隨著石油、化工、煤炭、冶金等工業(yè)的迅速發(fā)展，一些易燃材料的處理引起了社會(huì)各界的重視。這些場(chǎng)合通常含有如天然氣、合成氣、金屬屑、碳?jí)m、粉末、漿料、晶粒、纖維、飛揚(yáng)物等這些材料，任何滲漏或?yàn)R出都可能形成一個(gè)爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所，為了工廠和人員的安全，必須確保這個(gè)環(huán)境的安全。因此世界許多國家和地區(qū)對(duì)防爆電氣產(chǎn)品實(shí)施防爆認(rèn)證制度，防爆產(chǎn)品必須取得防爆認(rèn)證，才允許在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所使用。
術(shù)語解釋
本安設(shè)備
所有電路為本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備。如果所有相關(guān)的要求滿足，本安電氣設(shè)備可直接安裝在危險(xiǎn)區(qū)。
關(guān)聯(lián)設(shè)備
含有限能電路和非限能電路，且結(jié)構(gòu)使非限能電路不能對(duì)限能電路產(chǎn)生不利影響的電氣設(shè)備。
簡(jiǎn)單設(shè)備
簡(jiǎn)單元件和簡(jiǎn)單設(shè)備產(chǎn)生或儲(chǔ)存不超過1.2V、0.1A、20μJ和20mW的能量，不需要認(rèn)證。這類設(shè)備包括熱電偶、熱電阻、開關(guān)和簡(jiǎn)單印刷電路，其具有的特性和已知的參數(shù)對(duì)于本安回路沒有影響。
安全柵
用限制回路電能量的方法（如限流、限壓或隔離等方式），實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全防爆功能的一種關(guān)聯(lián)設(shè)備組件，應(yīng)制成獨(dú)立裝置，而不作為較大設(shè)備的部件。
檢測(cè)端安全柵
輸入信號(hào)來自于危險(xiǎn)區(qū)的安全柵。
操作端安全柵
信號(hào)輸出至危險(xiǎn)區(qū)的安全柵。
干接點(diǎn)
具有閉合和開關(guān)兩種狀態(tài)的無源開關(guān)，且2個(gè)接點(diǎn)之間沒有極性，可以互換。
濕接點(diǎn)
具有有電和無電兩種狀態(tài)的有源開關(guān)，且2個(gè)接點(diǎn)之間有極性，不能反接。
無源輸出
有獨(dú)立電源（24VDC）供電，通過變壓器隔離后，給輸入、輸出、運(yùn)算、處理、轉(zhuǎn)換等功能模塊供電，但輸出信號(hào)需要外部回路供電才能形成0（4）mA～20mA電流輸出。輸出信號(hào)不受負(fù)載變化的影響，傳輸準(zhǔn)確度更高。
輸出回路供電
無獨(dú)立電源供電，將供電端的電能傳輸?shù)捷斎?輸出模塊，在回路上截取能量，通過變壓器隔離，給輸入/輸出模塊供電，僅能輸出4mA～20mA電流信號(hào)。
輸入回路供電
無獨(dú)立電源供電，只能輸入4mA～20mA電流信號(hào)，將供電端的電能傳輸?shù)捷斎?輸出模塊，在回路上截取能量，通過變壓器隔離，給輸入/輸出模塊供電。
安全柵介紹
安全柵應(yīng)用在本安防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，它是安裝于安全場(chǎng)所含有本安電路和非本安電路的裝置，電路中通過限流和限壓電路限制了送往現(xiàn)場(chǎng)本安回路的能量，從而防止非本安電路的危險(xiǎn)能量串入本安電路，它在本安防爆系統(tǒng)中稱為關(guān)聯(lián)設(shè)備［見術(shù)語解釋］，是本安系統(tǒng)的重要組成部分。
由于安全柵被設(shè)計(jì)為介于現(xiàn)場(chǎng)與控制設(shè)備之間的一個(gè)限制能量的接口，因此無論控制室設(shè)備處于正?；蚬收蠣顟B(tài)，安全柵都能確保通過它傳送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的能量是本質(zhì)安全的。
國家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心是中華人民共和國地區(qū)監(jiān)督生產(chǎn)安全防爆產(chǎn)品的權(quán)威機(jī)構(gòu)，對(duì)本安型安全柵產(chǎn)品有著嚴(yán)格、科學(xué)詳細(xì)的規(guī)定，只有通過該監(jiān)督站認(rèn)證的企業(yè)及其所開發(fā)的產(chǎn)品才具備符合標(biāo)準(zhǔn)的安全性能，否則可能會(huì)給使用方的設(shè)備、人員和財(cái)產(chǎn)造成無可估量的損害。
目前使用的比較普遍的安全柵有齊納式和隔離式。
齊納式安全柵
齊納式安全柵是并聯(lián)齊納二極管通過限壓、串聯(lián)電阻和快速熔斷器限流的方式限制回路電能量、實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全防爆功能的回路限能關(guān)聯(lián)設(shè)備，它不具備電氣隔離功能。原理如圖所示：
電路中采用快速熔斷器、限流電阻或限壓二極管以對(duì)輸入的電能量進(jìn)行限制，從而保證輸出到危險(xiǎn)區(qū)的能量。
齊納式安全柵體積小、重量輕、精度高、通用性強(qiáng)，而且它的原理簡(jiǎn)單，電路實(shí)現(xiàn)容易，價(jià)格低廉。但由于其自身原理的缺陷使其應(yīng)用中的可靠性受到很大影響，并限制了其應(yīng)用范圍，其原因如下：
1、安裝位置必須有非?？煽康慕拥叵到y(tǒng)，并且該齊納式安全柵的接地電阻必須小于1Ω，否則便失去防爆安全保護(hù)性能，顯然這樣的要求十分苛刻并在實(shí)際工程應(yīng)用中難以保證。
