(一)、本安防爆技術(shù)
        防爆認證中本安防爆技術(shù)是目前唯一被標準化適合于0區(qū)的技術(shù)。對于自動化儀表，最常用的防爆形式依次是本安型、隔爆型和增安型。然而由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展和低功耗電子器件的不斷誕生，使本安防爆技術(shù)的推廣和應(yīng)用了更為廣闊的空間。特別是由于本質(zhì)安全型(也稱“本安型”)防爆形式與其他防爆形式相比，不僅具有結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣，而且還具有易操作和維護方便等特點，因此這種抑制點火源能量為防爆手段的本安防爆已為儀表制造商和用戶接受。

1、本安防爆技術(shù)的基本原理

        電火花和熱效應(yīng)是引起爆炸性危險氣體爆炸的主要點燃源。本安就是通過限制電火花和熱效應(yīng)兩個可能的點燃源的能量來實現(xiàn)的。在正常工作和故障狀態(tài)下當儀表可能產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)的能量小于這個能量時，低度表不可能點燃爆炸性危險氣體而產(chǎn)生爆炸。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(nèi)，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(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不致于引起其周圍可能存在的危險氣體的爆炸。

2、本安防爆技術(shù)的特點

        本安防爆技術(shù)實際上是一種低功率設(shè)計技術(shù)。通常對于氫氣(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(shù)能很好的適用于工業(yè)自動化儀表。

        與其他任何防爆型式相比，采用本安防爆技術(shù)可給工業(yè)自動化儀表帶來以下技術(shù)和商務(wù)上的特點。

        1)、不需要設(shè)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(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕和造價低的特點。據(jù)資料，建立一個本安型和隔爆型開關(guān)傳輸回路的費用之比約為1：4.

        2)、可在帶電工況下進行維護、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(jié)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(shù)是一種“弱電”技術(shù)，因此，本安儀表的使用可以避免現(xiàn)場工程技術(shù)人員的觸電傷亡事故的發(fā)生。

        5)、適用范圍廣。本安技術(shù)是唯一可適用于0區(qū)危險場所的防爆系統(tǒng)。

        6)對于象熱電偶等簡單設(shè)備，不需特別認證即可接入本安防爆系統(tǒng)。

        綜上所述，對于自動化儀表而言，本安防爆技術(shù)是一種比較理想的防爆技術(shù)，它也必將被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場總線智能化儀表及其系統(tǒng)的設(shè)計。

        3、本質(zhì)安全設(shè)備及關(guān)聯(lián)設(shè)備

        兩種：本安電氣設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備。

        1)、本安電氣設(shè)備

        在國家標準所規(guī)定的條件下(包括正常工作和規(guī)定故障條件)，產(chǎn)生的任何電火花和熱效應(yīng)尚不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電氣設(shè)備。它可用于危險場所。

        它可分為一般本安電氣設(shè)備和簡單電氣設(shè)備。

        一般本安電氣設(shè)備：具有儲能元件，是需要防爆認證的本安電氣設(shè)備，如變送器、接近開關(guān)等。

        簡單電氣設(shè)備：根據(jù)制造商的技術(shù)條件，電氣參數(shù)值均不超過1.2V，

        <0.1A,<25mW，<20uJ的電氣設(shè)備，它們無需防爆認證。可以自由地配置在本安回路中。如：電阻(包括可變電阻)、發(fā)光二極管、開關(guān)、熱電偶、熱電阻、應(yīng)變儀。

        2)、關(guān)聯(lián)設(shè)備(安全柵)

        一種安裝在安全場所，本安電氣設(shè)備與非本安電氣設(shè)備之間相連的電氣設(shè)備。

        安全柵能將竄入到現(xiàn)場本安設(shè)備的能量限制在安全值內(nèi)，從而確保現(xiàn)場設(shè)備、人員和生產(chǎn)的安全。本安系統(tǒng)回路的示意圖如下：

        4、本安電氣設(shè)備的分類

        1)、類別

        基于國家標準GS3836.1《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分通用要求》規(guī)定的電氣設(shè)備分類原則，

        本安儀表可分為兩類：

        I類：煤礦用本安儀表(mining industry)

        Ⅱ類：工廠用本安儀表(surface industry)

