhì)安全防爆技術(shù)的特點

　　與其他任何防爆型式相比呐蹂，采用本安防爆技術(shù)的工業(yè)自動化儀表具有以下技術(shù)和商務(wù)上的特點。

　∧怠① 不需要設(shè)計制造工藝復(fù)雜伐种、體積龐大且又笨重的隔爆外殼些吨，因此，本安儀表具有結(jié)構(gòu)簡單啡罗、體積小林葬、重量輕和造價低等特點。據(jù)資料骤视，建立一個本安型和隔爆型開關(guān)傳輸回路的費用之比約為1：4.

　“鞍② 可在帶電情況下進(jìn)行維護(hù)、標(biāo)定和更換儀表的部分零件等专酗。

　《锰印③ 安全可靠性高。本安儀表不會因為緊固螺栓的丟失或外殼結(jié)合面銹蝕祷肯、劃傷等人為原因而降低儀表的安全可靠性沉填。

　　④ 由于本安防爆技術(shù)是一種“弱電”技術(shù)佑笋，因此翼闹，本安儀表的使用可以避免現(xiàn)場工程技術(shù)人員的觸電傷亡事故。

　〗场⑤ 適用范圍廣猎荠。本安技術(shù)是唯一可適用于0 區(qū)危險場所的防爆技術(shù)。
　
　∈癖浮⑥ 對于像熱電偶等簡單設(shè)備关摇，不需特別認(rèn)證即可接入本安防爆系統(tǒng)。

　　3 本質(zhì)安全防爆技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用

　　本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)由3 部分組成：現(xiàn)場本質(zhì)安全儀表設(shè)備足贴、本質(zhì)安全系統(tǒng)網(wǎng)電纜及本質(zhì)安全關(guān)聯(lián)設(shè)備∧蹬荩現(xiàn)場儀表包括各種安裝在危險場所的一次檢測儀表（如兩線制變送器）姥勤；本質(zhì)安全系統(tǒng)網(wǎng)電纜一般為藍(lán)色或加藍(lán)色套管與其它電纜相區(qū)別哮寨；關(guān)聯(lián)設(shè)備包括齊納式安全柵、隔離式安全柵以及其他形式的具有限流施俩、限壓功能的保護(hù)裝置瞎遗，能將竄入到現(xiàn)場本安設(shè)備的能量限制在安全值內(nèi)，從而確迸祝現(xiàn)場設(shè)備截纹、人員和生產(chǎn)的安全。

　　典型系統(tǒng)回路圖如圖1 所示幻役。系統(tǒng)回路以安全柵為界分為本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路贬屹。從安全柵通過本質(zhì)安全電纜連接到現(xiàn)場儀表所構(gòu)成的電路為本質(zhì)安全電路；從安全柵到DCS 以及到供電電源的電路為非本質(zhì)安全電路伦秀。

　　4. 1 本安防爆是整體防爆的概念

　　對構(gòu)成系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備月锅、安全柵必須經(jīng)過國家授權(quán)的認(rèn)證機(jī)構(gòu)的防爆認(rèn)證癌炒，同時需要認(rèn)證機(jī)構(gòu)簽發(fā)本安儀表和安全柵的聯(lián)合取證確認(rèn)該本安回路的安全性。現(xiàn)場設(shè)備為簡單設(shè)備時無需本安認(rèn)證迹蛤，即可與已取得本安認(rèn)證的安全柵配合構(gòu)成本安防爆回路民珍。簡單設(shè)備是指觸點開關(guān)、熱電偶盗飒、熱電阻嚷量、發(fā)光二極管以及橋路等，設(shè)備中不含儲能元件逆趣。

