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摘 要：
介(jie)紹(shao)了(le)電(dian)氣(qi)防(fang)爆(bao)技(ji)術(shu)領(ling)域(yu)中(zhong)的(de)本(ben)安(an)防(fang)爆(bao)技(ji)術(shu)及(ji)其(qi)係(xi)統(tong)，著(zhe)重(zhong)闡(chan)述(shu)了(le)本(ben)安(an)係(xi)統(tong)中(zhong)安(an)全(quan)柵(zha)的(de)選(xuan)取(qu)原(yuan)則(ze)和(he)應(ying)用(yong)實(shi)例(li)，對(dui)國(guo)內(nei)外(wai)本(ben)安(an)防(fang)爆(bao)係(xi)統(tong)評(ping)定(ding)所(suo)采(cai)用(yong)的(de)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)了(le)簡(jian)要(yao)介(jie)紹(shao)。
關鍵字：電氣設備防爆；本質安全防爆；安全柵；現場設備；關聯設備
前言
在石油、化(hua)工(gong)等(deng)過(guo)程(cheng)測(ce)量(liang)與(yu)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)，可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)潛(qian)在(zai)的(de)爆(bao)炸(zha)性(xing)環(huan)境(jing)，在(zai)實(shi)踐(jian)應(ying)用(yong)中(zhong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)對(dui)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)及(ji)其(qi)相(xiang)關(guan)設(she)備(bei)采(cai)取(qu)相(xiang)應(ying)的(de)防(fang)爆(bao)措(cuo)施(shi)。隨(sui)著(zhe)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)防(fang)爆(bao)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)進(jin)步(bu)和(he)發(fa)展(zhan)，在(zai)全(quan)球(qiu)範(fan)圍(wei)內(nei)已(yi)廣(guang)泛(fan)接(jie)受(shou)的(de)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)防(fang)爆(bao)技(ji)術(shu)有(you)：隔爆(Ex d)、增安(Ex e)、本質安全(Ex i)、正壓(Ex p)、澆封(Ex m)和無火花(Ex n)型等。在眾多的防爆技術中，本質安全(以下簡稱本安)防爆技術具有成本低、體積小、重量輕、允許在線測量和帶電維護等優點，同時它也能用於0區危險場所。因此在低壓低功率電氣設備、儀yi器qi儀yi表biao等deng領ling域yu內nei，它ta是shi首shou選xuan的de防fang爆bao技ji術shu。然ran而er由you於yu本ben安an防fang爆bao實shi質zhi上shang是shi係xi統tong防fang爆bao，其qi防fang爆bao性xing能neng不bu僅jin與yu關guan聯lian設she備bei有you關guan，而er且qie也ye與yu相xiang應ying設she備bei有you關guan。為wei此ci，本ben文wen就jiu電dian氣qi防fang爆bao技ji術shu領ling域yu中zhong的de本ben安an防fang爆bao技ji術shu及ji其qi係xi統tong進jin行xing概gai要yao介jie紹shao。
1 本安防爆係統概況
本安防爆係統由本安型現場設備、關聯設備及二者之間的連接電纜組成，如圖1所示。
1．1現場設備
現場設備主要分為簡單設備和非簡單設備。將既不會產生也不會存儲超過1．2V，0．1A，25mW和20μJ的電氣設備認定為簡單設備，主要包括簡單觸點、熱電偶、RTDs，LEDs和電阻性元件等；而非簡單設備則是指可能產生或存儲的能量超過上述數值的電氣設備，典型產品有變送器、電磁閥、轉換器、接近開關等。通常國際上認證這些設備時給出它們的整體參數：
Vmax――最大允許電壓；
Imax――最大允許電流；
Ci――內部電容；
Li――內部電感。
1．2關聯設備
