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本質安全儀表防爆知識介紹
2021-01-14
為保障人身和財產安全，杜絕火災爆炸事故的發生，從中央到地方，從企業到員工均高度重視防爆技術。目前，防爆技術已經廣泛應用于各行各業，并形成了一系列的行業、國家和國際標準，并隨著工業的發展而逐漸提高。在自動化儀表中，本安型、隔爆型和增安型是最為常用的防爆形式。其中，本安防爆技術，即本質安全型（簡稱本安型）防爆形式，相比其他防爆形式不僅結構簡單，適用范圍廣，而且還具有易操作和維護方便等特點。目前，這種通過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普遍接受，并得到了更為廣闊的推廣和應用。為便于用戶更好地應用本安儀表，本文就本質安全儀表的防爆知識介紹如下。
一、本質安全防爆技術的工作原理和技術特點
本安防爆技術實際上是一種低功率設計技術。例如對于氫氣（IIC）環境，必須將電路功率限制在1.3W左右。由此可見，本安技術能很好的適用于工業自動化儀表。其工作原理和技術的如下：
1．本質安全防爆技術的工作原理
由于電火花和熱效應是引起爆炸性危險氣體爆炸的主要引爆源，本質安全技術通過限制電火花和熱效應這兩個可能的引爆源來實現防爆。在正常工作和故障狀態下，當儀表產生的電火花或熱效應的能量小于一定程度時，低度表不可能點燃爆炸性危險氣體而產生爆炸。它實際上是一種低功率設計技術。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，本安儀表在正常工作或發生短接和元器件損壞等故障情況下產生的電火花和熱效應不致于引起其周圍可能存在的危險氣體的爆炸。通常對于氫氣環境，也就是危險程度最高、最易爆的環境，必須將功率限制在1.3W以下。國際電工委員會(IEC)規定，在危險程度最高的危險場所0區，只能采用Ex ia等級的本安防爆技術。因此，本質安全防爆技術是一種最安全、最可靠、適用范圍最廣的防爆技術。本質儀表設備按安全程度和使用場所不同，可分為Ex ia和Ex ib。Ex ia的防爆級別高于Ex ib。
Ex ia級本安儀表在正常工作狀態下以及電路中存在兩起故障時，電路元件不會發生燃爆。在ia型電路中，工作電流被限制在100mA以下，適用于0區、1區和2區。
Ex ib級本安儀表在正常工作狀態下以及電路中存在一起故障時，電路元件不發生燃爆炸。在ib型電路中，工作電流被限制在150mA以下，適用于1區和2區。
2．本質安全防爆技術的技術特點
1）不需要設計制造工藝復雜、體積龐大且又笨重的隔爆外殼，因此，本安儀表具有結構簡單、體積小、重量輕和造價低等特點。
2）可在帶電情況下進行維護、標定和更換儀表的部分零件等。
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合面銹蝕、劃傷等人為原因而降低儀表的安全可靠性。
4）由于本安防爆技術是一種“弱電”技術，因此，本安儀表的使用可以避免現場工程技術人員的觸電傷亡事故的發生。
5）適用范圍廣。本安技術是唯一可適用于0區危險場所的防爆系統。
6）對于像熱電偶等簡單設備，不需特別認證即可接入本安防爆系統。
可見，與其他任何防爆型式相比，采用本安防爆技術可給工業自動化儀表帶來技術上優勢。
二、本質安全的防爆認證
1．本安防爆是整體防爆的概念：對構成系統的現場設備、安全柵必須經過國家授權認證機構防爆認證，同時需要認證機構簽發的本安儀表和安全柵的聯合取證確認該本安回路的安全性?，F場設備為簡單設備時無需本安認證，即可與已取得本安認證的安全柵配合構成本安防爆回路。簡單設備是指觸點開關、熱電偶、熱電阻、發光二極管以及橋路等，設備中不含儲能元件。
2．本質安全回路防爆認證的原則
三、本安儀表及本質安全儀表回路的特殊要求
1．對接地的要求
本質安全型儀表系統必須具有可靠的獨立接地。整個自動化儀表系統有四種類型的接地：本安儀表系統接地、信號回路接地、屏蔽接地和保護接地。信號回路接地與屏蔽接地可共用一個單獨的接地極，本安儀表系統需獨立設置接地系統，與其它接地網相距5m以上，一般要求本質安全地的接地電阻小于1Ω。其它兩種接地電阻按設計或規范要求一般在4Ω以下。保護接地可接到電氣工程低壓電氣設備的保護接地網上。
