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1、目錄
1 本質安全 1
1.1 本質安全定義 1
1.2 本質安全由來 1
2 本質安全防爆技術 1
2.1 本質安全防爆技術的原理 1
2.2 本質安全防爆技術的特點 2
3 本質安全防爆方法 2
4 本質安全防爆認證 2
5 本質安全儀表及回路的特殊要求 2
5.1 對接地的要求 3
5.2 對連接電纜的要求 3
5.3 設備溫度等級 3
5.4 本安電氣設備的選用原則 3
6 本安防爆技術應用 4
儀表本安防爆技術論文
專業(yè): 測控技術與儀器
學號: 0803020317
姓名: 林 治 冰
2、
2011年10月8日
本質安全防爆技術
1 本質安全
1.1 本質安全定義
本質安全是指通過設計等手段使生產設備或生產系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故的功能。具體包括失誤—安全（誤操作不會導致事故發(fā)生或自動阻止誤操作）、故障—安全功能（設備、工藝發(fā)生故障時還能暫時正常工作或自動轉變安全狀態(tài)）。
1.2 本質安全由來
本質安全源于按GB3836.1-2000標準生產，專供煤礦井下使用的防爆電器設備的分類，防爆電器分為隔爆型、增安型、本質安全型等種類，本質安全型電器設備的特征是其全部電路均為本質安全電路，即在正常工作或
3、規(guī)定的故障狀態(tài)下產生的電火花和熱效應均不能點燃規(guī)定的爆炸性混合物的電路。也就是說該類電器不是靠外殼防爆和充填物防爆，而是其電路在正常使用或出現(xiàn)故障時產生的電火花或熱效應的能量小于0.28mJ, 即瓦斯?jié)舛葹?.5%（最易爆炸的濃度）最小點燃能量。
2 本質安全防爆技術
2.1 本質安全防爆技術的原理
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(huán)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(yè)自動化儀表。
針對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(xiàn)防爆。在正常工作和故障
4、狀態(tài)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，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(huán)境，也就是危險程度最高、最易爆的環(huán)境，必須將功率限制在1.3W以下。國際電工委員會(IEC)規(guī)定，在危險程度最高的危險場所0區(qū)，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。本質安全型儀表設備按安全程度和使用場
5、所不同，可分為Ex ia和Ex ib。Ex ia的防爆級別高于Ex ib。
Ex ia級本質安全儀表在正常工作狀態(tài)下以及電路中存在兩起故障時，電路元件不會發(fā)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(qū)、1區(qū)和2區(qū)。
Ex ib級本質安全儀表在正常工作狀態(tài)下以及電路中存在一起故障時，電路元件不發(fā)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(qū)和2區(qū)。
2.2 本質安全防爆技術的特點
(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。據(jù)資料，建立一個本安型和隔爆型開關傳輸
6、回路的費用之比約為1:4。
(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(xiàn)場工程技術人員的觸電傷亡事故的發(fā)生。
(5) 適用范圍廣。本安技術是唯一可適用于0區(qū)危險場所的防爆系統(tǒng)。
(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(tǒng)。
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(yè)自動化儀表帶來技術上的突出特點。
3 本質安全防爆方法
本質安全防爆方
7、法是利用安全柵技術將提供給現(xiàn)場儀表的電能量限制在既不能產生足以引爆的火花，又不能產生足以引爆的儀表表面溫升的安全范圍內，從而消除引爆源的防爆方法。
對于儀表檢測和控制回路而言，限制能量首先意味著限制電壓和電流。又由于電容和電感能夠儲存和釋放電能量，因此電容和電感也須限制。
實踐中，人們利用火花實驗裝置，通過實驗確定對不同危險類別氣體的電能量限制參數(shù)。國際標準和中國國家標準中給出的常用電能量引爆曲線有電壓電流引爆曲線、電壓電容引爆曲線和電流電感引爆曲線等。根據(jù)這些曲線，再參考1.5倍的保險系數(shù)，人們便可以確定在涉及某類氣體時，對指定回路的電能量限制參數(shù)。
例如，涉及IIC類氣體(如氫氣)時
8、，對標準24VDC供電的回路(如變送氣，電氣轉換器，電磁閥等)通常設定限壓值為28V。依此限壓值查電壓電流引爆曲線，并考慮1.5倍的保險系數(shù)，可確定此時的限流值，可確定此時的限流值應為119mA。依28V限壓值并考慮1.5倍的保險系數(shù)后查電壓電容引爆曲線，可確定回路電容值應限制在0.13μF。依119mA限流值并考慮1.5倍的保險系數(shù)后查電流電感引爆曲線，可確定回路電感值應限制在2.55mH。
為限制儀表的表面溫度，除需限制回路的開路電壓和短路電流外，還要限制回路的最大功率。