關(guan)聯(lian)設(she)備(bei)作(zuo)為(wei)限(xian)能(neng)設(she)備(bei)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)保(bao)護(hu)危(wei)險(xian)場(chang)所(suo)的(de)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)，在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)能(neng)使(shi)係(xi)統(tong)完(wan)好(hao)地(di)工(gong)作(zuo)，而(er)在(zai)故(gu)障(zhang)條(tiao)件(jian)下(xia)能(neng)限(xian)製(zhi)到(dao)達(da)危(wei)險(xian)場(chang)所(suo)的(de)電(dian)壓(ya)、電流。其主要參數包括：
Voc――最高開路電壓；
Isc――最大短路電流；
Ca――最大外部電容；
La――最大外部電感。
在實踐應用中關聯設備主要是指安全柵，它又分為齊納式安全柵和隔離式安全柵。它們的特點如表1所列。
1．3連接電纜
由(you)於(yu)關(guan)聯(lian)設(she)備(bei)與(yu)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)間(jian)的(de)連(lian)接(jie)電(dian)纜(lan)存(cun)在(zai)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)和(he)分(fen)布(bu)電(dian)感(gan)，因(yin)此(ci)其(qi)儲(chu)能(neng)勢(shi)必(bi)對(dui)本(ben)安(an)係(xi)統(tong)的(de)防(fang)爆(bao)性(xing)能(neng)造(zao)成(cheng)影(ying)響(xiang)。在(zai)實(shi)踐(jian)中(zhong)通(tong)常(chang)將(jiang)電(dian)纜(lan)按(an)集(ji)中(zhong)參(can)數(shu)處(chu)理(li)，其(qi)參(can)數(shu)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)：
Cc――本安係統最大允許電容；
Lc――本安係統最大允許電感。
2 本安係統安全性評定和關聯設備(安全柵)的選取
2．1本安係統安全性評定
目前，典型本安係統采用“回路認證(LmPAp-Proval)”即“係統認證(System Approval)”。這也是我國現行的本安防爆係統認證技術――聯合取證。這種組合一經認定，其本安設備或關聯設備就不能用未經檢驗機構認證過的其他型號規格的設備替代。而國際上采用“參量認證”的de方fang式shi，即ji對dui關guan聯lian設she備bei與yu現xian場chang設she備bei分fen別bie給gei出chu一yi組zu安an全quan參can數shu，並bing可ke由you用yong戶hu自zi由you地di將jiang不bu同tong生sheng產chan廠chang商shang的de電dian氣qi設she備bei進jin行xing組zu合he，從cong安an全quan性xing角jiao度du出chu發fa隻zhi須xu滿man足zu如ru下xia關guan係xi：
Vmax≥Vo Imax≥Isc
(Cc+Ci)≥Ca (Lc+Li)≥La2．2關聯設備的選取原則
本安防爆係統安全性的保障主要取決於關聯設備(安全柵)。下麵以齊納式安全柵為例，簡要說明其選用原則，並結合應用較廣泛的變送器係統進行實例分析。
1)齊納式安全柵的選用原則
a)根據現場防爆要求，確定所需安全柵的防爆等級；
b)檢查控製室儀表可能存在或產生的最高電壓，確定安全柵最高允許電壓；
c)根據現場設備的信號、電源對地的極性，確定安全柵的極性；
d)考慮安全柵端電阻壓降的影響，確定係統能否正常工作；
e)共模電壓和漏電流的影響對信號響應的精度；
f)安全柵允許的分布參數是否合乎要求。
2)現場設備涉及的種類繁多，對不同的設備須在上述原則的基礎上再進一步深入考慮，表2列出了各類現場儀表配用安全柵的大致情況。
3)變送器本安係統安全柵選用實例(圖2)
由變送器構成的防爆係統在選取關聯設備(安全柵)時，應該從電路工作性能(特別是20mA信號時)和安全性能兩個角度出發。而在選用齊納式安全柵之前必須知道變送器的最低工作電壓及二次儀表的供電電壓大小(一般為24V)，然後選用一個內阻合適的安全柵以保證變送器能正常工作。 a)安全柵內部電阻及i(端電阻)的選用：若Ri值較大，其在20mA信號附近可能由於壓降太大而使係統無法正常工作；但若及i值較小，則安全柵Isc較大可能使Isc≥Imax從而不滿足安全性能。因此選擇確切的Ri值必須通過計算其允許的壓降來實現。