2．對連接電纜的要求
從系統布線工程角度考慮，由于連接電纜存在分布電容和分布電感，使連接電纜成為儲能元件。它們在信號傳輸過程不可避免地存儲能量，一旦當線路出現開路或短路時，這些儲能就會以電火花或熱效應的形式釋放出來，影響系統的本安性能。因此既要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，又要限制布線長度和感應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，世界各防爆檢驗機構主要采取以集中參數的方式考慮電纜分布參數的方法。
連接電纜本安性能的基本參數如下:
?、匐娎|最大允許分布電容(Ci)：Ci=Ck×L
?、陔娎|最大允許分布電感(Lc)：Lc=Lk×L
式中：Ck為電纜單位長度分布電容；Lk為電纜單位長度分布電感；L為實際配線長度。
本質安全電纜是一種低電容、低電感的電纜、與其它電纜相比具有優異的屏蔽性能和抗干擾性能，適用于爆炸危險場所及其它防爆安全要求較高的場合。在使用中應注意以下幾點：
?、俦景簿€路內的接地線與屏蔽連接線要可靠絕緣。
②信號回路的接地點應在控制室側，當采用接地型熱電偶和檢測部分已接地的儀表時，控制室側不再接地。
?、燮帘坞娎|的備用芯線與電纜的屏蔽層，應在同一側接信號回路地。
3．設備溫度等級
設備溫度等級規定了設備表面的最高允許溫度值。這主要基于技術和經濟上的考慮。在絕大部分情況下，有較低溫度等級的設備購買和安全方面費用較高。通過比較，選用本安設備將更加有效和經濟。直接安裝在危險場所的本安設備需要考慮設備溫度等級，而關聯設備不需要進行設備溫度等級的部分。設備溫度等級一定要小于使用在該危險場所環境中可燃物質的點燃溫度，否則會引起燃燒爆炸。
4．本安電氣設備的選用原則
①簡單設備
按照GB3836.4-2000防爆標準規定，對于電壓不超過1.2V、電流不超過0.1A，其功率不超過25mW的電器設備可視為簡單設備，他們的典型特點是儀表設備的內部等效電感Li=0,內部等效電容Ci=0。此類設備可直接應用在現場。
?、诒景搽姎庠O備。安裝于危險場所的現場設備、必須明確以下問題:
◆是否已按照GB3836.1-2000和GB3836.4-2000要求設計并已被國家防爆檢驗機構認可的本安電氣設備。
◆防爆標志規定的等級是否適用于使用的危險場所的安全要求。
◆本安電路是否接地或接地部分的本按電路是否與安全柵接口部分的有電路加以有效隔離。
◆信號傳輸的方式及本安電氣設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上，選擇相對應的安全柵。
?、郯踩珫诺倪x用原則
◆安全柵的防爆標志等級必須不低于本安現場設備的防爆標志等級。
◆確定安全柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安現場設備的最低工作電壓。
◆安全柵的本安端安全參數能夠滿足Uoc≤Ui、Isc≤Ii、Ca≥Ci+Cc、La≥Li+Lc的要求。
◆安全柵要與本安現場儀表的安全極性及信號傳輸方式相匹配。
◆做好相應的保護工作，避免安全柵的漏電電流影響本安現場設備的正常工作。
雖然本安儀表在儀表匹配、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、微處理器技術的迅速發展，工業自動化儀表已趨于低功耗、電子化、小型化發展，更加容易實現本質安全。
四、本安防爆技術在過程自動化工程中的應用
本質安全防爆系統由三部分組成：現場本安儀表、本質安全電纜及本質安全關聯設備?，F場儀表包括各種安裝在危險場所的一次檢測儀表，以兩線制變送器為代表的本質安全點電纜帶有專用接地線，以耐久性的純藍色與其它電纜相區別；關聯設備包括齊納式安全柵、隔離式安全柵(分為操作端隔離式安全柵和檢測端隔離式安全柵)、其他形式的具有限流、限壓功能的保護裝置。能將竄入到現場本安設備的能量限制在安全值內，從而確?，F場設備、人員和生產的安全。