        Ⅱ類工廠用本安儀表，跟氣體分組一樣，可進一步分為A、B、C三級。

        2)、級別

        5、防爆標志

        本安儀表的防爆標志跟其他防爆型式的防爆標志一樣，它實質(zhì)上是儀表所適用的爆炸性危險場所的代號。

        通常一個爆炸性危險場所需用三個參量來定義。

        1)、危險場所區(qū)域

        反映可能出現(xiàn)危險氣體的頻率或持續(xù)時間，亦即產(chǎn)生爆炸的危險程度。

        2)、危險性氣體的種類，即氣體組別考慮可能出現(xiàn)的危險氣體的點燃能量。

        3)、危險氣體的引燃溫度，即氣體溫度組別考慮可能出現(xiàn)的危險氣體的點燃溫度。

        相應(yīng)地，本安儀表的防爆標志也必須在“Ex”防爆標記后，依次表達出儀表可適用的區(qū)域、氣體組別和溫度組別三個參量

        （二）、本安電氣設(shè)備防爆標志

        防爆認證中現(xiàn)場本安設(shè)備具有本安性能的主要參數(shù)：

        最高輸入電壓(Ui)

        施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上，而不會使本質(zhì)安全性能失效的最高電壓(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，而不會使本質(zhì)安全性能失效的最高電流(交流峰值或直流)。

        最大輸入功率(Pi)
        
        當電氣設(shè)備與外電源連接不使本質(zhì)安全性能失效時，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。

        最大內(nèi)部等效電容(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。

        最大內(nèi)部等效電感(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。

        2、連接電纜

        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(yīng)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(yīng)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(gòu)主要采取以集中參數(shù)的方式考慮電纜分布參數(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

        3、關(guān)聯(lián)設(shè)備-安全柵

        從控制室設(shè)備配置角度考慮，該部分電氣回路必須具備無論系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)還是故障狀態(tài)，均能夠?qū)陌踩珗鏊姆潜景不芈穫鞯轿ｋU場所的本安設(shè)備的能量抑制在點火極限(最小點燃能量)以下的保護功能。

        安全柵本安性能的基本參數(shù)：

        最高電壓(交流有效值或直流Um)

        施加到關(guān)聯(lián)設(shè)備非本質(zhì)安全連接裝置上，而不會使本質(zhì)安全性能失效的最高電壓。

        最高輸出電壓(Uo)

        在開路條件下，在設(shè)備連接裝置施加電達到最高電壓(包括Um和Ui)時，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(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(Po)

        能從電氣設(shè)備獲得的本質(zhì)安全電路最大功率。

        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。

        最大外部電感(Lo)

        可能連接到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會使本質(zhì)安全性能失效的本質(zhì)安全電路的最大電感。

        4、本安系統(tǒng)組合條件

        為保證設(shè)備的安全正常使用，本安系統(tǒng)各配置間必須滿足以下條件。

        a)、現(xiàn)場本安設(shè)備的防爆標志級別不能高于安全柵的防爆標志級別。

        b)、關(guān)聯(lián)設(shè)備、現(xiàn)場本安設(shè)備與連接電纜參數(shù)之間要符合以下不等式。

        本安儀表及關(guān)聯(lián)設(shè)備，按其使用場4所或相連場所的安全程度可分為ia和ib二個級別。

        ia級是指在正常工作、一個計數(shù)故障和兩個計數(shù)故障情況下均不能點燃爆炸性氣體混合物。即ia級儀表在最大考慮二個計數(shù)故障情況下也不致于產(chǎn)生安全失效。

        ib級是指在正常工作和一個計數(shù)故障情況下不能點燃爆炸性氣體混合物。顯然，ia級儀表的安全程度要比ib級儀表高，ib 級儀表僅考慮儀表產(chǎn)生一個故障時不會產(chǎn)生安全失效，但若儀表出現(xiàn)第二次計數(shù)故障時，就可能會產(chǎn)生安全失效。

        因此，ib級本安儀表的安全程度要比ia級儀表差，它跟隔爆和增安等防爆型式的儀表一樣只適用于1區(qū)和2區(qū)危險場所。相應(yīng)的，ib級本安關(guān)聯(lián)設(shè)備可與1區(qū)和2區(qū)危險場所的本安儀表或設(shè)備相連接。而ia級本安儀表可以用于危險等級最高的0區(qū)危險場所;ia級本安關(guān)聯(lián)設(shè)備可與0區(qū)危險場所的本安儀表或設(shè)備相連接。ia級本安設(shè)備是所有防爆型式中安全程度最高的一種。

