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常熟市常陽(yáng)儀表科技有限公司

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本安型防爆系統(tǒng)與防爆認(rèn)證

日期：2025-12-07 04:31

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摘要：

本安防爆技術(shù)　本安系統(tǒng)的基本構(gòu)成　本安系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般要求　本安系統(tǒng)認(rèn)證
(一)、本安防爆技術(shù)

　　本安防爆技術(shù)是目前*被標(biāo)準(zhǔn)化適合于0區(qū)的技術(shù)。對(duì)于自動(dòng)化儀表，常用的防爆形式依次是本安型、隔爆型和增安型

。然而由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展和低功耗電子器件的不斷誕生，使本安防爆技術(shù)的推廣和應(yīng)用了更為廣闊的空間。特別是由于

本質(zhì)**型(也稱“本安型”)防爆形式與其他防爆形式相比，不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣，而且還具有易操作和維護(hù)方便

等特點(diǎn)，因此這種抑制點(diǎn)火源能量為防爆手段的本安防爆已為儀表制造商和用戶接受。

　　1、本安防爆技術(shù)的基本原理

　　電火花和熱效應(yīng)是引起性危險(xiǎn)氣體的主要點(diǎn)燃源。本安就是通過(guò)限制電火花和熱效應(yīng)兩個(gè)可能的點(diǎn)燃源的能量來(lái)

實(shí)現(xiàn)的。在正常工作和故障狀態(tài)下當(dāng)儀表可能產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)的能量小于這個(gè)能量時(shí)，低度表不可能點(diǎn)燃性危險(xiǎn)氣

體而產(chǎn)生。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(gè)允許的范圍內(nèi)，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(xiǎn)氣體的。

　　2、本安防爆技術(shù)的特點(diǎn)

　　本安防爆技術(shù)實(shí)際上是一種低功率設(shè)計(jì)技術(shù)。通常對(duì)于氫氣(ⅡC)環(huán)境，必須將電路功率限制在1.3W左右。由此可見(jiàn)，本安

技術(shù)能很好的適用于工業(yè)自動(dòng)化儀表。

　　與其他任何防爆型式相比，采用本安防爆技術(shù)可給工業(yè)自動(dòng)化儀表帶來(lái)以下技術(shù)和商務(wù)上的特點(diǎn)。

　　1)、不需要設(shè)計(jì)制造工藝復(fù)雜、體積龐大且又笨重的隔爆外殼，因此，本安儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕和造價(jià)的

特點(diǎn)。據(jù)資料，建立一個(gè)本安型和隔爆型開(kāi)關(guān)傳輸回路的費(fèi)用之比約為1：4.

　　2)、可在帶電工況下進(jìn)行維護(hù)、標(biāo)定和更換儀表的部分零件等。

　　3)、**可靠性高。本安儀表不會(huì)因?yàn)榫o固螺栓的丟失或外殼結(jié)合面銹蝕、劃傷等人為原因而降低儀表的**可靠性。

　　4)、由于本安防爆技術(shù)是一種“弱電”技術(shù)，因此，本安儀表的使用可以避免現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的觸電傷亡事故的發(fā)生。

　　5)、適用范圍廣。本安技術(shù)是*可適用于0區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所的防爆系統(tǒng)。

　　6)對(duì)于象熱電偶等簡(jiǎn)單設(shè)備，不需特別認(rèn)證即可接入本安防爆系統(tǒng)。

　　綜上所述，對(duì)于自動(dòng)化儀表而言，本安防爆技術(shù)是一種比較理想的防爆技術(shù)，它也必將被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)總線智能化儀表

及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　3、本質(zhì)**設(shè)備及關(guān)聯(lián)設(shè)備

　　兩種：本安電氣設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備。

　　1)、本安電氣設(shè)備

　　在標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的條件下(包括正常工作和規(guī)定故障條件)，產(chǎn)生的任何電火花和熱效應(yīng)尚不能點(diǎn)燃規(guī)定的性氣體環(huán)

境的電氣設(shè)備。它可用于危險(xiǎn)場(chǎng)所。

　　它可分為一般本安電氣設(shè)備和簡(jiǎn)單電氣設(shè)備。

　　一般本安電氣設(shè)備

　　具有儲(chǔ)能元件，是需要防爆認(rèn)證的本安電氣設(shè)備，如變送器、接近開(kāi)關(guān)等。

　　簡(jiǎn)單電氣設(shè)備

　　根據(jù)制造商的技術(shù)條件，電氣參數(shù)值均不超過(guò)1.2V，<0.1A,<25mW，<20uJ的電氣設(shè)備，它們無(wú)需防爆認(rèn)證。可以自由地配