　　4. 2 本質(zhì)安全回路防爆認(rèn)證的原則

　　現(xiàn)場本安設(shè)備蝶溶，安全柵認(rèn)證參數(shù)要匹配。

　　Uo：最高輸出電壓汗贫，在最高允許電壓范圍內(nèi)本安端開路時電壓最大值身坐。

　　Io：最大輸出電流，在最高允許電壓范圍內(nèi)本安端短路時電流最大值落包。

　　Co：最大外部電容部蛇，保證本質(zhì)安全性能情況下本安端最大允許外接電容。

　　Lo：最大外部電感咐蝇，保證本質(zhì)安全性能情況下本安端最大允許外接電感涯鲁。

　　Ui：最高輸入電壓，施加到本質(zhì)安全現(xiàn)場儀表上法雄，不會使本質(zhì)安全性能失效的最高電壓用兵。

　　Ii：最大輸入電流，施加到本質(zhì)安全現(xiàn)場儀表上白叫，不會使本質(zhì)安全性能失效的最大電流晴顷。

　　Ci：最大內(nèi)部電容，現(xiàn)場本安儀表內(nèi)總等效電容队装。

　　Li：最大內(nèi)部電感狮善，現(xiàn)場本安儀表內(nèi)總等效電感。

　　Cc：本安電纜的分布電容烟焊。

　　Lc：本安電纜的分布電感换募。

　　5 本質(zhì)安全儀表及回路的特殊要求

　　必需時，本質(zhì)安全型儀表系統(tǒng)必須具有可靠的獨立接地隔造。整個自動化儀表系統(tǒng)有4 種類型的接地：本質(zhì)安全型儀表系統(tǒng)接地洲稽、信號回路接地、屏蔽接地和保護(hù)接地刃勤。信號回路接地與屏蔽接地可共用一個單獨的接地極蚂朽，本質(zhì)安全儀表系統(tǒng)需獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，與其它接地網(wǎng)相距5m 以上湖饱，一般要求本質(zhì)安全地的接地電阻小于1Ω掖蛤。其它兩種接地電阻按設(shè)計或規(guī)范要求一般在4Ω 以下皇筛。保護(hù)接地可接到電氣工程低壓電氣設(shè)備的保護(hù)接地網(wǎng)上。

　　5.2 對連接電纜的要求

　　從系統(tǒng)布線工程角度考慮坠七，由于連接電纜存在分布電容和分布電感水醋，使連接電纜成為儲能元件。它們在信號傳輸過程不可避免地存儲能量彪置，一旦當(dāng)線路出現(xiàn)開路或短路時拄踪，這些儲能就會以電火花或熱效應(yīng)的形式釋放出來，影響系統(tǒng)的本安性能拳魁。因此既要保證連接傳輸電纜不會受到外界電磁場干擾影響及與其他回路混觸惶桐，又要限制布線長度和感應(yīng)電動勢所帶來的附加非本安能量，依此來確定電纜的允許分布電容和允許分布電感潘懊。一般情況下姚糊，主要采取以集中參數(shù)的方式考慮電纜分布參數(shù)的。

　　連接電纜本安性能的基本參數(shù)如下：

　　電纜最大允許分布電容 Cc=Ck ╳ L

　　電纜最大允許分布電感 Lc=Lk ╳ L

　　式中：Ck--單位長度電纜分布電容; Lk--單位長度電纜分布電感; L--實際配線長度授舟。

　　本質(zhì)安全系統(tǒng)網(wǎng)電纜一般是一種低電容婆跋、低電感的電纜，與其它電纜相比具有優(yōu)異的屏蔽性能和抗干擾性能络灾，適用于爆炸危險場所及其它防爆安全要求較高的場合簇精。在使用中應(yīng)注意以下幾點：

　　① 本安線路內(nèi)的接地線與屏蔽連接線要可靠絕緣蜕芭；

　≡匦恪② 信號回路的接地點應(yīng)在控制室側(cè)，當(dāng)采用接地型熱電偶和檢測部分已接地的儀表時乳的，控制室側(cè)不再接地泥贷。此時，系統(tǒng)中一般配置隔離式安全柵硼环。

