本安防爆設(shè)計(jì)有哪些技術(shù)要求

  本安防爆設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其技術(shù)要求非常嚴(yán)格和具體，核心思想是通過限制電路中的能量(電火花和熱效應(yīng))，使其在任何正常或故障狀態(tài)下，都無法點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境。

  以下是本安防爆設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求，可以從系統(tǒng)層面和部件層面兩個(gè)角度來理解：

  一、 系統(tǒng)層面的核心要求：能量限制

  本安系統(tǒng)通常由三部分構(gòu)成：現(xiàn)場設(shè)備(本安設(shè)備)、關(guān)聯(lián)設(shè)備(安全柵) 和連接電纜。技術(shù)要求圍繞著確保整個(gè)回路的能量受控。

  1. 能量限制原則：

  · 必須確保在正常工作情況和規(guī)定的故障情況下，電路中產(chǎn)生的電火花或熱表面能量，都低于可點(diǎn)燃特定爆炸性氣體混合物的最小能量。

  · 這是通過“實(shí)體概念”或“系統(tǒng)性概念”來實(shí)現(xiàn)的，簡單說就是“一個(gè)本安設(shè)備必須由一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)設(shè)備供電和保護(hù)”。

  2. 設(shè)備分類與組合：

  · 本安設(shè)備 [Ex ia / Ex ib / Ex ic]：安裝在危險(xiǎn)場所的設(shè)備。

  · Ex ia：最高保護(hù)等級(jí)，在施加兩個(gè)計(jì)數(shù)故障后仍能保證安全。可用于0區(qū)(爆炸性環(huán)境持續(xù)或長期存在)。

  · Ex ib：在施加一個(gè)計(jì)數(shù)故障后仍能保證安全。可用于1區(qū)。

  · Ex ic：在正常工作時(shí)保證安全。可用于2區(qū)。

  · 關(guān)聯(lián)設(shè)備(安全柵)：安裝在安全場所的設(shè)備，用于限制輸送到危險(xiǎn)場所的能量。主要類型有：

  · 齊納式安全柵：利用齊納二極管進(jìn)行電壓鉗位，熔斷器進(jìn)行電流限制，需要可靠的系統(tǒng)接地。

  · 隔離式安全柵：通過變壓器和光耦進(jìn)行電氣隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量限制。無需專用接地，抗干擾能力強(qiáng)，是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的首選。

  · 組合認(rèn)證：本安設(shè)備必須與特定的關(guān)聯(lián)設(shè)備配套使用，并經(jīng)過認(rèn)證。不能隨意混搭。認(rèn)證文件(如防爆合格證)上會(huì)明確列出允許搭配的關(guān)聯(lián)設(shè)備型號(hào)及其安全參數(shù)。

  3. 系統(tǒng)參數(shù)匹配(“實(shí)體參數(shù)”匹配)：

  這是設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，必須確保以下參數(shù)在整個(gè)回路中匹配：

  · Um：關(guān)聯(lián)設(shè)備能承受的最高允許電壓。它必須大于或等于其所在非危險(xiǎn)區(qū)電路的電壓。

  · Uo / Ui：本安端最高輸出電壓(來自關(guān)聯(lián)設(shè)備) / 本安設(shè)備最大輸入電壓。

  · 必須滿足：Uo ≤ Ui

  · Io / Ii：本安端最大輸出電流(來自關(guān)聯(lián)設(shè)備) / 本安設(shè)備最大輸入電流。

  · 必須滿足：Io ≤ Ii

  · Po / Pi：本安端最大輸出功率(來自關(guān)聯(lián)設(shè)備) / 本安設(shè)備最大輸入功率。

  · 必須滿足：Po ≤ Pi

  · Co / Ci：關(guān)聯(lián)設(shè)備允許的最大外部電容 / 本安設(shè)備內(nèi)部電容及電纜分布電容之和。

  · 必須滿足：Co ≥ Ci + Ccable

  · Lo / Li：關(guān)聯(lián)設(shè)備允許的最大外部電感 / 本安設(shè)備內(nèi)部電感及電纜分布電感之和。

  · 必須滿足：Lo ≥ Li + Lcable

  · La / Ra：對于電感電路，有一個(gè) L/R 比值 的限制，因?yàn)樗绊懟鸹ǚ烹姷奶匦浴?/span>

  二、 部件與電路設(shè)計(jì)的具體技術(shù)要求

  為了實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)參數(shù)，對本安設(shè)備內(nèi)部的電路和元器件有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求。

