本质安全防爆技术的原理与特点

1、Word文档 本质安全防爆技术的原理与特点 在很多化工工业过程中，需要处理一些易燃易爆的工艺介质。为确保人员生命和生产装置的财产平安，防爆技术已经应用于各个行业及相关专业，形成一系列的行业、国家和国际标准，并随着工业的进展而进展。对于自动化仪表，最常用的防爆形式是本安型、隔爆型和增安型。由于电子技术的飞速进展和低功耗电子器件的不断诞生，本安防爆技术的得到了更为宽阔的推广和应用。特殊是由于本质平安型（简称本安型）防爆形式与其他防爆形式相比，不仅具有结构简洁，适用范围广，而且还具有易操作和维护便利等特点，因此这种通过抑制点火源能量为防爆手段的本安型防爆仪表已被制造商和用户接受。 2.1本质平安防爆

2、技术的原理 本安防爆技术实际上是一种低功率设计技术。例如对于氢气（C）环境，必需将电路功率限制在1.3W左右。由此可见，本安技术能很好的适用于工业自动化仪表。 针对电火花和热效应是引起爆炸性危急气体爆炸的主要引爆源，本质平安技术通过限制电火花和热效应这两个可能的引爆源来实现防爆。在正常工作和故障状态下，当仪表产生的电火花或热效应的能量小于肯定程度时，低度表不行能点燃爆炸性危急气体而产生爆炸。它实际上是一种低功率设计技术。原理是从限制能量入手，牢靠地将电路中的电压和电流限制在一个允许的范围内，以保证仪表在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障状况下产生的电火花和热效应不致于引起其四周可能存在的危急

3、气体的爆炸。通常对于氢气环境，也就是危急程度最高、最易爆的环境，必需将功率限制在1.3W以下。国际电工委员会（IEC）规定，在危急程度最高的危急场所0区，只能采纳Exia等级的本安防爆技术。因此，本质平安防爆技术是一种最平安、最牢靠、适用范围最广的防爆技术。本质平安型仪表设备按平安程度和使用场所不同，可分为Exia和Exib。Exia的防爆级别高于Exib。 Exia级本质平安仪表在正常工作状态下以及电路中存在两起故障时，电路元件不会发生燃爆。在ia型电路中，工作电流被限制在100mA以下，适用于0区、1区和2区。 Exib级本质平安仪表在正常工作状态下以及电路中存在一起故障时，电路元件不发生

4、燃爆炸。在ib型电路中，工作电流被限制在150mA以下，适用于1区和2区。 2.2本质平安防爆技术的特点 1）不需要设计制造工艺简单、体积浩大且又笨重的隔爆外壳，因此，本安仪表具有结构简洁、体积小、重量轻和造价低等特点。据资料，建立一个本安型和隔爆型开关传输回路的费用之比约为1:4。 2）可在带电状况下进行维护、标定和更换仪表的部分零件等。 3）平安牢靠性高。本安仪表不会由于紧固螺栓的丢失或外壳结合面锈蚀、划伤等人为缘由而降低仪表的平安牢靠性。 4）由于本安防爆技术是一种“弱电”技术，因此，本安仪表的使用可以避开现场工程技术人员的触电伤亡事故的发生。 5）适用范围广。本安技术是唯一可适用于0区

5、危急场所的防爆系统。 6）对于像热电偶等简洁设备，不需特殊认证即可接入本安防爆系统。 可见，与其他任何防爆型式相比，采纳本安防爆技术可给工业自动化仪表带来技术上的突出特点。 本质平安防爆系统由三部分组成:现场本质平安仪表、本质平安电缆及本质平安关联设备。现场仪表包括各种安装在危急场所的一次检测仪表，以两线制变送器为代表的本质平安点电缆带有专用接地线，以耐久性的纯蓝色与其它电缆相区分;关联设备包括齐纳式平安栅、隔离式平安栅、其他形式的具有限流、限压功能的爱护装置。能将窜入到现场本安设备的能量限制在平安值内，从而确保现场设备、人员和生产的平安。 4.1本安防爆是整体防爆的概念 对构成系统的现场设备