　⊥菘簟③ 屏蔽電纜的備用芯線與電纜的屏蔽層，應(yīng)在同一側(cè)接信號回路地≈荷模現(xiàn)場側(cè)應(yīng)作良好的絕緣處理赴辨。

　　5.3 設(shè)備溫度組別

　　設(shè)備溫度組別規(guī)定了設(shè)備表面的最高允許溫度值眯找。這主要基于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的考慮好勤。在絕大部分情況下，有較低溫度組別的設(shè)備購買和安全方面費用較高啼染。通過比較宴合，選用本安設(shè)備將更加有效和經(jīng)濟(jì)。直接安裝在危險場所的本安設(shè)備需要考慮設(shè)備溫度等級迹鹅，而安裝在安全場所的關(guān)聯(lián)設(shè)備不需要考慮設(shè)備溫度組別卦洽。設(shè)備溫度組別一定要小于使用在該危險場所環(huán)境中可燃物質(zhì)的點燃溫度贞言，否則會引起燃燒爆炸。
 
　　5.4 本安電氣設(shè)備的選用原則

　　5.4.1 簡單設(shè)備

　　按照GB3836.4-2000 防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定阀蒂，對于電壓不超過1.2V该窗、電流不超過0.1A，其功率不超過25mW 的電器設(shè)備可視為簡單設(shè)備蚤霞，他們的典型特點是儀表設(shè)備的內(nèi)部等效電感Li=0,內(nèi)部等效電容Ci=0酗失。此類設(shè)備可直接應(yīng)用在現(xiàn)場，但應(yīng)由主業(yè)人員評估可能由此產(chǎn)生的不安全因素昧绣。

　　5.4.2 本安電氣設(shè)備

　　安裝于危險場所的現(xiàn)場設(shè)備必須明確以下問題

　」骐取① 是否已按照DB3836.1-2000 和GB3836.4-2000 要求設(shè)計并已被國家防爆檢驗機(jī)構(gòu)認(rèn)可為本安電氣設(shè)備；

　∫钩搿② 防爆標(biāo)志規(guī)定的等級是否適用于使用的危險場所的安全要求塞姻；

　　③ 本安電路是否接地或接地部分的本安電路是否與安全柵接口部分的有源電路加以有效隔離的惕；

　〕呃健④ 信號傳輸?shù)姆绞郊氨景搽姎庠O(shè)備的最低工作電壓和回路正常工作電流。

　　在明確以上問題的基礎(chǔ)上补屎，選擇相對應(yīng)的安全柵延坡。

　　5.4.3 安全柵的選用原則

　　① 安全柵的防爆標(biāo)志等級必須不低于本安現(xiàn)場設(shè)備的防爆標(biāo)志等級付厦。

　《娌② 確定安全柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安現(xiàn)場設(shè)備的最低工作電壓。

　〕③ 安全柵的本安端安全參數(shù)能夠滿足Uo≤Ui蟆盖、Io≤Ii、Co≥Ci+Cc园环、Lo≥Li+Lc 的要求多梦。

　　④ 安全柵要與本安現(xiàn)場儀表的安全極性及信號傳輸方式相匹配陋气。

　±头汀⑤ 做好相應(yīng)的保護(hù)工作，避免安全柵的漏電電流影響本安現(xiàn)場設(shè)備的正常工作巩趁。

　　6 結(jié)束語

　　雖然本安型儀表在儀表匹配痒玩、電纜的使用和接地等方面有許多特殊的要求，但隨著微電子技術(shù)议慰、微處理器技術(shù)的迅速發(fā)展蠢古，工業(yè)自動化儀表已趨于低功耗、電子化、小型化草讶，更加容易實現(xiàn)本質(zhì)安全洽糟。綜上所述，對于自動化儀表而言堕战，本安防爆技術(shù)是一種比較理想的防爆技術(shù)坤溃，它也必將被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場總線智能化儀表及現(xiàn)代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中。

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