2、要求來自危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)儀表必須是隔離型，否則通過齊納式安全柵的接地端子與大地相接后信號(hào)無法正確傳送，并且由于信號(hào)接地，直接降低了信號(hào)的抗干擾能力，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。
3、齊納式安全柵對(duì)電源影響較大，同時(shí)也易因電源的波動(dòng)而造成齊納式安全柵的損壞。
4、由于齊納式安全柵的電路原理需要吸收輸入回路的能量，所以易造成輸出不穩(wěn)定。
隔離式安全柵
隔離式安全柵是具有電氣隔離、信號(hào)傳輸和轉(zhuǎn)換功能的安全柵。原理如圖所示：
采用了將輸入、輸出及電源三方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)符合本安型限制能量的要求。與齊納式安全柵相比，雖然價(jià)格略高，但它其它方面的突出優(yōu)點(diǎn)卻為用戶應(yīng)用帶來了更大的受益：
1、由于采用了三方隔離方式，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工帶來極大方便。
2、對(duì)危險(xiǎn)區(qū)的儀表要求大幅度降低，現(xiàn)場(chǎng)無需采用隔離式的儀表。
3、由于信號(hào)線路無需共地，使得檢測(cè)和控制回路信號(hào)的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
4、隔離式安全柵具備更強(qiáng)的輸入信號(hào)處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號(hào)，這是齊納式安全柵所無法做到的。
5、隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號(hào)，以提供給使用同一信號(hào)源的兩臺(tái)設(shè)備使用，并保證兩設(shè)備信號(hào)不互相干擾，同時(shí)提高所連接設(shè)備相互之間的電氣安全絕緣性能。
因此，對(duì)比齊納式安全柵和隔離式安全柵的特點(diǎn)和性能后可以看出，隔離式安全柵有著突出的優(yōu)點(diǎn)和更為廣泛的用途。雖然其價(jià)格略高于齊納式安全柵，但從設(shè)計(jì)、施工安裝、調(diào)試及維護(hù)成本來考慮，其綜合成本可能反而低于齊納式安全柵。在要求較高的工程現(xiàn)場(chǎng)幾乎無一例外地采用了隔離式安全柵作為主要本安防爆儀表。隔離式安全柵已逐漸取代了齊納式安全柵，在安全防爆領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。
通用型安全柵
是傳統(tǒng)的隔離式安全柵，采集輸入信號(hào)，通過模擬電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。響應(yīng)速度快、功耗低是通用型產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)。
智能型安全柵
是帶有微處理器的隔離式安全柵，采集輸入信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制，轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)、頻率信號(hào)、通訊和二進(jìn)制信號(hào)（如觸點(diǎn)、固態(tài)繼電器）輸出，使用人機(jī)接口可對(duì)隔離式安全柵零點(diǎn)、滿度、線性度、量程、斷線報(bào)警、上下限報(bào)警和通訊波特率等進(jìn)行設(shè)置。
可以看出，相對(duì)于傳統(tǒng)的隔離式安全柵來說，智能型產(chǎn)品在其參數(shù)設(shè)置方面具有很大的靈活性，便于客戶進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。
液晶型安全柵
帶液晶顯示的智能型安全柵稱為液晶型安全柵?？稍诰€觀測(cè)輸入、輸出的實(shí)測(cè)值和報(bào)警信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在線故障自診斷功能。
本安設(shè)備標(biāo)志定義
其中：Ex — 防爆標(biāo)志
ia — 防爆等級(jí)
Ga — 設(shè)備保護(hù)等級(jí)
?、駽 — 氣體組別
本公司產(chǎn)品防爆級(jí)別：［Ex ia Ga］ⅡC。
防爆等級(jí)
ia：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)燃爆炸性氣體混合物。該等級(jí)的安全柵本質(zhì)安全端可連接到0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所的本質(zhì)安全設(shè)備?！癷a”類電氣設(shè)備對(duì)易受干擾的元器件必須采用“三重化”設(shè)計(jì)。
ib：在正常工作和一個(gè)計(jì)數(shù)故障情況下均不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物。該等級(jí)的安全柵本質(zhì)安全端可連接到1區(qū)、2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所的本質(zhì)安全設(shè)備?！癷b”類電氣設(shè)備對(duì)易受干擾的元器件必須為雙重化設(shè)計(jì)。