6、、平安栅必需经过国家授权认证机构防爆认证，同时需要认证机构签发的本安仪表和平安栅的联合取证确认该本安回路的平安性。现场设备为简洁设备时无需本安认证，即可与已取得本安认证的平安栅协作构成本安防爆回路。简洁设备是指触点开关、热电偶、热电阻、发光二极管以及桥路等，设备中不含储能元件。 4.2本质平安回路防爆认证的原则 5.1对接地的要求 本质平安型仪表系统必需具有牢靠的单独接地。整个自动化仪表系统有四种类型的接地:本质平安型仪表系统接地、信号回路接地、屏蔽接地和爱护接地。信号回路接地与屏蔽接地可共用一个单独的接地极，本质平安仪表系统需单独设置接地系统，与其它接地网相距5m以上，一般要求本质平安地的接

7、地电阻小于 1Q。其它两种接地电阻按设计或规范要求一般在4Q以下。爱护接地可接到电气工程低压电气设备的爱护接地网上。 5.2对连接电缆的要求 从系统布线工程角度考虑，由于连接电缆存在分布电容和分布电感，使连接电缆成为储能元件。它们在信号传输过程不行避开地存储能量，一旦当线路消失开路或短路时，这些储能就会以电火花或热效应的形式释放出来，影响系统的本安性能。因此既要保证连接传输电缆不会受到外界电磁场干扰影响及与其他回路混触，又要限制布线长度和感应电动势所带来的附加非本安能量，依此来确定电缆的允许分布电容和允许分布电感，世界各防爆检验机构主要实行以集中参数的方式考虑电缆分布参数的方法。 连接电缆本安

8、性能的基本参数如下: 电缆最大允许分布电容（Ci）: （Cc）=（Ck）L 电缆最大允许分布电感（Lc）: （Lc）=（Lk）L 式中:Ck电缆单位长度分布电容; Lk电缆单位长度分布电感; L实际配线长度。 本质平安电缆是一种低电容、低电感的电缆、与其它电缆相比具有优异的屏蔽性能和抗干扰性能，适用于爆炸危急场所及其它防爆平安要求较高的场合。在使用中应留意以下几点: 1）本安线路内的接地线与屏蔽连接线要牢靠绝缘。 2）信号回路的接地点应在掌握室侧，当采纳接地型热电偶和检测部分已接地的仪表时，掌握室侧不再接地。 3）屏蔽电缆的备用芯线与电缆的屏蔽层，应在同一侧接信号回路地。 5.3设备温度等级

9、设备温度等级规定了设备表面的最高允许温度值，见表2。这主要基于技术和经济上的考虑。在绝大部分状况下，有较低温度等级的设备购买和平安方面费用较高。通过比较，选用本安设备将更加有效和经济。直接安装在危急场所的本安设备需要考虑设备温度等级，而关联设备不需要进行设备温度等级的部分。设备温度等级肯定要小于使用在该危急场所环境中可燃物质的点燃温度，否则会引起燃烧爆炸。 5.4本安电气设备的选用原则 1）简洁设备。根据GB3836.4-2021防爆标准规定，对于电压不超过1.2V、电流不超过0.1A，其功率不超过25mW的电器设备可视为简洁设备，他们的典型特点是仪表设备的内部等效电感Li=0,内部等效电容C

10、i=0。此类设备可直接应用在现场。 2）本安电气设备。安装于危急场所的现场设备、必需明确以下问题: 是否已根据DB3836.1-2021和GB3836.4-2021要求设计并已被国家防爆检验机构认可的本安电气设备。 防爆标志规定的等级是否适用于使用的危急场所的平安要求。 本安电路是否接地或接地部分的本按电路是否与平安栅接口部分的有电路加以有效隔离。 信号传输的方式及本安电气设备的最低工作电压和回路正常工作电流。 在明确以上问题的基础上，选择相对应的平安栅。 3）平安栅的选用原则 平安栅的防爆标志等级必需不低于本安现场设备的防爆标志等级。 确定平安栅的端电阻及回路电阻可以满意本安现场设备的最低工作电压。 平安栅的本安端平安参数能够满意UocUi、IscIi、CaCi+Cc、LaLi+Lc的要求。 平安栅要与本安现场仪表的平安极性及信号传输方式相匹配。 做好相应的爱护工作，避开平安栅的漏电电流影响本安现场设备