b)提高係統的性能：從圖2可以看出，僅有轉換電阻Rc(2500)和安全柵端電阻Ri可以減小，以提高變送器的工作電壓，若Rc減小到100Ω，則4-20mA信號將變為0．4-2．0V，而這對DCS的安裝和應用提出了新的要求，顯然是一種不切實際的方案。
因此最好的方案是選用低內阻的安全柵。而對一般危險場所選用HB產品能滿足要求就盡量采用HB產品。表3列出了ⅡB與ⅡC產品各項參數的比較。顯然，ⅡB比ⅡC產品有小得多的內部電阻Ri，即相應它上麵的壓降很小，但同時卻有相當高的Isc。
3 本安係統的安裝與維護
本ben安an防fang爆bao係xi統tong設she備bei的de選xuan用yong與yu參can數shu的de完wan全quan匹pi配pei，僅jin僅jin是shi從cong理li論lun上shang實shi現xian了le本ben安an係xi統tong的de構gou想xiang。而er實shi踐jian中zhong係xi統tong的de安an裝zhuang和he維wei護hu是shi至zhi關guan重zhong要yao的de。首shou先xian，必bi須xu對dui本ben安an電dian路lu接jie線xian加jia以yi識shi別bie(如用淡藍色端子和線路)並(bing)且(qie)與(yu)其(qi)他(ta)電(dian)路(lu)相(xiang)隔(ge)離(li)。其(qi)敷(fu)設(she)可(ke)采(cai)用(yong)單(dan)獨(du)的(de)安(an)裝(zhuang)管(guan)道(dao)或(huo)者(zhe)在(zai)同(tong)一(yi)管(guan)道(dao)中(zhong)本(ben)安(an)與(yu)非(fei)本(ben)安(an)線(xian)路(lu)用(yong)絕(jue)緣(yuan)擋(dang)板(ban)隔(ge)開(kai)。此(ci)外(wai)，本(ben)安(an)防(fang)爆(bao)係(xi)統(tong)是(shi)否(fou)可(ke)靠(kao)合(he)理(li)地(di)接(jie)地(di)，對(dui)係(xi)統(tong)安(an)全(quan)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)也(ye)極(ji)為(wei)重(zhong)大(da)。接(jie)地(di)原(yuan)則(ze)為(wei)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)，圖(tu)3示出了正確接地的方法。
1)本安係統接地必須滿足如下要求：
a)安全柵接地電阻必須小於1Ω；
b)接地導線截麵積不小於4nW2(銅芯)或6mm2(鋼芯)；
c)所有接地必須牢固可靠，並利於例行檢查；
d)為提高接地可靠性應采用冗餘設計，即在同一接地極上用雙根導線並聯接地。
2)若本安電路係統在安裝完好並供電之後依然不能工作，則應從以下幾方麵人手尋找解決問題的根源。
a)確認線路連接可靠；
b)檢查電路是否正常供電；
c)檢查安全柵的熔絲。
當上述假定故障不存在時，應判斷安全柵的熔絲是否被熔斷。對熔絲已燒斷的安全柵隻能進行整體更換，但必須遵守以下順序：斷開非本安端接線、斷開本安端接線’斷開接地線、處理裸露接線→取下安全柵並更換掉，隨後按相反順序接線。
4 結束語
隨著本安防爆技術在我國石油、化工等危險產業中的廣泛應用，本安防爆係統也越來越得到普遍重視。我國目前采用的認證方式――聯合取證，已經成為防爆檢驗的必要環節。例如我國儀器儀表防爆安全歸口檢驗單位――國家級儀器儀表防爆安全監督檢驗站(NEPSI)每(mei)年(nian)就(jiu)發(fa)放(fang)聯(lian)合(he)取(qu)證(zheng)數(shu)十(shi)張(zhang)，涉(she)及(ji)本(ben)安(an)防(fang)爆(bao)係(xi)統(tong)數(shu)百(bai)個(ge)。此(ci)外(wai)，對(dui)國(guo)際(ji)上(shang)普(pu)遍(bian)采(cai)用(yong)的(de)參(can)量(liang)認(ren)證(zheng)方(fang)法(fa)，我(wo)國(guo)也(ye)正(zheng)出(chu)台(tai)相(xiang)應(ying)措(cuo)施(shi)以(yi)加(jia)速(su)其(qi)在(zai)防(fang)爆(bao)體(ti)係(xi)認(ren)證(zheng)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)。NEPSI在其“九五”ketizhongduibenanxitongfangbaodeceshihepingdingzuoledaliangyanjiugongzuo。tamendekeyanchengguoshibituidongwoguodebenanxitongfangbaojishuyuguojifangbaojishudequanmianjiegui。
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