ic：在正常工作情況下不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物。該等級(jí)的安全柵本質(zhì)安全端可連接到2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所的本質(zhì)安全設(shè)備。
安全柵必須放置在安全區(qū)或相應(yīng)安全等級(jí)的場(chǎng)所。
氣體組別
?、窠M電氣設(shè)備：用于易受甲烷影響的煤礦環(huán)境中。
?、蚪M電氣設(shè)備：可用于除煤礦以外的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中。
?、蚪M電氣設(shè)備可根據(jù)易燃性物質(zhì)的不同點(diǎn)燃能量進(jìn)一步細(xì)分。各子組用大寫英文字母區(qū)分，從下表中可以看出：ⅡC組所需要的點(diǎn)燃能量最少，即在該組電氣設(shè)備中，ⅡC組設(shè)備具備對(duì)ⅡA、ⅡB組的通用性。
溫度等級(jí)
設(shè)備溫度等級(jí)規(guī)定了設(shè)備表面的最高允許溫度值。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)引起燃燒爆炸。
由上表可見，常見爆炸性氣體中的絕大多數(shù)屬于T4以上的溫度組別。
爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域劃分
在安全防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及防爆產(chǎn)品的選型中，除了需要對(duì)爆炸性環(huán)境中存在的氣體進(jìn)行分級(jí)、分組外，還應(yīng)根據(jù)爆炸性氣體出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間對(duì)爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行區(qū)域劃分：
本公司ia等級(jí)ⅡC類氣體組別產(chǎn)品適用于0區(qū)，同時(shí)適用于1區(qū)和2區(qū)。
安全柵本安性能認(rèn)證參數(shù)
最高電壓（Um）
可施加到關(guān)聯(lián)設(shè)備非限能連接裝置上，而不會(huì)使其防爆型式失效的最高電壓（交流有效值或直流電壓值）。
最高輸入電壓（Ui）
施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上,而不會(huì)使本質(zhì)安全性能失效的最高電壓（交流峰值或直流）。
最高輸出電壓（Uo）
開路條件下，在設(shè)備連接裝置施加電壓達(dá)到最高電壓（包括Um和Ui）時(shí)，可能出現(xiàn)的本質(zhì)安全電路的最高輸出電壓（交流峰值或直流）。
最大輸入電流（Ii）
施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)安全性能失效的最大電流（交流峰值或直流）。
最大輸出電流（Io）
來自電氣設(shè)備連接裝置的本質(zhì)安全電路的最大電流(交流峰值或直流)。
最大輸入功率（Pi）
當(dāng)電氣設(shè)備與外電源連接不使本質(zhì)安全性能失效時(shí)，可能在電氣設(shè)備內(nèi)部消耗的本質(zhì)安全電路的最大輸入功率。
最大輸出功率（Po）
能從電氣設(shè)備獲得的本質(zhì)安全電路的最大輸出功率。
最大內(nèi)部電容（Ci）
通過電氣設(shè)備連接裝置出現(xiàn)的電氣設(shè)備總等效內(nèi)電容。
最大外部電容（Co）
可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)安全性能失效的本質(zhì)安全電路的最大電容。
最大內(nèi)部電感（Li）
通過電氣設(shè)備連接裝置出現(xiàn)的電氣設(shè)備總等效內(nèi)電感。
最大外部電感（Lo）
可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)安全性能失效的本質(zhì)安全電路的最大電感。
電纜最大允許分布電容
關(guān)聯(lián)設(shè)備允許的最大外部電容（Co）與本安設(shè)備最大內(nèi)部電容（Ci）之差。
電纜最大允許分布電感（Lc）
關(guān)聯(lián)設(shè)備允許的最大外部電感（Lo）與本安設(shè)備最大內(nèi)部電感（Li）之差。
最大外部電感電阻比（Lo/Ro）
可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使本質(zhì)安全性能失效的外電路的電感與電阻之比。
配電電壓
為本質(zhì)安全設(shè)備（如二線制變送器等）提供電源的電壓值。
本質(zhì)安全認(rèn)證技術(shù)
本安系統(tǒng)有兩種認(rèn)證方法：回路認(rèn)證和參量認(rèn)證。回路認(rèn)證除了對(duì)本安儀表、關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）、本安電纜分別認(rèn)證外，還對(duì)本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備按特定組合進(jìn)行認(rèn)證。這種組合方式一經(jīng)認(rèn)證，其本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）就不能用未經(jīng)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)認(rèn)證過的其它型號(hào)規(guī)格的設(shè)備替代。國際上大多數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家均采用“參量認(rèn)證”的方式，即對(duì)關(guān)聯(lián)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分別給出一組安全參數(shù)，并可由用戶自由地將不同生產(chǎn)廠商的電氣設(shè)備進(jìn)行組合，從安全性角度出發(fā)只需滿足如下關(guān)系：