        3)、設(shè)備溫度等級

        設(shè)備溫度等級規(guī)定了設(shè)備表面的最高允許溫度值。這主要基于技術(shù)和經(jīng)濟上的考慮。在絕大部分情況下，工作時是有較低溫度等級的設(shè)備購買和安全費用較高。通過比較，選用本安設(shè)備將更加有效和經(jīng)濟。直接安裝在危險場所的本安設(shè)備需要考慮設(shè)備溫度等級，而關(guān)聯(lián)設(shè)備不需要進行設(shè)備溫度等級的部分。設(shè)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(zhì)的點燃溫度，否則會引起燃燒爆炸。

        (三)、本安系統(tǒng)設(shè)計一般要求

        1、本安系統(tǒng)配置設(shè)備選用原則

        本安系統(tǒng)由本安現(xiàn)場設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備(也稱安全柵)和連接電纜三部分組成，就本安防爆性能而言，它們必須滿足Uo≤Ui、Io≤Ii、Po≤Pi、Co≥Cc+Ci和Lo≥Lc+Li四個條件。這些設(shè)備配置的選用原則是：

        1)、本安電氣設(shè)備的選用原則

        簡單設(shè)備：按照GB3836.4-2000防爆標準規(guī)定，對于電壓不超過1.2V、電流不超過0.1A，且其能量不超過20μJ或功率不超過25mW的電氣設(shè)備可視為簡單設(shè)備，其中最常見的儀表設(shè)備有熱電偶、熱電阻、pH電極、應(yīng)變片和開關(guān)等，它們的典型特點是儀表設(shè)備的內(nèi)部等效電感Li=0，內(nèi)部等效電容Ci=0。

        本安電氣設(shè)備：安裝于危險場所的現(xiàn)場設(shè)備，必須明確以下問題：

        a)、是否已按照GB3836.1-2000和GB3836.4-2000要求設(shè)計并已被國家防爆檢驗機構(gòu)認可的本安電氣設(shè)備;

        b)、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;

        c)、明確Ui、Ii、Pi、Ci、和Li參數(shù);

        d)、本安電路是否接地或接地部分的本安電路是否與安全柵接口部分的電路加以有效隔離。

        e)、信號傳輸是以何種方式進行;

        f)、本安電氣設(shè)備的最低工作電壓及回路正常工作電流。

        在上述問題明確的基礎(chǔ)上，選擇與之對應(yīng)的安全柵。

        2)、安全柵的選用原則

        a)、安全柵的防爆標志等必須不低于本安現(xiàn)場設(shè)備的防爆標志的等級。

        b)、確定安全柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安現(xiàn)場設(shè)備的最低工作電壓。c)、安全柵的本安端安全參數(shù)能夠滿足Uo≤Ui、Io≤Ii、Po≤Pi、Co≥Cc和Lo≥Lc的要求。

        d)、根據(jù)本安現(xiàn)場儀表的電源極性及信號傳輸方式選擇與之相匹配的安全柵。e)、避免安全柵的漏電流影響本安現(xiàn)場設(shè)備的正常工作。

        f)、安全柵有兩大類，一類為齊納式安全柵，另一類為隔離式安全柵。

        如何選用及兩者優(yōu)缺點在第95頁介紹。

        3)、連接電纜的選用原則

        用于本安系統(tǒng)中連接本安現(xiàn)場設(shè)備與安全柵的連接電纜，其分布參數(shù)在一定程度上決定了本安系統(tǒng)的合理性及使用范圍，因此必須符合以下條件。

        a)、連接電纜規(guī)格

        連接電纜為銅芯絞線，且每根芯線的截面積不小于0.5mm2。

        介質(zhì)強度應(yīng)能承受2倍本安電路的額定電壓，但不低于500V的耐壓試驗。

        b)、連接電纜長度的限制

        在本安系統(tǒng)中，現(xiàn)場本安儀表和連接電纜同為安全柵的負載，當安全柵與現(xiàn)場本安儀表選定后，也就決定了連接電纜的長度。其具體方法如下。

        根據(jù)Co≥Cc-Ci和Lc≤Lo-Li和公式計算電纜的最大外部分布參數(shù);