置在本安回路中。如：電阻(包括可變電阻)、發(fā)光二極管、開(kāi)關(guān)、熱電偶、熱電阻、應(yīng)變儀。

　　2)、關(guān)聯(lián)設(shè)備(**柵)

　　一種安裝在**場(chǎng)所，本安電氣設(shè)備與非本安電氣設(shè)備之間相連的電氣設(shè)備。

　　**柵能將竄入到現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備的能量限制在**值內(nèi)，從而確保現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、人員和生產(chǎn)的**。本安系統(tǒng)回路的示意圖

如下：

　　4、本安電氣設(shè)備的分類

　　1)、類別

　　基于標(biāo)準(zhǔn)GS3836.1《性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備*1部分通用要求》規(guī)定的電氣設(shè)備分類原則，本安儀表可分為兩類：

　　I類：煤礦用本安儀表(mining industry) 　

　　Ⅱ類：工廠用本安儀表(surface industry)

　　Ⅱ類工廠用本安儀表，跟氣體分組一樣，可進(jìn)一步分為A、B、C三級(jí)。

　　2)、級(jí)別

　　本安儀表及關(guān)聯(lián)設(shè)備，按其使用場(chǎng)4所或相連場(chǎng)所的**程度可分為ia和ib二個(gè)級(jí)別。

　　ia級(jí)是指在正常工作、一個(gè)計(jì)數(shù)故障和兩個(gè)計(jì)數(shù)故障情況下均不能點(diǎn)燃性氣體混合物。即ia級(jí)儀表在大考慮二個(gè)計(jì)

數(shù)故障情況下也不致于產(chǎn)生**失效。

　　ib級(jí)是指在正常工作和一個(gè)計(jì)數(shù)故障情況下不能點(diǎn)燃性氣體混合物。顯然，ia級(jí)儀表的**程度要比ib級(jí)儀表高，ib

級(jí)儀表僅考慮儀表產(chǎn)生一個(gè)故障時(shí)不會(huì)產(chǎn)生**失效，但若儀表出現(xiàn)*二次計(jì)數(shù)故障時(shí)，就可能會(huì)產(chǎn)生**失效。

　　因此，ib級(jí)本安儀表的**程度要比ia級(jí)儀表差，它跟隔爆和增安等防爆型式的儀表一樣只適用于1區(qū)和2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。相

應(yīng)的，ib級(jí)本安關(guān)聯(lián)設(shè)備可與1區(qū)和2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安儀表或設(shè)備相連接。而ia級(jí)本安儀表可以用于危險(xiǎn)等級(jí)高的0區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)

所;ia級(jí)本安關(guān)聯(lián)設(shè)備可與0區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安儀表或設(shè)備相連接。ia級(jí)本安設(shè)備是所有防爆型式中**程度高的一種。

　　3)、設(shè)備溫度等級(jí)

　　設(shè)備溫度等級(jí)規(guī)定了設(shè)備表面的高允許溫度值。這主要基于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的考慮。在絕大部分情況下，工作時(shí)是有較低

溫度等級(jí)的設(shè)備購(gòu)買和**費(fèi)用較高。通過(guò)比較，選用本安設(shè)備將更加有效和經(jīng)濟(jì)。直接安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安設(shè)備需要考慮

設(shè)備溫度等級(jí)，而關(guān)聯(lián)設(shè)備不需要進(jìn)行設(shè)備溫度等級(jí)的部分。設(shè)備溫度等級(jí)一定要小于使用在該危險(xiǎn)場(chǎng)所環(huán)境中可燃物質(zhì)的點(diǎn)

燃溫度，否則會(huì)引起燃燒。

電氣設(shè)備高表面溫度(℃)	450	300	200	135	100	85
溫度組別	T1	T2	T3	T4	T5	T6

溫度組別對(duì)照表

　　5、防爆標(biāo)志

　　本安儀表的防爆標(biāo)志跟其他防爆型式的防爆標(biāo)志一樣，它實(shí)質(zhì)上是儀表所適用的性危險(xiǎn)場(chǎng)所的代號(hào)。

　　通常一個(gè)性危險(xiǎn)場(chǎng)所需用三個(gè)參量來(lái)定義。

　　1)、危險(xiǎn)場(chǎng)所區(qū)域

　　反映可能出現(xiàn)危險(xiǎn)氣體的頻率或持續(xù)時(shí)間，亦即產(chǎn)生的危險(xiǎn)程度。

　　2)、危險(xiǎn)性氣體的種類，即氣體組別考慮可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)氣體的點(diǎn)燃能量。

　　3)、危險(xiǎn)氣體的引燃溫度，即氣體溫度組別考慮可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)氣體的點(diǎn)燃溫度。