安全柵的選用原則
安全柵的選用原則
a) 根據(jù)危險(xiǎn)場(chǎng)所的類型及現(xiàn)場(chǎng)的防爆要求，確定所需要安全柵的防爆等級(jí)。安全柵的防爆等級(jí)必須不低于本安現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的防爆標(biāo)志等級(jí)；
b) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備類型配備相應(yīng)類型的安全柵；
c) 根據(jù)控制室儀表可能存在或產(chǎn)生的最高電壓，確定安全柵最高電壓；
d) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)、電源對(duì)地的極性，確定安全柵的極性；安全柵要與本安現(xiàn)場(chǎng)儀表的安全極性及信號(hào)傳輸方式相匹配。
e) 考慮安全柵端電阻壓降的影響，確定安全柵的最大短路電流及系統(tǒng)能否正常工作；
f) 安全柵允許的分布參數(shù)是否合乎要求。
連接電纜的選擇原則
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。它的本安性能的基本參數(shù)如下：
電纜最大允許分布電容 CC＝CP×L
電纜最大允許分布電感 LC＝LP×L
式中：
CP ——電纜單位長度的分布電容(μF/km)
LP ——電纜單位長度的分布電感(mH/km)；
L ——實(shí)際配線長(km)。
注：推薦符合本質(zhì)安全性能的電纜最大參數(shù)值：
CP＝0.2μF/km，LP＝1mH/km。
隔離式安全柵的安裝
色標(biāo)：
白色端（非本安側(cè)）接線通往安全區(qū)。
藍(lán)色端（本安側(cè)）接線通往危險(xiǎn)區(qū)。
安裝中的注意事項(xiàng)：
1、安全柵應(yīng)安裝在安全場(chǎng)所，且環(huán)境條件能滿足本選型手冊(cè)中的“環(huán)境條件”的要求（選型手冊(cè)可至網(wǎng)站“服務(wù)——下載中心”獲?。?/p>
2、隔離式安全柵本安端（藍(lán)色標(biāo)記）和非本安端（白色標(biāo)記）電路的接線導(dǎo)線在匯線槽中應(yīng)分開鋪設(shè)，各自采用獨(dú)立的保護(hù)套管。本安側(cè)的配線套管內(nèi)不允許有其它電源線，包括其本安電路使用的電源線。
3、通往危險(xiǎn)場(chǎng)所的導(dǎo)線應(yīng)選用有藍(lán)色標(biāo)記的本安導(dǎo)線，導(dǎo)線中的銅截面積必須不小于0.5mm2，絕緣強(qiáng)度應(yīng)大于500V。
4、在對(duì)隔離式安全柵進(jìn)行通電調(diào)試前，必須注意隔離式安全柵的型號(hào)、接線方法、線路極性等，是否符合設(shè)計(jì)及產(chǎn)品要求中的規(guī)定，否則可能對(duì)人身及設(shè)備造成傷害。
5、嚴(yán)禁用兆歐表直接測(cè)試隔離安全柵端子之間的絕緣強(qiáng)度。如要檢查系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度，應(yīng)先斷開全部的接線，否則可能引起安全柵內(nèi)部電路損壞。
6、在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安全柵進(jìn)行編程前，必須先將所有接線斷開再接入編程器，然后通電編程，否則可能引起不良后果。
7、與隔離式安全柵相連的現(xiàn)場(chǎng)儀表，均應(yīng)通過經(jīng)國家認(rèn)定的防爆檢驗(yàn)部門的防爆試驗(yàn)，并取得防爆合格證的儀表。使用本公司隔離式安全柵可以不需要聯(lián)合認(rèn)證。
8、在設(shè)計(jì)、安裝、使用、維護(hù)隔離式安全柵時(shí)，應(yīng)同時(shí)遵守本產(chǎn)品手冊(cè)中的說明及《GB3836.13-1997爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第十三部分： 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備的檢修》、《GB3836.14-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第十四部分：危險(xiǎn)場(chǎng)所分類》、《GB3836.15-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第十五部分：危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安裝（煤礦除外）》、《GB50058-1992爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)。
設(shè)備溫度等級(jí)規(guī)定了設(shè)備表面的最高允許溫度值。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)引起燃燒爆炸。
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