        按照L=Cc/Ck和L=Lc/Lk公式分別計算電纜長度，取兩者中的小值作為實際配線長度L，但多芯電纜，應(yīng)考慮相互疊加影響。

        目前國內(nèi)已有多家電纜生產(chǎn)廠生產(chǎn)專為本安系統(tǒng)設(shè)計的本安用特殊電纜，為方便比較選用，下面表1給出了典型普通連接電纜的分布參數(shù)，表2給出了典型國產(chǎn)本安用特殊電纜分布參數(shù)，以供參考。

        表一 典型普通電纜線的分布參數(shù)

        對安裝在危險場所的本安設(shè)備，給出下列安全參數(shù)有Ui、Ii、Pi、Ci和Li。

        對安裝在安全場所的關(guān)聯(lián)設(shè)備，給出下列安全全參數(shù)有Uo、Io、Po、Co和Lo。然后對本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備分別設(shè)想兩個獨立的故障進行。所謂安全參數(shù)額定值是儀表保持安全性能的最大額定值，以此額定值為基礎(chǔ)，來評價本安設(shè)備的本安性能。當上述安全參數(shù)認可后，電纜分布參數(shù)可根據(jù)下列公式得出 Cc≤Co-Ci Lc≤Lo-Li

        在參量認可方式中，通常應(yīng)對本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備分別進行認可，標上各自編號的合格標簽，以此構(gòu)成的系統(tǒng)，兩者的合格證編號是不同的。

        參量認可的最大優(yōu)點是使用者可以自由選配實現(xiàn)本安系統(tǒng)的組合，使用者只要掌握各自的安全參數(shù)的額定值，按照確保安全性能的選配條件，便可自行構(gòu)成本安系統(tǒng)(見本安系統(tǒng)的組合條件)。

        本安系統(tǒng)的認證無論采取上述何種方式，除考慮檢成系統(tǒng)的三要素：本安現(xiàn)場儀表、連接電纜和關(guān)聯(lián)設(shè)備之外，還應(yīng)結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征、是否接地、二次儀表的阻抗等綜合考慮。目前，我國防爆檢驗機構(gòu)主要采取的認可方式實質(zhì)上仍為“系統(tǒng)認可”方式，即“聯(lián)合取證”方式，并逐步向“參數(shù)認可”方向推進。在進行關(guān)聯(lián)設(shè)備檢定認可時，在認可文件中給出了最高開路電壓Uo、最大短路電流Io、最大允許外接電容Co和最大允許外接電感Lo四個參數(shù)。而在進行本安設(shè)備檢定認可時，在認可文件中又規(guī)定配套使用的關(guān)聯(lián)設(shè)備的型號規(guī)格(可以是一個或多個)以及系統(tǒng)允許的電纜分布參數(shù)值，它在考核確認各自安全性能的基礎(chǔ)上，加以考慮相互間的系統(tǒng)匹配而確定的本安系統(tǒng)配備，確保了整個系統(tǒng)的防爆安全性能。

        該方式比較適合我國目前的國情，既限制了本安系統(tǒng)各組成部分的型號，又在一定范圍內(nèi)給出多種選擇，但總的發(fā)展趨勢是走“參量認可”道路。特別是GB3836.4-2000標準的頒布，標志著我國已采納“參量認可”方式。

        空氣開關(guān)又叫空氣斷路器，絕緣介質(zhì)為空氣。是用手動(或電動)合閘，用鎖扣保持合閘位置，由脫扣機構(gòu)作用于跳閘并具有滅弧裝置的低壓開關(guān)，目前被廣泛用于500V以下的交、直流裝置中，在電路中作接通、分斷和承載額定工作電流和短路、過載等故障電流。當電路內(nèi)發(fā)生過負荷、短路、電壓降低或消失時，能自動切斷電路，進行可靠的保護。斷路器的動、靜觸頭及觸桿設(shè)計型式多樣，但提高斷路器的分斷能力是主要目的。

        目前，利用一定的觸頭結(jié)構(gòu)，限制分斷時短路電流峰值的限流原理，對提高斷路器的分斷能力有明顯的作用，而被廣泛采用。

        挑選空氣斷路器的時候最重要的參數(shù)有三個，框架電流In max越大越好，額定極限短路分斷能力Icu越大越好，額定運行短路分斷能力Ics越接近Icu越好,目前市面上做的好的空氣斷路器基本上都是二者相等。