　　相應(yīng)地，本安儀表的防爆標(biāo)志也必須在“Ex”防爆標(biāo)記后，依次表達(dá)出儀表可適用的區(qū)域、氣體組別和溫度組別三個(gè)參量

本安電氣設(shè)備防爆標(biāo)志

　　例如，防爆標(biāo)志ExiaIIBT4表示本安設(shè)備可適用于氣體組別不高于II類B級(jí)，氣體引燃溫度不低于T4(135℃)的0區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所

關(guān)聯(lián)設(shè)備(**柵)防爆標(biāo)志

　　例如，防爆標(biāo)志[Exia]IIB表示**柵可適用于氣體組別不高于II類B級(jí)的0區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所，

(二)、本安系統(tǒng)的基本構(gòu)成

　　本安系統(tǒng)是通過(guò)限制電氣能量而實(shí)現(xiàn)電氣防爆的電路系統(tǒng)，且不限制使用場(chǎng)所(其中ia等級(jí)在0區(qū)、I區(qū)、II區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所均適

用)和性氣體混合物的種類(限包括所有可燃性氣體);具有高度的**性、可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性。構(gòu)成一個(gè)本安系統(tǒng)的示意圖

　　1、現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備

　　從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的儲(chǔ)能元件角度考慮，使處于性氣體危環(huán)境中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備按照本安防爆要求設(shè)計(jì)，對(duì)其中包含的電感和電

容等儲(chǔ)能元件回路采限相措施，并使其盡可能減少的同時(shí)，考慮回路元件的功耗及溫升問(wèn)題，以保證該設(shè)備不論是正常工作還

是故障狀態(tài)，均不會(huì)產(chǎn)生由火花和熱源引起的點(diǎn)燃。即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備必須是本安設(shè)備。

　　現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備具有本安性能的主要參數(shù)：

　　高輸入電壓(U_i)

　　施加到本質(zhì)**電路連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)**性能失效的高電壓(交流峰值或直流)。

　　大輸入電流(I_i)

　　　　施加到本質(zhì)**電路連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)**性能失效的高電流(交流峰值或直流)。

　　大輸入功率(P_i)

　　當(dāng)電氣設(shè)備與外電源連接不使本質(zhì)**性能失效時(shí)，可能在電氣設(shè)備內(nèi)部消耗的本質(zhì)**電路的大輸入功率。

　　大內(nèi)部等效電容(C_i)

　　通過(guò)電氣設(shè)備連接裝置出現(xiàn)的電氣設(shè)備總等效內(nèi)電容。

　　大內(nèi)部等效電感(L_i)

　　通過(guò)電氣設(shè)備連接裝置出現(xiàn)的電氣設(shè)備總等效內(nèi)電感。

　　2、連接電纜

　　　從系統(tǒng)布線工程角度考慮，由于連接電纜存在分布電容和分布電感，使連接電纜成為儲(chǔ)能元件。它們?cè)谛盘?hào)傳輸過(guò)程不

可避免地存儲(chǔ)能量，一旦當(dāng)線路出現(xiàn)開(kāi)路或短路時(shí)，這些儲(chǔ)能就會(huì)以電火花或熱效應(yīng)的形式釋放出來(lái)，影響系統(tǒng)的本安性能。

因此既要保證連接傳輸電纜不會(huì)受到外界電磁場(chǎng)干擾影響及與其他回路混觸，又要限制布線長(zhǎng)度和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所帶來(lái)的附加非

本安能量，依此來(lái)確定電纜的允許分布電容和允許分布電感，世界各防爆檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)主要采取以集中參數(shù)的方式考慮電纜分布參

數(shù)的方法。

　　連接電纜本安性能的基本參數(shù)如下：

　　電纜大允許分布電容(C_i)　　(C_c)=(C_k)*L 　　　　電纜大允許分布電感(Lc)　　(L_c)=(L_k)*L

　　式中C_k--電纜單位長(zhǎng)度分布電容; 　L_k--電纜單位長(zhǎng)度分布電感; 　L--實(shí)際配線長(zhǎng)度

　　3、關(guān)聯(lián)設(shè)備-**柵

　　從控制室設(shè)備配置角度考慮，該部分電氣回路必須具備無(wú)論系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)還中故障狀態(tài)，均能夠?qū)?*場(chǎng)所的

非本安回路傳到危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安設(shè)備的能量抑制在點(diǎn)火極限(小點(diǎn)燃能量)以下的保護(hù)功能。

　　**柵本安性能的基本參數(shù)：

　　高電壓(交流有效值或直流Um)