  1. 元器件選擇與降額使用：

  · 必須選擇高質(zhì)量、高可靠性的元器件。

  · 元器件的工作參數(shù)(電壓、電流、功率)必須遠(yuǎn)低于其額定值(通常為額定值的50%-66%)，即“降額使用”，以提高可靠性并防止故障。

  2. 間距和爬電距離：

  · 電氣間隙：兩個(gè)導(dǎo)電部件在空氣中的最短空間距離。

  · 爬電距離：兩個(gè)導(dǎo)電部件沿絕緣材料表面的最短路徑距離。

  · 這兩個(gè)距離必須根據(jù)電路電壓、材料組別(針對氣體)和污染等級(jí)來確定，以防止短路或漏電起痕。在PCB布局時(shí)必須嚴(yán)格計(jì)算和控制。

  3. 封裝與絕緣：

  · 電路板通常需要涂覆三防漆(Conformal Coating) 以提高絕緣性能、防潮和防污染。

  · 關(guān)鍵電路可能需要進(jìn)行澆封(Potting)，用環(huán)氧樹脂等材料完全封裝，以限制能量并防止元件短路。

  4. 限能電路設(shè)計(jì)：

  · 冗余設(shè)計(jì)：對于Ex ia等級(jí)，關(guān)鍵限能元件(如電阻)可能需要冗余設(shè)計(jì)，即串聯(lián)多個(gè)電阻，即使一個(gè)失效，另一個(gè)仍能起到限流作用。

  · 保護(hù)性元件：使用熔斷器作為快速保護(hù)，限流電阻，穩(wěn)壓二極管(齊納管) 進(jìn)行電壓鉗位。這些元件本身需要滿足高可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

  5. 接地要求(尤其針對齊納式安全柵)：

  · 齊納式安全柵必須有一個(gè)獨(dú)立、可靠的接地系統(tǒng)，接地電阻通常要求小于1Ω。如果接地失效，安全柵將失去保護(hù)作用。

  三、 布線、安裝與文檔要求

  1. 電纜要求：

  · 本安系統(tǒng)和非本安系統(tǒng)的電纜應(yīng)分開敷設(shè)，或保持足夠距離。

  · 電纜的分布電容(Ccable)和分布電感(Lcable)必須被計(jì)算在內(nèi)，并確保不超過關(guān)聯(lián)設(shè)備允許的Co和Lo值。

  2. 標(biāo)識(shí)與銘牌：

  · 所有本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備必須有清晰、永久的銘牌，標(biāo)明防爆標(biāo)志、溫度組別、設(shè)備保護(hù)級(jí)別(Ga, Gb, Gc)以及關(guān)鍵的安全參數(shù)(Ui, Ii, Pi, Ci, Li等)。

  3. 技術(shù)文檔：

  · 必須提供詳細(xì)的防爆合格證書和控制圖，清晰地說明整個(gè)本安回路的構(gòu)成、參數(shù)匹配和安裝要求。

  總結(jié)

  本安防爆設(shè)計(jì)的技術(shù)要求是一個(gè)完整的體系，其核心是 “能量限制” 和 “參數(shù)匹配” 。設(shè)計(jì)師必須：

  · 正確選擇設(shè)備類別(ia, ib, ic)。

  · 嚴(yán)格進(jìn)行實(shí)體參數(shù)核算(Uo/Io/Po/Co/Lo vs. Ui/Ii/Pi/Ci/Li)。

  · 在電路設(shè)計(jì)上遵循間距、降額、冗余等原則。

  · 在安裝和維護(hù)中確保接地、布線和標(biāo)識(shí)符合規(guī)范。

  所有這些要求都旨在確保從源頭到終端，在任何可預(yù)見的情況下，系統(tǒng)的能量都處于絕對安全的水平。實(shí)際設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循 GB 3836(中國標(biāo)準(zhǔn)) 或 IEC 60079系列(國際標(biāo)準(zhǔn)) 等權(quán)威規(guī)范。