摘    要：本文介紹安全柵的基礎(chǔ)知識，閘述了正確選用安全柵，以及安裝和在現(xiàn)場調(diào)試安全柵時的注意事項(xiàng)。并探討了本安回路的阻抗匹配問題。 關(guān) 鍵 詞：安全柵，本質(zhì)安全系統(tǒng)，關(guān)聯(lián)設(shè)備，回路認(rèn)證，參量認(rèn)證 Abstract：This text introduces the foundation knowledge of the safe grid, the  said the exactitude chooses to use the safe grid, and install with adjust to try the announcements of safe grid hour on the spot.And inquiry into the resistance of this peaceful back track match the problem. Key words：Safe grid, safe system in innate character, connection equipments, back track attestation, three measure attestation 中圖分類號：TP301 1、 前言 安全柵是一種安裝在安全場所的本質(zhì)安全型防爆儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，（術(shù)語：關(guān)聯(lián)設(shè)備一種安裝在安全場所，本安電氣設(shè)備與非本安電氣設(shè)備之間的相連的電氣設(shè)備）當(dāng)本安防爆系統(tǒng)的本安儀表發(fā)生故障時，安全柵能將串入到故障儀表的能量限制在安全值以內(nèi)，從而確?，F(xiàn)場設(shè)備、人員和生產(chǎn)的安全。 在原油集輸自動化系統(tǒng)中，安全柵是儀表不可或缺的關(guān)聯(lián)設(shè)備，所以對安全柵的基礎(chǔ)知識，正確選用安全柵，安裝、調(diào)試安全柵時的注意事項(xiàng)等問題的掌握是至關(guān)重要的。本文針對以上問題，對安全柵的基礎(chǔ)知識、選用、安裝以及調(diào)試作簡要的介紹，希望對自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員有所幫助。 2、 安全柵知識介紹 2.1 本安型安全柵 本安型安全柵應(yīng)用在本安防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，它是安裝于安全場所并含有本安電路和非本安電路的裝置，電路中通過限流和限壓電路限制了送往現(xiàn)場本安回路的能量，從而防止非本安電路的危險能量串入本安電路，是本安系統(tǒng)的重要組成部分。 安全柵安裝于安全場所，接收來自危險區(qū)的信號,輸出安全信號到安全區(qū)或危險區(qū)。見圖。

由于安全柵被設(shè)計(jì)為介于現(xiàn)場設(shè)備與控制室設(shè)備之間的一個限制能量的接口，因此無論控制室設(shè)備處于正?；蚬收蠣顟B(tài)，安全柵都能確保通過它傳送給現(xiàn)場設(shè)備的能量是本質(zhì)安全的。 中國國家儀器儀表防爆安全監(jiān)督站是中華人民共和國地區(qū)監(jiān)督生產(chǎn)安全防爆產(chǎn)品的權(quán)威機(jī)構(gòu)，對本安型安全柵產(chǎn)品有著嚴(yán)格、科學(xué)、詳細(xì)的規(guī)定，只有通過該監(jiān)督站認(rèn)證的企業(yè)及其所開發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品才具備符合標(biāo)準(zhǔn)的安全性能，否則可能會給使用方的設(shè)備、人員和生產(chǎn)造成無可估量的損害。 2.2 安全柵的結(jié)構(gòu)形式 常見的安全柵結(jié)構(gòu)形式分為二大類：一類為齊納式安全柵，它是通過快速熔斷絲和限壓、限流電路實(shí)現(xiàn)能量限制作用，使在本安防爆系統(tǒng)中，不論現(xiàn)場本安儀表發(fā)生任何故障，都保證傳輸?shù)浆F(xiàn)場(危險區(qū))的能量處于一個安全值內(nèi)（不會點(diǎn)燃規(guī)定的分級、分組爆炸性氣體的混合物),從而保證生產(chǎn)現(xiàn)場的安全。