本質安全防爆回路，總是由一個本安現(xiàn)場儀表和作為回路限能關聯(lián)設備的安全柵配合組成
4 本質安全防爆認證
9、
對構成系統(tǒng)的現(xiàn)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(fā)的本安儀表和安全柵的聯(lián)合取證確認該本安回路的安全性?，F(xiàn)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(fā)光二極管以及橋路等，設備中不含儲能元件。
5 本質安全儀表及回路的特殊要求
5.1 對接地的要求
本質安全型儀表系統(tǒng)必須具有可靠的獨立接地。整個自動化儀表系統(tǒng)有四種類型的接地:本質安全型儀表系統(tǒng)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，本質安全儀表系統(tǒng)需獨立設置接地系統(tǒng)，與其它接地網(wǎng)相距5
10、m以上，一般要求本質安全地的接地電阻小于1Q。其它兩種接地電阻按設計或規(guī)范要求一般在4Q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(wǎng)上。
5.2 對連接電纜的要求
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(xiàn)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(tǒng)的本安性能。因此既要保證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(shù)的方式考慮
11、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:
電纜最大允許分布電容(Ci):
(Cc)=(Ck)×L
電纜最大允許分布電感(Lc):
(Lc)=(Lk)×L
式中: Ck—電纜單位長度分布電容;
Lk—電纜單位長度分布電感;
L—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(yōu)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:
(1) 本安線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
12、室側不再接地。
(3) 屏蔽電纜的備用芯線與電纜的屏蔽層，應在同一側接信號回路地。
5.3 設備溫度等級
設備溫度等級規(guī)定了設備表面的最高允許溫度值，見表2。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(lián)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(huán)境中可燃物質的點燃溫度，否則會引起燃燒爆炸。
5.4 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(guī)定，對于電壓不超過1.2V、電
13、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(xiàn)場。
(2) 本安電氣設備。安裝于危險場所的現(xiàn)場設備、必須明確以下問題:
●是否已按照DB3836.1-2000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(guī)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?shù)姆绞郊氨景搽姎庠O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
14、上，選擇相對應的安全柵。
(3) 安全柵的選用原則
● 安全柵的防爆標志等級必須不低于本安現(xiàn)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(xiàn)場設備的最低工作電壓。
●安全柵的本安端安全參數(shù)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(xiàn)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(xiàn)場設備的正常工作。
6 本安防爆技術應用
本質安全防爆系統(tǒng)由三部分組成:現(xiàn)場本質安全儀表、本質安全電纜及本質安全關聯(lián)設備?，F(xiàn)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(qū)別;關聯(lián)設備包括齊納式安全柵、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(xiàn)場本安設備的能量限制在安全值內，從而確保現(xiàn)場設備、人員和生產的安全。雖然本安型儀表在儀表匹配、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(fā)展，工業(yè)自動化儀表已趨于低功耗、電子化、小型化發(fā)展，更加容易實現(xiàn)本質安全，綜上所述，對于自動化儀表而言，本安防爆技術是一種比較理想的防爆技術，它也必將被廣泛應用于現(xiàn)場總線智能化儀表及現(xiàn)代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中。
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儀表本安防爆技術論文 測控技術與儀器
