浅谈本安防爆技术

刘丹

(沈阳电气传动研究所有限公司，辽宁 沈阳 110141)

浅谈本安防爆技术

刘丹

(沈阳电气传动研究所有限公司，辽宁 沈阳 110141)

综合阐述了本安防爆技术的工作原理及特点。在此基础之上，又针对本安防爆技术的系统构成、参数匹配原则、认可方式等方面内容作进一步的阐述。

自动化仪表；本安防爆；防爆系统

1 前言

在石油、化工等行业的生产现场将不可避免的出现爆炸性物质，进而形成爆炸性危险场所。这给包括自动化仪表在内的各类电气设备的安全使用造成了不小的困难。我国广泛采用的防爆技术有：隔爆型、增安型、本质安全型、正压型等。在众多防爆技术中，本安防爆技术是未来防爆技术的发展趋势。为此，本文就本安防爆技术领域中的本安防爆技术原理、特点、应用及认证作简要介绍。

2 本安防爆技术原理

爆炸是物质从一种状态通过物理的或化学的变化突然变成另一种状态，并放出巨大的能量而做机械功的过程。爆炸环境根据爆炸性混合物出现的频繁程度，气体、蒸气爆炸危险环境可以分为：0区、1区、2区。其中，0区爆炸性混合物的出现频率最高，故最为危险。

爆炸必须具备以下三个条件。

(1)有固体、液体或气体可燃物质存在。

(2)助燃物质：空气中的氧气。

(3)有引燃源存在。凡能引起可燃物质燃烧的热能源都称之为引燃源。如明火、电火花、灼热的物体以及机械碰撞火花等。

本安防爆技术就是通过限制电火花和热效应两个可能的点燃源来实现防爆作用。该技术采用可靠技术控制电路参数，将潜在的火花能量降低到可燃规定的气体混合物能量以下。将导线及元件表面发热温度限制在规定的气体混合物的点燃温度以下。这样就保证了仪表在正常工作或预期异常故障情况下不会引起周围的危险气体的爆炸。

3 本安型防爆电器特点

本安型防爆电器采用低功率设计技术。相比其他型式的防爆电器有以下特点：

(1)结构简单、体积小、重量轻。对外壳材质、装配、机加要求较低。

(2)ia级别的本安防爆电器适用于0区危险场所，其他防爆电器不适用。

(3)本安仪表可以在通电的情况下进行维修和调整。

(4)本安防爆是“弱电”技术，故操作安全，且也避免了现场工程技术人员触电事故的发生。

4 本安防爆系统

本安防爆通常为系统防爆，其防爆性能不仅与关联设备有关，而且与相应设备有关。本安防爆系统由本安型现场设备、关联设备以及连接电缆组成。系统回路以关联设备为界分为本质安全电路和非本质安全电路。关联设备通过本质安全电缆连接到本安型现场设备就构成了本质安全电路，从关联设备到中控设备的电路为非本质安全电路，如图1所示。

图1 本安系统系统认可框图

4.1 现场本安设备

现场设备电路内部均含有储能元件，故必须将处于气体爆炸危险环境中的现场设备按照本安防爆要求设计，对其中包含的电感和电容等储能元件回路采取相应措施，并使其尽可能减少或减小，同时还要考虑元件的功耗及温升问题，以保证该设备不论是正常工作还是故障状态下均不会产生由火花和热源引起的点燃。

现场本安设备的本安参数为：

本安设备在故障状态下的最高输入电压Ui；

本安设备在故障状态下的最高输入电流Ii；

本安设备在故障状态下的最高输入功率Pi；

本安设备最大内部等效电容Ci；

本安设备最大内部等效电感Li。

4.2 连接电缆

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中不可避免的储存能量，一旦当线路出现开路或短路时，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。因此要限制布线长度从而限制分布电感和分布电容。

电缆最大允许分布电容Cc：Cc=CkL；

电缆最大允许分布电感Lc：Lc=LkL；

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。

4.3 关联设备(安全栅)

关联设备通常安装在安全场所或隔爆外壳内。作用是把危险场所和非危险场所的电路分开，进而抑制危险能量传递到危险场所中。安全栅既能对正常工作状态下的现场设备进行保护，又能在现场设备故障条件下对其进行保护。常见的安全栅有齐纳式安全栅和隔离式安全栅。

关联设备本安参数为：

关联设备在故障状态下的最高开路电压Uo；

关联设备在故障状态下的最大短路电流Io；

关联设备在故障状态下的最大功率Po；

关联设备在故障状态下允许的最大外部电容Co；

关联设备在故障状态下允许的最大外部电感Lo。

4.4 现场本安设备与关联设备的匹配

为保证设备的安全使用，现场本安设备与关联设备间必须满足以下条件。

(1) 现场本安设备的防爆标志级别不能高于安全栅的防爆标志级别。

(2) 关联设备与现场本安设备之间必须同时满足Uo≤Ui、Io≤Ii和Po≤Pi。

(3) 连接电缆长度的分布参数必须同时满足Cc≤Co-Ci和Lc≤Lc-Li。

4.5 本安防爆认证

目前我国各检验机构对本安防爆系统的检验认证方法归纳起来有以下两种：

4.5.1 系统认证

系统认证，也称为“联合取证”，对构成系统的现场设备、关联设备必须经过国家授权认证机构进行检验认可，确认该本安回路的安全性。系统一经认可，系统中任一设备不能由其他型号、规格或不同制造厂生产的相同本安设备或关联设备所代用。认证关系如图1所示。

4.5.2 参数认证

独立的对本安仪表或关联设备进行检验认可，并分别给出一组安全参数。用户在系统设计时，若本安仪表和关联设备的安全参数相互匹配，则不需要再经防爆检验机构认证即可自行构成本安防爆系统。认证关系如图2所示。

图2 本安系统参量认可框图

总之，本安现场设备、关联设备及连接电缆是构成本安防爆系统的要素，每个环节都至关重要。同时，本安防爆是个系统的概念，三者之间彼此独立又相互关联，在实际应用中要综合考虑。

5 结束语

随着石油、化工等产业的飞速发展，电气防爆技术应用也日趋广泛。每一种防爆型式都有各自的特点和使用范围。本质防爆电器产品不仅具有重量轻、体积小、成本低的特点，而且适用范围最广、安全性最高。因此在今后本安防爆技术必将会被更多的研发和使用。

[1] GB3836.1-2010，爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求[S].

[2] GB3836.4-2010，爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备[S].

[3] 徐建平.仪表本安防爆技术[M].

[3] 王尽余,潘妙琼,钟梅.防爆电器手册[M].

Talking about Intrinsically Safe Explosionproof Technology

LIUDan

(Sheyang Electrical Driving Research Institute Co.Ltd.,Shenyang 110141,China)

The paper explains the wroking principle and Characteristics of intrinsically safe explosionproof technology.On the pasis of this,the system form,parameter match princide and approved mode of intrinscially safe explosionproof technology has been also explained.

automation instrument;intrinscially safe;explosionproof system

1004-289X(2015)02-0009-03

TM93

B

2014-10-18