本质安全 的起源.

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1 本质安全 的起源

2 火花 热量 爆炸 危险区域 可燃气体 空气 爆炸三角形

3 断路火花 裸导线 电池 电铃 绞车操作人员 煤矿电铃系统 （大约1910年） 本质安全的起源

4 气体, 温度 和区域的划分

5 气体划分 代表性气体 易燃性 IEC 标准 北美标准 乙炔 氢气 乙烯 丙烷 甲烷 Group IIC Group IIB Group IIA Group I (mining) Class I, Group A Class I, Group B Class I, Group C Class I, Group D (No classification) 易引燃

6 气体, 温度 和区域的划分

7 易燃物体在一定的温度下会发生爆炸，此时并没有火花产生。 这个温度称作 点燃温度 of that material
仪表的温度必须不超过所处气体的点燃温度 爆炸

8 仪表温度级别 气体点燃温度 700 氨水 630 甲烷 595 600 氢气 560 丙烷 470 乙烯 425 500 丁烷 365 T1
400 300 T2 环己烷259 二 乙醚170 二硫化碳 100 200 T3 T4 100 T5 T6

9 气体, 温度 和区域的划分

10 区域的划分是根据可燃性气体存在的几率和存在时间的长短来决定的。
0区: 易燃易爆气体长期连续存在（〉1000小时/年） 1区: 易燃易爆气体在正常工作时会在一定时间存在（ 〉10小时《 1000小时/年） 2区: 易燃易爆气体在故障时才会存在 （《10小时/年）

11 区域划分 ....举例 3m 3m 通风孔 Zone 2 3m Zone 1 Zone 0 Liquid surface 水池

12 本质安全 的 起源及原理

13 1. 限制电压 2. 限制电流 3. 限制贮存的电能 本质安全设计的基本目标

14 电压和电流特性 短路 电流 点燃 发生 简单的电 阻性电源的 输出特性 点燃不 发生 开路电压 R I V s/c o/c Ignition
occurs V o/c 简单的电 阻性电源的 输出特性 点燃不 发生 I s/c 开路电压 电压和电流特性

15 本质安全系统 ------------ 定义 是指一个由设备和连接导线组的 系统，其中系统中任何一部分 的电火花或热效应都不会导致危
险场所的爆炸 CENELEC is a European organisation dedicated to the harmonisation of international standards. MEMBERS of CENELEC are not limited to the EEC : Austria,Belgium,Denmark,Eire,Finland,France,Italy, Luxembourg,the Netherlands,Norway,Portugal, Spain,Sweden,Switzerland,the United Kingdom, West Germany TEST LABORATORIES within CENELEC are BASEEFA,PTB LCIE,CESI,INIEX,SEV,SEMKO,DEMKO and EVTA MINING APPROVALS are often under a separate wing e.g.; HSE(M),BVS,CERCHAR APPROVAL by one recognised test house is normally accepted by all others 定义

16 <故障>是指决定设备安全性的元器件的故障
Exia 二个故障保持 本质安全 0区,1区和2区 INTRINSIC SAFETY is the safest possible technique : no other protection concept includes an analysis of faults FAULTS included in the safety analysis for I.S devices are open circuits,short circuits,component failures and interconnections COUNTABLE FAULTS are those which are not so probable that they are considered to happen in normal operation and not so unlikely that their occurrence can be ignored <故障>是指决定设备安全性的元器件的故障 本质安全是唯一考虑现场导 线故障的保护概念 本质安全的等级

17 <故障>是指决定设备安全性的元器件的故障
Ex ia Ex ib 二个故障 保持本质安全 一个故障保持 本质安全 0 区,1区和2区 1区和2区 INTRINSIC SAFETY is the safest possible technique : no other protection concept includes an analysis of faults FAULTS included in the safety analysis for I.S devices are open circuits,short circuits,component failures and interconnections COUNTABLE FAULTS are those which are not so probable that they are considered to happen in normal operation and not so unlikely that their occurrence can be ignored <故障>是指决定设备安全性的元器件的故障 本质安全是唯一考虑现场导 线故障的保护概念 本质安全的等级

18 本质安全系统 危险场所 安全场所 认证的 危险场 所设备 认证的 安全场 所设备
ORIGINALLY, intrinsically safe systems were composed of devices certified together,usually by the manufacturer ALTERATIONS to certified loops are difficult since the loop documentation would also have to updated LOOP CERTIFICATION is restrictive and has been abandoned in most countries SELECTION OF APPARATUS is very easy since there isn't any choice 危险场所 安全场所 本质安全系统

19 本质安全接口 危险场所 安全场所 认证的 认证的 危险场 安全场 所设备 所设备 未经认 认证的 证的安 危险场 全场所 所设备 认证 设备
危险场所 安全场所 认证的 危险场 所设备 认证的 安全场 所设备 ORIGINALLY, intrinsically safe systems were composed of devices certified together,usually by the manufacturer ALTERATIONS to certified loops are difficult since the loop documentation would also have to updated LOOP CERTIFICATION is restrictive and has been abandoned in most countries SELECTION OF APPARATUS is very easy since there isn't any choice 未经认 证的安 全场所 设备 认证的 危险场 所设备 认证 的接口 本质安全接口