　　施加到關(guān)聯(lián)設(shè)備非本質(zhì)**連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)**性能失效的高電壓。

　　高輸出電壓(Uo)

　　在開(kāi)路條件下，在設(shè)備連接裝置施加電達(dá)到高電壓(包括Um和Ui)時(shí)，可能出現(xiàn)的本質(zhì)**電路的高輸出電壓(交流峰值

或直流)。

　　大輸入電流(I_o)

　　來(lái)自電氣設(shè)備連接裝置的本質(zhì)**電路的大電流(交流峰值或直流)。

　　大輸入功率(Po)

　　能從電氣設(shè)備獲得的本質(zhì)**電路大功率。

　　大外部電容(C_o)

　　可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)**性能失效的本質(zhì)**電路的大電容。

　　大外部電感(Lo)

　　可能連接到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)**性能失效的本質(zhì)**電路的大電感。

　　4、本安系統(tǒng)組合條件

　　為保證設(shè)備的**正常使用，本安系統(tǒng)各配置間必須滿足以下條件。

　　a)、現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備的防爆標(biāo)志級(jí)別不能高于**柵的防爆標(biāo)志級(jí)別。

　　b)、關(guān)聯(lián)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備與連接電纜參數(shù)之間要符合以下不等式。

**柵參數(shù)	**參數(shù)匹配條件	本安儀表參數(shù)+電纜參數(shù)
Uo	≤	Ui
Io	≤	Ii
Co	≥	Ci+Cc
Lo	≥	Li+Lc

(三)、本安系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般要求

　　1、本安系統(tǒng)配置設(shè)備選用原則

　　本安系統(tǒng)由本安現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備(也稱**柵)和連接電纜三部分組成，就本安防爆性能而言，它們必須滿足Uo≤Ui、

Io≤Ii、Po≤Pi、Co≥Cc+Ci和Lo≥Lc+Li四個(gè)條件。這些設(shè)備配置的選用原則是：

　　1)、本安電氣設(shè)備的選用原則

　　簡(jiǎn)單設(shè)備：按照GB3836.4-2000防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于電壓不超過(guò)1.2V、電流不超過(guò)0.1A，且其能量不超過(guò)20μJ或功率不超

過(guò)25mW的電氣設(shè)備可視為簡(jiǎn)單設(shè)備，其中常見(jiàn)的儀表設(shè)備有熱電偶、熱電阻、pH電極、應(yīng)變片和開(kāi)關(guān)等，它們的典型特點(diǎn)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。

　　本安電氣設(shè)備：安裝于危險(xiǎn)場(chǎng)所的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，必須明確以下問(wèn)題：

　　a)、是否已按照GB3836.1-2000和GB3836.4-2000要求設(shè)計(jì)并已被防爆檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)認(rèn)可的本安電氣設(shè)備;

b)、防爆標(biāo)志規(guī)定的等級(jí)是否適用于使用的危險(xiǎn)場(chǎng)所的**要求;

　　c)、明確Ui、Ii、Pi、Ci、和Li參數(shù);

　　d)、本安電路是否接地或接地部分的本安電路是否與**柵接口部分的電路加以有效隔離。

　　e)、信號(hào)傳輸是以何種方式進(jìn)行;

　　f)、本安電氣設(shè)備的低工作電壓及回路正常工作電流。

　　在上述問(wèn)題明確的基礎(chǔ)上，選擇與之對(duì)應(yīng)的**柵。

　　2)、**柵的選用原則

　　a)、**柵的防爆標(biāo)志等必須不低于本安現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的防爆標(biāo)志的等級(jí)。

　　b)、確定**柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的低工作電壓。

　　c)、**柵的本安端**參數(shù)能夠滿足Uo≤Ui、Io≤Ii、Po≤Pi、Co≥Cc和Lo≥Lc的要求。

　　d)、根據(jù)本安現(xiàn)場(chǎng)儀表的電源極性及信號(hào)傳輸方式選擇與之相匹配的**柵。

　　e)、避免**柵的漏電流影響本安現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常工作。

　　f)、**柵有兩大類，一類為齊納式**柵，另一類為隔離式**柵。

　　如何選用及兩者優(yōu)缺點(diǎn)在*95頁(yè)介紹。

　　3)、連接電纜的選用原則

　　用于本安系統(tǒng)中連接本安現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與**柵的連接電纜，其分布參數(shù)在一定程度上決定了本安系統(tǒng)的合理性及使用范圍，