另一類是隔離式安全柵，它是本安回路與非本安回路之間通過光、電、磁隔離技術(shù)，用變壓器耦合實(shí)現(xiàn)電源、信號輸入、信號輸出的隔離，由于信號完全浮空，增強(qiáng)了信號的抗干擾能力，提高了自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。并在本安端加類似于齊納式安全柵的快速熔斷絲和限流、限壓電路實(shí)現(xiàn)能量的限制，保證本安防爆系統(tǒng)的安全。隔離式安全柵在使用時，不特別要求在本安端接地，系統(tǒng)可以在危險區(qū)或安全區(qū)認(rèn)為合適的任何一方接地。二者的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。

2.2.1 齊納式安全柵 齊納安全柵原理示意圖如上，它的原理簡單、電路實(shí)現(xiàn)容易，價格低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其應(yīng)用中的可靠性受到很大影響，并限制了其應(yīng)用范圍，其原因如下：1、安裝位置必須有非常可靠的接地系統(tǒng)，并且該齊納式安全柵的接地電阻必須小于1Ω，否則便失去防爆安全保護(hù)性能，顯然這樣的要求是十分苛刻并在實(shí)際工程應(yīng)用中難以保證。2、要求來自危險區(qū)的現(xiàn)場儀表必須是隔離型，否則通過齊納式安全柵的接地端子與大地相接后信號無法正確傳送，并且由于信號接地，直接降低信號抗干擾能力，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。3、齊納式安全柵對電源影響較大，同時也易因電源的波動而造成齊納式安全柵的損壞。 2.2.2 隔離式安全柵 隔離式安全柵原理示意圖如上，與齊納式安全相比，雖然價格略高，但其它方面的突出優(yōu)點(diǎn)卻為用戶應(yīng)用帶來了更大的受益： 1.由于采用了三方隔離方式，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工帶來極大方便。 2.對危險區(qū)的儀表要求大幅度降低，現(xiàn)場無需采用隔離式的儀表。 3.由于信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。 4.隔離式安全柵具備更強(qiáng)的輸入信號處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號，這是齊納式安全柵所無法做到的。 5.隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號，以提供給使用同一信號源的兩臺設(shè)備使用，并保證兩設(shè)備信號不互相干擾，同時提高所連接設(shè)備相互之間的電氣安全絕緣性能。 因此，對比齊納式和隔離式安全柵的特點(diǎn)和性能后可以看出，隔離式安全柵有著突出的優(yōu)點(diǎn)和更為廣泛用途，雖然其價格略高于齊納式安全柵，但從設(shè)計(jì)、施工安裝、調(diào)試及維護(hù)成本來考慮，其綜合成本可能反而低于齊納式安全柵。在要求較高的工程現(xiàn)場幾乎無一例外地采用了隔離式安全柵作為主要本安防爆儀表，隔離式安全柵已逐漸取代了齊納式安全柵，在安全防爆領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用. 2.3 本安設(shè)備標(biāo)志定義 對于本安設(shè)備，常?？梢钥吹竭@樣的標(biāo)志：Ex（ia）ⅡC，其中：Ex — 防爆標(biāo)志 (ia)—防爆等級 ⅡC— 氣體組別。iaIIBT4 2.3.1 防爆等級： ia：在正常工作狀態(tài)下，1個故障或2個故障狀態(tài)下都不會點(diǎn)燃危險氣體，回路必須保證在兩個故障同時出現(xiàn)時仍然保證安全特性。“ia ”類電氣設(shè)備對易受干擾的元器件必須采用“三重化”設(shè)計(jì)?！癷b”類電氣設(shè)備只能保證在1個故障狀態(tài)下不會點(diǎn)燃危險氣體。 2.3.2 氣體組別： Ⅰ組電氣設(shè)備：用于易受甲烷影響的煤礦環(huán)境中。 Ⅱ組電氣設(shè)備：可用于除煤礦以外的爆炸危險環(huán)境中。 Ⅱ組電氣設(shè)備根據(jù)易燃性物質(zhì)的不同點(diǎn)燃能量進(jìn)一步細(xì)分。各子組用大寫英文子母區(qū)分，從下表中可以看出，C子組所需要的點(diǎn)燃能量最少，即在該組電氣設(shè)備中，C組設(shè)備具備通用性。 