        以下介紹空氣開關(guān)的分類及選用原則：

        1、空氣開關(guān)的常見分類

        (1)裝置式斷路器裝置式斷路器有絕緣塑料外殼，內(nèi)裝觸點系統(tǒng)、滅弧室及脫扣器等，可手動或電動(對大容量斷路器而言)合閘。有較高的分斷能力和動穩(wěn)定性，有較完善的選擇性保護功能，廣泛用于配電線路。目前常用的有DZ15、DZ20、DZX10和C45N(目前已升級為C65N)等系列產(chǎn)品。其中C45N(C65N)斷路器具有體積小，分斷能力高、限流性能好、操作輕便，型號規(guī)格齊全、可以方便地在單極結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上組合成二極、三極、四極斷路器的優(yōu)點，廣泛使用在60A及以下的民用照明支干線及支路中(多用于住宅用戶的進線開關(guān)及商場照明支路開關(guān))。

        (2)框架式低壓斷路器框架式斷路器一般容量較大，具有較高的短路分斷能力和較高的動穩(wěn)定性。適用于交流50Hz，額定電流380V的配電網(wǎng)絡(luò)中作為配電干線的主保護。框架式斷路器主要由觸點系統(tǒng)、操作機構(gòu)、過電流脫扣器、分勵脫扣器及欠壓脫扣器、附件及框架等部分組成，全部組件進行絕緣后裝于框架結(jié)構(gòu)底座中。目前我國常用的有DW15、ME、AE、AH等系列的框架式低壓斷路器。DWl5系列斷路器是我國自行研制生產(chǎn)的，全系列具有1000、1500、2500和4000A等幾個型號。ME、AE、AH等系列斷路器是利用引進技術(shù)生產(chǎn)的。它們的規(guī)格型號較為齊全(ME開關(guān)電流等級從630A～5000A共13個等級)，額定分斷能力較DWl5更強，常用于低壓配電干線的主保護。

        (3)智能化斷路器目前國內(nèi)生產(chǎn)的智能化斷路器有框架式和塑料外殼式兩種。框架式智能化斷路器主要用于智能化自動配電系統(tǒng)中的主斷路器，塑料外殼式智能化斷路器主要用在配電網(wǎng)絡(luò)中分配電能和作為線路及電源設(shè)備的控制與保護，亦可用作三相籠型異步電動機的控制。智能化斷路器的特征是采用了以微處理器或單片機為核心的智能控制器(智能脫扣器)，它不僅具備普通斷路器的各種保護功能，同時還具備實時顯示電路中的各種電氣參數(shù)(電流、電壓、功率、功率因數(shù)等)，對電路進行在線監(jiān)視、自行調(diào)節(jié)、測量、試驗、自診斷、可通信等功能，能夠?qū)Ω鞣N保護功能的動作參數(shù)進行顯示、設(shè)定和修改，保護電路動作時的故障參數(shù)能夠存儲在非易失存儲器中以便查詢，國內(nèi)DW45、DW40、DW914(AH)、DWl8(AE-S)、DW48、DWl9(3WE)、DWl7(ME)等智能化框架斷路器和智能化塑殼斷路器，都配有ST系列智能控制器及配套附件，ST系列智能控制器是國家機械部“八五”至“九五”期間的重點項目。產(chǎn)品性能指標達到國際90年代先進水平。它采用積木式配套方案，可直接安裝于斷路器本體中，無需重復二次接線，并可多種方案任意組合。

        2、空氣開關(guān)的選用原則

        (1)根據(jù)線路對保護的要求確定斷路器的類型和保護形式--確定選用框架式、裝置式或限流式等。

        (2)斷路器的額定電壓UN應(yīng)等于或大于被保護線路的額定電壓。

        (3)斷路器欠壓脫扣器額定電壓應(yīng)等于被保護線路的額定電壓。

        (4)斷路器的額定電流及過流脫扣器的額定電流應(yīng)大于或等于被保護線路的計算電流。

        (5)斷路器的極限分斷能力應(yīng)大于線路的最大短路電流的有效值;

        (6)配電線路中的上、下級斷路器的保護特性應(yīng)協(xié)調(diào)配合，下級的保護特性應(yīng)位于上級保護特性的下方且不相交;

        (7)斷路器的長延時脫扣電流應(yīng)小于導線允許的持續(xù)電流。

天海檢測專注防爆認證15年，有上萬家客戶案例，專業(yè)值得信賴！