因此必須符合以下條件。

　　a)、連接電纜規(guī)格

　　連接電纜為銅芯絞線，且每根芯線的截面積不小于0.5mm²。

　　介質(zhì)強(qiáng)度應(yīng)能承受2倍本安電路的額定電壓，但不低于500V的耐壓試驗(yàn)。

　　b)、連接電纜長(zhǎng)度的限制

　　在本安系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)本安儀表和連接電纜同為**柵的負(fù)載，當(dāng)**柵與現(xiàn)場(chǎng)本安儀表選定后，也就決定了連接電纜的長(zhǎng)

度。其具體方法如下。

　　根據(jù)Co≥Cc-Ci和Lc≤Lo-Li和公式計(jì)算電纜的大外部分布參數(shù);

　　按照L=Cc/Ck和L=Lc/Lk公式分別計(jì)算電纜長(zhǎng)度，取兩者中的小值作為實(shí)際配線長(zhǎng)度L，但多芯電纜，應(yīng)考慮相互疊加影響。

　　目前國(guó)內(nèi)已有多家電纜生產(chǎn)廠生產(chǎn)專為本安系統(tǒng)設(shè)計(jì)的本安用特殊電纜，為方便比較選用，下面表1給出了典型普通連接電

纜的分布參數(shù)，表2給出了典型國(guó)產(chǎn)本安用特殊電纜分布參數(shù)，以供參考。

表一　典型普通電纜線的分布參數(shù)

名稱	規(guī)格		分布參數(shù)
名稱	截面積/mm²	絕緣厚度/mm	C_k/(μF/Kmm)	L_k/(mH/km)	R/Ω(/km)
RVV	1.0	0.6	0.195	0.617	19.5
	1.5	0.6	0.207	0.577	13.5
	2.5	0.8	0.201	0.583	8.0
RVVP	1.0	0.6	0.248	0.722	19.5
	1.5	0.6	0.248	0.655	13.5
	2.5	0.8	0.241	0.682	8.0

RVV：銅芯聚氯乙烯絕緣及護(hù)套軟線　RVVP：銅芯聚氯乙烯絕緣、金屬屏蔽及護(hù)套軟線

表二　典型國(guó)產(chǎn)本安儀表用特殊電纜分布參數(shù)

聚乙烯絕緣雙芯對(duì)絞屏蔽銅線		截面積/mm²
聚乙烯絕緣雙芯對(duì)絞屏蔽銅線		1.0	1.5	2.5
20直流電阻R/(Ω/km)	一般線芯	18.5	12.4	7.45
20直流電阻R/(Ω/km)	多股軟線芯	19	13.5	7.8
分布電容C_k/(μF/Kmm)		<0.094	<0.104	<0.115
分布電感L_k/(mH/km)	一般線芯	0.46	031	0.19
分布電感L_k/(mH/km)	多股軟線芯	0.48	0.34	0.20
400A/m電磁干擾/mV		<200	<200	<200
10kV靜電干擾/V		<1	<1	<1

　　2、本安系統(tǒng)的優(yōu)化配置

　　實(shí)現(xiàn)本安系統(tǒng)的優(yōu)化配置應(yīng)將上述環(huán)節(jié)統(tǒng)籌考慮。從本安電路設(shè)計(jì)角度及實(shí)際使用情況分析，電纜的分布參數(shù)是影響本安

系統(tǒng)應(yīng)用的主要因素。為了提高系統(tǒng)允許的電纜分布參數(shù)，可以通過(guò)提高**柵允許外接參數(shù)和降低本安設(shè)備內(nèi)部等效參數(shù)的

方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　1)、對(duì)于提高**柵允許外接參數(shù)，可以通過(guò)優(yōu)化分析，合理選擇**柵，盡量選擇具有較低高開(kāi)路電壓和大短路電

流的**柵來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　2)、對(duì)于降低本安儀表內(nèi)部等效參數(shù)，通常也可通過(guò)前述的抑制本安儀表電路中電容電感儲(chǔ)能相同的方法來(lái)完成。但是在

實(shí)踐中，還有一種更有效地抑制本安儀表輸入電容的方法，即在本安儀表輸入端加上兩個(gè)串聯(lián)的正向二級(jí)管，并與整個(gè)本安電

路膠封為一體。這種方法的應(yīng)用，不僅使本安儀表具有反極性保護(hù)的功能，而且由于雙重化二極管的作用，可靠地阻斷了本安

儀表內(nèi)部電容對(duì)電路的放電回路，從根本上避免了儀表內(nèi)部電容對(duì)外電路的影響，此時(shí)儀表的內(nèi)部等效電容可近似的認(rèn)為是零

，即C_i=0，從而大大提高了本安系統(tǒng)的允許電纜分布電容。此時(shí)，C_c=C_o。

　　3、本安系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布線原則

　　1)、整個(gè)系統(tǒng)的接線必須按檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)認(rèn)可的系統(tǒng)組成。