2.3.3 常見易燃性物質(zhì)的分組       表一：易燃性物質(zhì)的分組 典型氣體 分組標(biāo)準(zhǔn) 點(diǎn)燃特性 中國、IEC、歐洲 北美 甲烷 Ⅰ 易點(diǎn)燃 難點(diǎn)燃 乙炔 ⅡC A 氫氣 ⅡC B 乙烯 ⅡB C 丙烷 ⅡA D 2.3.4 爆炸性危險場所的區(qū)域劃分 在安全防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及防爆產(chǎn)品的選型中， 除了需要對爆炸性環(huán)境中存在的氣體進(jìn)行分級、分組外，還應(yīng)根據(jù)爆炸性氣體出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間對爆炸性氣體危險場所進(jìn)行區(qū)域劃分：   表二：爆炸性危險場所的區(qū)域劃分 0區(qū) 爆炸性氣體混合物連續(xù)地或長時間地存在的場所。 易點(diǎn)燃 難點(diǎn)燃 1區(qū) 爆炸性氣體混合物有可能出現(xiàn)的場所。 2區(qū) 爆炸性氣體混合不可能出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也是短時間存在的場所。 3、 選用安全柵步驟 安全柵是介于現(xiàn)場設(shè)備與控制室設(shè)備之間的一個限能電路，用來把控制室供給現(xiàn)場儀表的電能量限制在既不能產(chǎn)生足以引爆危險氣體的火花，又不能產(chǎn)生足以引爆危險氣體的儀表表面溫度，從而消除了引爆源。在選擇安全柵時必須考慮其型號與現(xiàn)場儀表類型相適應(yīng)，還須考慮安全柵與本質(zhì)安全儀表要求相兼容及形成的本安系統(tǒng)中阻抗匹配的問題。 我國采用“回路認(rèn)證”這種方式認(rèn)證本安系統(tǒng)，即根據(jù)危險環(huán)境使用儀表的聯(lián)合取證情況，選擇已與其聯(lián)合取證的安全柵，一經(jīng)聯(lián)合取證，現(xiàn)場儀表與安全柵便固定組合構(gòu)成本安系統(tǒng)。實(shí)踐中，這種方式對安全柵和現(xiàn)場儀表的選擇有很大的局限性。目前廣泛采用是進(jìn)年來逐漸形成的一種本質(zhì)安全認(rèn)證技術(shù)，即“參量認(rèn)證”。按照“參量認(rèn)證”方式認(rèn)證的本安設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備需要一組安全參數(shù)，包括：   Vmax— 在正常工作或故障條件下，能接受并能保持其本安性能的最高電壓。 Imax —在正常工作或故障條件下，能接受并保持其本安性能的最高電流。 Ci— 本安現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部未被保護(hù)的電容。 Li—本安現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部未被保護(hù)的電感。 Pmaxo — 關(guān)聯(lián)設(shè)備允許輸入的最大功率。 “參量認(rèn)證”關(guān)系式為：Vmax>Voc，Imax>Isc，Pmaxi>Pmaxo，Ci Cc<Ca，Li Lc<La， Ra Rb Rl

電纜的選用問題，從而限制了電纜長度。實(shí)際使用中還應(yīng)考慮阻抗匹配問題。最后的公式中，Ra安全柵阻抗，Rl電纜阻抗，安全儀表的允許負(fù)載阻抗Ro，對于輸出回路，作為安全儀表的調(diào)節(jié)器或I/O卡的輸出通道等，它們的允許負(fù)載阻抗是制造廠商提供的。對于輸入回路，作為安全儀表的顯示儀表或I/O卡的輸入通道等，它們的允許負(fù)載阻抗取決于其輸出電壓和現(xiàn)場儀表的無負(fù)載工作電壓。無論輸入還是輸出回路，選用安全柵時其阻抗?jié)M足上式即可保證回路的正常工作。 按照“參量認(rèn)證”的關(guān)系式選用的安全柵，理論上可以保證正常工作，實(shí)際使用時還必須注意以下問題： 1、所選用的齊納安全柵應(yīng)已經(jīng)防爆檢測機(jī)構(gòu)防爆認(rèn)證，并有防爆合格證書。 2、根據(jù)工作現(xiàn)場所屬的危險區(qū)域 ( 0區(qū)、1區(qū)、2區(qū))，氣體級別和溫度組別來選擇齊納安全柵的防爆等級 ( 安全柵防爆標(biāo)志) ，使其符合上述的防爆<

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