因此，對于自動化儀表來說，本安防爆技術是一種較為理想的防爆技術，它也必將被廣泛應用于現場總線智能化儀表及現代工業自動化控制系統中。
計為自動化自主研發生產的音叉液位開關、音叉料位開關、阻旋料位開關、振棒料位開關等物位儀表均通過了本安隔爆雙重防爆認證，個別儀表通過了粉塵隔爆、粉塵本安、氣體隔爆、氣體本安防爆認證，以滿足用戶在爆炸環境中進行物位測量的需要，供用戶安全可靠放心的使用。
一、本質安全防爆技術的工作原理和技術特點
本安防爆技術實際上是一種低功率設計技術。例如對于氫氣（IIC）環境，必須將電路功率限制在1.3W左右。由此可見，本安技術能很好的適用于工業自動化儀表。其工作原理和技術的如下：
1．本質安全防爆技術的工作原理
由于電火花和熱效應是引起爆炸性危險氣體爆炸的主要引爆源，本質安全技術通過限制電火花和熱效應這兩個可能的引爆源來實現防爆。在正常工作和故障狀態下，當儀表產生的電火花或熱效應的能量小于一定程度時，低度表不可能點燃爆炸性危險氣體而產生爆炸。它實際上是一種低功率設計技術。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，本安儀表在正常工作或發生短接和元器件損壞等故障情況下產生的電火花和熱效應不致于引起其周圍可能存在的危險氣體的爆炸。通常對于氫氣環境，也就是危險程度最高、最易爆的環境，必須將功率限制在1.3W以下。國際電工委員會(IEC)規定，在危險程度最高的危險場所0區，只能采用Ex ia等級的本安防爆技術。因此，本質安全防爆技術是一種最安全、最可靠、適用范圍最廣的防爆技術。本質儀表設備按安全程度和使用場所不同，可分為Ex ia和Ex ib。Ex ia的防爆級別高于Ex ib。
Ex ia級本安儀表在正常工作狀態下以及電路中存在兩起故障時，電路元件不會發生燃爆。在ia型電路中，工作電流被限制在100mA以下，適用于0區、1區和2區。
Ex ib級本安儀表在正常工作狀態下以及電路中存在一起故障時，電路元件不發生燃爆炸。在ib型電路中，工作電流被限制在150mA以下，適用于1區和2區。
2．本質安全防爆技術的技術特點
1）不需要設計制造工藝復雜、體積龐大且又笨重的隔爆外殼，因此，本安儀表具有結構簡單、體積小、重量輕和造價低等特點。
2）可在帶電情況下進行維護、標定和更換儀表的部分零件等。
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合面銹蝕、劃傷等人為原因而降低儀表的安全可靠性。
4）由于本安防爆技術是一種“弱電”技術，因此，本安儀表的使用可以避免現場工程技術人員的觸電傷亡事故的發生。
5）適用范圍廣。本安技術是唯一可適用于0區危險場所的防爆系統。
6）對于像熱電偶等簡單設備，不需特別認證即可接入本安防爆系統。
可見，與其他任何防爆型式相比，采用本安防爆技術可給工業自動化儀表帶來技術上優勢。
二、本質安全的防爆認證
1．本安防爆是整體防爆的概念：對構成系統的現場設備、安全柵必須經過國家授權認證機構防爆認證，同時需要認證機構簽發的本安儀表和安全柵的聯合取證確認該本安回路的安全性?，F場設備為簡單設備時無需本安認證，即可與已取得本安認證的安全柵配合構成本安防爆回路。簡單設備是指觸點開關、熱電偶、熱電阻、發光二極管以及橋路等，設備中不含儲能元件。
2．本質安全回路防爆認證的原則
三、本安儀表及本質安全儀表回路的特殊要求
1．對接地的要求
本質安全型儀表系統必須具有可靠的獨立接地。整個自動化儀表系統有四種類型的接地：本安儀表系統接地、信號回路接地、屏蔽接地和保護接地。信號回路接地與屏蔽接地可共用一個單獨的接地極，本安儀表系統需獨立設置接地系統，與其它接地網相距5m以上，一般要求本質安全地的接地電阻小于1Ω。其它兩種接地電阻按設計或規范要求一般在4Ω以下。保護接地可接到電氣工程低壓電氣設備的保護接地網上。
2．對連接電纜的要求
從系統布線工程角度考慮，由于連接電纜存在分布電容和分布電感，使連接電纜成為儲能元件。它們在信號傳輸過程不可避免地存儲能量，一旦當線路出現開路或短路時，這些儲能就會以電火花或熱效應的形式釋放出來，影響系統的本安性能。因此既要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，又要限制布線長度和感應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，世界各防爆檢驗機構主要采取以集中參數的方式考慮電纜分布參數的方法。