　　2)、慎防本安回路與非本安回路混觸。

　　3)、從控制室到現(xiàn)場(chǎng)的本安電纜與非本安電纜分別敷設(shè)在各自的匯線槽內(nèi)，中間用隔板分開(kāi)，匯線槽帶蓋，以防外部機(jī)械

操作損傷。

　　4)、從現(xiàn)場(chǎng)接線盒或匯線槽引到本安儀表的電纜敷設(shè)在鋼管內(nèi)，以防機(jī)械損傷及電磁感應(yīng)引起的危險(xiǎn)。

　　5)、本安電纜和非本安電纜不公用一根金屬線管和同一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)接線盒。

　　6)、連接電纜及其鋼管、端子板應(yīng)有藍(lán)色標(biāo)志(或**藍(lán)色膠帶)，以便識(shí)別。

　　7)、齊納式**柵的接地匯流條及接地裝置須滿足**柵的使用說(shuō)明書及有關(guān)電氣**規(guī)程的要求。

　　8)、多個(gè)本安電路或關(guān)聯(lián)電路不應(yīng)共用同一電纜(電纜線芯分別屏蔽者除外)或共處同一鋼管內(nèi)(用屏蔽導(dǎo)線除外)。

　　4、**柵選擇

　　**柵主要有齊納式**柵和隔離式**柵兩大類。

　　1)、齊納式**柵

　　齊納式**柵采用在電路回路中串聯(lián)快速熔斷絲、限流電阻和并聯(lián)限壓齊納二極管實(shí)現(xiàn)能量的限制，保證危險(xiǎn)區(qū)儀表與安

全區(qū)儀表信號(hào)連接時(shí)**限能。它采用器件非常少、體積小、價(jià)格低，但也有一些致命的缺陷，使應(yīng)用范圍受到較大的限制。

目前采用顯下降趨勢(shì)。

齊納式**柵原理示意圖

　　a)、使用齊納式**柵，工廠必須要有專門的本安接地系統(tǒng)，本安電路的接地電阻必須小于1Ω。

　　b)、使用齊納式**柵，危險(xiǎn)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)本安表必須為隔離型的，非隔離型的儀表不能采用。

　　c)、使用齊納式**柵，對(duì)供電電源電壓響非常大，電源電壓的波動(dòng)可能會(huì)引起齊納二極管的電流泄漏，從而引起信號(hào)的

誤差或者發(fā)出錯(cuò)誤電平，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使快速保險(xiǎn)絲燒斷而*損壞，按規(guī)定齊納式**柵內(nèi)部齊納管、限流電阻、保險(xiǎn)絲整體澆

封，一旦損壞無(wú)法修復(fù)。

　　d)、使用齊納式**柵，信號(hào)負(fù)極均要接至本安接地，這樣大大降低系統(tǒng)信號(hào)抗干擾能力，影響系統(tǒng)的可靠性，特別對(duì)于

DCS系統(tǒng)影響尤為明顯。

　　2)、隔離式**柵

　　隔離式**柵不但有限能功能，還有隔離功能，它主要由回路限能單元、信號(hào)、電源隔離單元和信號(hào)處理單元組成。其基

本功能框圖如下：

　　它包括獨(dú)立供電隔離式**柵和回路供電隔離式**柵兩大類。

　　a)、隔離式**柵與齊納式**柵相比，雖然價(jià)格要高一些，但是它許多優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)還是給用戶帶來(lái)許多方便，使越來(lái)越

多用戶偏向選擇隔離式**柵。

　　b)、使用隔離式**柵，可以將危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)回路信號(hào)和**區(qū)回路信號(hào)有效隔離。這樣本安自控系統(tǒng)不需要本安接地系

統(tǒng)，簡(jiǎn)化了本安防爆系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)的施工。

　　c)、使用隔離式**柵，大大增強(qiáng)了檢測(cè)和控制回路的抗干擾能力，提高系統(tǒng)可靠性。

　　d)、使用隔離式**柵，允許現(xiàn)場(chǎng)儀表接地，允許現(xiàn)場(chǎng)儀表為非隔離型的。

　　e)、隔離式**柵有許多保護(hù)功能電路，意外損壞的可能性較小，允許現(xiàn)場(chǎng)儀表帶電檢修。這樣可縮短工程開(kāi)車準(zhǔn)備時(shí)間

和減少停車時(shí)間。

　　f)、隔離式**柵有較強(qiáng)的信號(hào)處理能力。如開(kāi)關(guān)量輸入狀態(tài)控制、mV、Pt100變?yōu)?～20mA等等。這樣給現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制

系統(tǒng)的應(yīng)用提供了更大的方便、合理和有效。

　　g)、當(dāng)用戶同時(shí)應(yīng)用DCS和ESD時(shí)，選用一進(jìn)二出的**柵，可以有效地將兩個(gè)系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，避免系統(tǒng)之間互相影響。

　　h)、回路供電隔離式**柵既保持有源隔離式**柵的優(yōu)點(diǎn)，又有齊納式**柵一樣的接線方便，不需要另外24V電源供電

，特別適合配I/O卡直接供電的DCS系統(tǒng)。

　　5、**柵的接地分析

　　齊納式**柵如果不接地，如下圖示。若當(dāng)**區(qū)內(nèi)配電故障導(dǎo)線一個(gè)對(duì)地高電勢(shì)(交流220V的相線)落在**柵上時(shí)齊納

管只限制齊納式**柵導(dǎo)線之間的電壓U₀，但無(wú)法限制任何一線對(duì)地的電勢(shì)，該電勢(shì)被引入危險(xiǎn)區(qū)，一旦現(xiàn)場(chǎng)儀表對(duì)地絕緣隔

離不好，對(duì)地產(chǎn)生短路，立即產(chǎn)生強(qiáng)大的地電流，這樣的高電勢(shì)和對(duì)地電流的能量并沒(méi)有得到限制，因此，極可靠產(chǎn)生火花而

引起危險(xiǎn)。

若**柵有可靠接地，如下所示，當(dāng)同樣的故障發(fā)生時(shí)，齊納管限制了對(duì)地的電勢(shì)，故障電流只能在**區(qū)內(nèi)流過(guò)，這樣確保

危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)**。這個(gè)接地也叫“本安接地”。

采用隔離式**柵的情況

　　當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，由于隔離式**柵內(nèi)有可靠的隔離單元，它對(duì)地產(chǎn)生電勢(shì)，但對(duì)地電流不可能從可靠隔離單元流向危險(xiǎn)區(qū)

，因此在**柵的本安電路側(cè)不需要專門本安接地，只要按照一般要求。如利用屏蔽電纜的話，在現(xiàn)場(chǎng)儀表側(cè)或控制室一側(cè)把

電纜屏蔽接地即可。

　　(四)、本安系統(tǒng)認(rèn)證

　　1、認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)

　　認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)：

　　標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1-2000《性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備*1部分：通用要求(eqv IEC 60079-0：1998)》和GB3836.4-2000《

性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備*4部分：本質(zhì)**型“i”(eqv IEC 60079-11：1999)》

　　標(biāo)準(zhǔn)是等效采用IEC 60079標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于2000-10-17發(fā)布，2001-06-01實(shí)施，替代原來(lái)的GB3836.1983標(biāo)準(zhǔn)。

　　認(rèn)證機(jī)構(gòu)和認(rèn)證標(biāo)志：

　　儀器儀表防爆監(jiān)督檢驗(yàn)站(NEPSI)。

　　她是行使國(guó)內(nèi)及進(jìn)口儀器儀表防爆產(chǎn)品**監(jiān)督和檢驗(yàn)認(rèn)可工作的歸口單位。并分別與美國(guó)工廠聯(lián)研會(huì)(FMRC)、德國(guó)聯(lián)邦

物理技術(shù)研究院(PTB)取得防爆認(rèn)證技術(shù)互認(rèn)(參見(jiàn)網(wǎng)址WWW.NEPAI.COM).


國(guó)外認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)證標(biāo)志	歐洲	美國(guó)	加拿大

　　2、本安系統(tǒng)認(rèn)證

　　本安系統(tǒng)的檢定認(rèn)可要涉及到現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備及其布線。目前，國(guó)際上對(duì)本安防爆系統(tǒng)的認(rèn)可沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定，

即不同的、地區(qū)，不同的廠家，甚至不同的產(chǎn)品采取不同的方式。但是歸納起來(lái)主要有兩種認(rèn)可方式，即系統(tǒng)認(rèn)可和參量

認(rèn)可。

　　1)、本安系統(tǒng)認(rèn)可

　　系統(tǒng)認(rèn)可(System Approva1)是一種防爆檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)將特定的現(xiàn)場(chǎng)儀表認(rèn)定與特定的**柵配套，同時(shí)將電纜的分布電容

和分布電感以集中參數(shù)的方式給出的認(rèn)證方式。這種認(rèn)可工作往往基于對(duì)電路分析驗(yàn)證或必要的火花點(diǎn)燃試驗(yàn)，對(duì)由特定本安