連接電纜本安性能的基本參數如下:
?、匐娎|最大允許分布電容(Ci)：Ci=Ck×L
?、陔娎|最大允許分布電感(Lc)：Lc=Lk×L
式中：Ck為電纜單位長度分布電容；Lk為電纜單位長度分布電感；L為實際配線長度。
本質安全電纜是一種低電容、低電感的電纜、與其它電纜相比具有優異的屏蔽性能和抗干擾性能，適用于爆炸危險場所及其它防爆安全要求較高的場合。在使用中應注意以下幾點：
?、俦景簿€路內的接地線與屏蔽連接線要可靠絕緣。
②信號回路的接地點應在控制室側，當采用接地型熱電偶和檢測部分已接地的儀表時，控制室側不再接地。
?、燮帘坞娎|的備用芯線與電纜的屏蔽層，應在同一側接信號回路地。
3．設備溫度等級
設備溫度等級規定了設備表面的最高允許溫度值。這主要基于技術和經濟上的考慮。在絕大部分情況下，有較低溫度等級的設備購買和安全方面費用較高。通過比較，選用本安設備將更加有效和經濟。直接安裝在危險場所的本安設備需要考慮設備溫度等級，而關聯設備不需要進行設備溫度等級的部分。設備溫度等級一定要小于使用在該危險場所環境中可燃物質的點燃溫度，否則會引起燃燒爆炸。
4．本安電氣設備的選用原則
①簡單設備
按照GB3836.4-2000防爆標準規定，對于電壓不超過1.2V、電流不超過0.1A，其功率不超過25mW的電器設備可視為簡單設備，他們的典型特點是儀表設備的內部等效電感Li=0,內部等效電容Ci=0。此類設備可直接應用在現場。
?、诒景搽姎庠O備。安裝于危險場所的現場設備、必須明確以下問題:
◆是否已按照GB3836.1-2000和GB3836.4-2000要求設計并已被國家防爆檢驗機構認可的本安電氣設備。
◆防爆標志規定的等級是否適用于使用的危險場所的安全要求。
◆本安電路是否接地或接地部分的本按電路是否與安全柵接口部分的有電路加以有效隔離。
◆信號傳輸的方式及本安電氣設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上，選擇相對應的安全柵。
?、郯踩珫诺倪x用原則
◆安全柵的防爆標志等級必須不低于本安現場設備的防爆標志等級。
◆確定安全柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安現場設備的最低工作電壓。
◆安全柵的本安端安全參數能夠滿足Uoc≤Ui、Isc≤Ii、Ca≥Ci+Cc、La≥Li+Lc的要求。
◆安全柵要與本安現場儀表的安全極性及信號傳輸方式相匹配。
◆做好相應的保護工作，避免安全柵的漏電電流影響本安現場設備的正常工作。
雖然本安儀表在儀表匹配、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、微處理器技術的迅速發展，工業自動化儀表已趨于低功耗、電子化、小型化發展，更加容易實現本質安全。
四、本安防爆技術在過程自動化工程中的應用
本質安全防爆系統由三部分組成：現場本安儀表、本質安全電纜及本質安全關聯設備?，F場儀表包括各種安裝在危險場所的一次檢測儀表，以兩線制變送器為代表的本質安全點電纜帶有專用接地線，以耐久性的純藍色與其它電纜相區別；關聯設備包括齊納式安全柵、隔離式安全柵(分為操作端隔離式安全柵和檢測端隔離式安全柵)、其他形式的具有限流、限壓功能的保護裝置。能將竄入到現場本安設備的能量限制在安全值內，從而確?，F場設備、人員和生產的安全。
因此，對于自動化儀表來說，本安防爆技術是一種較為理想的防爆技術，它也必將被廣泛應用于現場總線智能化儀表及現代工業自動化控制系統中。
計為自動化自主研發生產的音叉液位開關、音叉料位開關、阻旋料位開關、振棒料位開關等物位儀表均通過了本安隔爆雙重防爆認證，個別儀表通過了粉塵隔爆、粉塵本安、氣體隔爆、氣體本安防爆認證，以滿足用戶在爆炸環境中進行物位測量的需要，供用戶安全可靠放心的使用。
TAGS : 本安
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