設(shè)備與關(guān)聯(lián)設(shè)備組合而成的系統(tǒng)進(jìn)行合理性和**性確認(rèn)，并由檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具相關(guān)書面文件(通常稱為防爆聯(lián)合取證)。

　　本安系統(tǒng)認(rèn)證框圖如下：

　　系統(tǒng)認(rèn)可方式中，組合配套關(guān)系明確，系統(tǒng)檢定合格，用戶選用簡(jiǎn)單，整體防爆性能容易保證，但組合靈活性差。

　　2)、本安系統(tǒng)參量認(rèn)可

　　參量認(rèn)可是一種對(duì)要認(rèn)可的本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備，分別規(guī)定其**參數(shù)，然后對(duì)其單獨(dú)評(píng)價(jià)**性能，后根據(jù)**參數(shù)

匹配的原則，將本安設(shè)備與關(guān)聯(lián)設(shè)備相連接的方式。這種以設(shè)備本身**額定值為基礎(chǔ)的檢定認(rèn)可方式，目前在歐美較為流行

，有可能成為國(guó)際上通用認(rèn)可方式，其認(rèn)可關(guān)系如下圖。

　　在參量認(rèn)可方式中，將本安設(shè)備與關(guān)聯(lián)設(shè)備先“視作”斷開(kāi)狀態(tài)，在各自的端子規(guī)定其**參數(shù)額定值。

　　其中：

　　對(duì)安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安設(shè)備，給出下列**參數(shù)有Ui、Ii、Pi、Ci和Li。

　　對(duì)安裝在**場(chǎng)所的關(guān)聯(lián)設(shè)備，給出下列**全參數(shù)有Uo、Io、Po、Co和Lo。

　　然后對(duì)本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備分別設(shè)想兩個(gè)獨(dú)立的故障進(jìn)行。所謂**參數(shù)額定值是儀表保持**性能的大額定值，以此

額定值為基礎(chǔ)，來(lái)評(píng)價(jià)本安設(shè)備的本安性能。

當(dāng)上述**參數(shù)認(rèn)可后，電纜分布參數(shù)可根據(jù)下列公式得出	Cc≤Co-Ci
	Lc≤Lo-Li

　　在參量認(rèn)可方式中，通常應(yīng)對(duì)本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備分別進(jìn)行認(rèn)可，標(biāo)上各自編號(hào)的合格標(biāo)簽，以此構(gòu)成的系統(tǒng)，兩者的合

格證編號(hào)是不同的。

　　參量認(rèn)可的大優(yōu)點(diǎn)是使用者可以自由選配實(shí)現(xiàn)本安系統(tǒng)的組合，使用者只要掌握各自的**參數(shù)的額定值，按照確保安

全性能的選配條件，便可自行構(gòu)成本安系統(tǒng)(見(jiàn)本安系統(tǒng)的組合條件)。

　　本安系統(tǒng)的認(rèn)證無(wú)論采取上述何種方式，除考慮檢成系統(tǒng)的三要素：本安現(xiàn)場(chǎng)儀表、連接電纜和關(guān)聯(lián)設(shè)備之外，還應(yīng)結(jié)合

其結(jié)構(gòu)特征、是否接地、二次儀表的阻抗等綜合考慮。目前，我國(guó)防爆檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)主要采取的認(rèn)可方式實(shí)質(zhì)上仍為“系統(tǒng)認(rèn)可”

方式，即“聯(lián)合取證”方式，并逐步向“參數(shù)認(rèn)可”方向推進(jìn)。在進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)備檢定認(rèn)可時(shí)，在認(rèn)可文件中給出了高開(kāi)路電

壓Uo、大短路電流Io、大允許外接電容Co和大允許外接電感Lo四個(gè)參數(shù)。而在進(jìn)行本安設(shè)備檢定認(rèn)可時(shí)，在認(rèn)可文件中

又規(guī)定配套使用的關(guān)聯(lián)設(shè)備的型號(hào)規(guī)格(可以是一個(gè)或多個(gè))以及系統(tǒng)允許的電纜分布參數(shù)值，它在考核確認(rèn)各自**性能的基

礎(chǔ)上，加以考慮相互間的系統(tǒng)匹配而確定的本安系統(tǒng)配備，確保了整個(gè)系統(tǒng)的防爆**性能。

　　該方式比較適合我國(guó)目前的國(guó)情，既限制了本安系統(tǒng)各組成部分的型號(hào)，又在一定范圍內(nèi)給出多種選擇，但總的發(fā)展趨勢(shì)

是走“參量認(rèn)可”道路。特別是GB3836.4-2000標(biāo)準(zhǔn)的頒布，標(biāo)志著我國(guó)已采納“參量認(rèn)可”方式。

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