20 简单设备 简单设备定义: 危险场所设备可以是认证的贮能设备 （例如，仪表）或未经认证的“简单设备” 根据制造商的技术条件，电气参数值均
不超过 1.2 V, 0.1A, 20mJ 或 25 mW的 电气设备,它们无需认证或标志。 例如: THE CONCEPT of non energy storing simple appatatus is accepted by all authorities ,even Japan MOST INSTRUMENTATION is simple apparatus and so I.S has an advantage over other forms of protection CABLES are not simple apparatus since they are effectively distributed capacitance and inductance-see later 简单设备

21 危险场所 安全场所 未经认 证的危 险场所 简单设备 未经认证 的安全场 所设备 认证的 接口 简单本质安全系统

22 简单设备 小元件松弛法 可定为T4温度组别的前提条件是 : < 1.3W,（Tamb= 40C 时） 认证接口的匹配功率 ：
2 2 元件的表面积 >20mm , < 10cm 注: -- 1) 可能的例外：一些热敏元件，白炽灯丝 2) 接线盒和开关通常可认定为 T6 小元件松弛法

23 R 限流电阻 输出 输入 V 箝位齐纳 二极管 (危险场所) Z (安全场所) 最大输出电流=Vz R 电压和电流限制网络

24 基本的并联二极管安全栅 熔断器 危险场所 安全场所 接线端 接线端 （本安端） （非本安端）
Vz 本质安全等级 （ia ，ib ）的评定，需要考虑元件故障 电阻通常为线绕电阻，被认为是故障开路型 二级管应按试验等级要求设计成双重化或三重化 基本的并联二极管安全栅

25 安全栅熔断器 熔断器 最大值 熔断器额定值的选择应起到保护二极管的作用， 但它与安全栅的短 路电流没有直接关系
250V rms 最大值 熔断器额定值的选择应起到保护二极管的作用， 但它与安全栅的短 路电流没有直接关系 CENELEC和其它标准要求将熔断器浇封在安全栅内， 以使熔断器不能被替换 安全栅熔断器

26 这里 V = 28 volts 限流电阻 (CLR) = 300R
安全场 所 接线端 （非本安端） 危险场所 接线端 （本安端） CLR Vz 安全栅通常根据它们的安全参数来描述: 最常的安全栅安全描述是: 28V 93mA 300R 这里 V = 28 volts 限流电阻 (CLR) = 300R z MTL安全栅安全描述

27 - + + 齐纳二极管特性 作电压) (正常齐 纳电压) 反向 偏压 正向 偏压 最大电压（V） +ve 二极管 电流 (正常工 -V +V
Vz Vwkg -V +V 10 礎 - + + 反向 偏压 正向 偏压 -ve 二极管电流 齐纳二极管特性

28 工作特性 * 端电阻大于安全限流电阻 非本安端最高允许电压低于安全电压 （即本安端输出电压） 端电阻 对28V, 300R 安全栅而言
V wkg=25.5 V max=26.6 V out V in 对28V, 300R 安全栅而言 * 端电阻大于安全限流电阻 非本安端最高允许电压低于安全电压 （即本安端输出电压） 工作特性

29 + - Vz Vz V V - + 正极性 +VE 负极性 -VE 无极性 Vz ~ ~ 单通路齐纳安全栅

30 双通路安全栅的二个通路尽管不一定具有相同的电压，
安全场所 接线端 危险场所 接线端 0V参考点 现场 设备 二线都 不接地 二个极性通路 双通路安全栅的二个通路尽管不一定具有相同的电压， 但它们几乎都具有相同的极性 安装较简单，可节省空间和成本 双通路齐纳安全栅

31 安全性 如何认证? 工作性 变送器的 本安认证参数: V < 30V C < 20nF I < 300 mA
EEx ia IIC T4 变送器的 本安认证参数: V < 30V C < 20nF i i I < 300 mA L < 10µH i i W < 1.3 W i 安全栅的参数不能大于 V , I 和 W - i i i 工作性 能否工作? 多数变送器的最小工作电压是12DC 多数的现场仪表的负载电阻是250 欧姆

32 本安系统的认证 变送器 安全栅 EEx ia IIC T4 系统 EEx ia IIC T4 [EEx ia] IIC
U < 28 V I < 93 mA W < 0.65 W C < 0.13 µF L < 4.2 mH L/R < 55 µH/ohm C < µF L < 4.2 mH L/R < 55 µH/ohm i o 变送器 EEx ia IIC T4 U < 30 V I < 300 mA W < 1.3W C < 20 nF L < 10µH 系统 EEx ia IIC T4 安全栅 电缆参数

33 仪表系统 现场安 装仪表 L N X E X 隔离 的内 部元件 1 安全栅 汇流排 设备接 地连线 安全场所电源故障

34 安 全 隔 离 认证的元件 能量限制 安全场 所电路 危险场 所电路 危险场 所接 线端 安全场所 接线端 认证的 变压器 电源 电流隔离

35 仪表系统 现场安 装仪表 L N E 隔离 的内 部元件 设备接地连线 故障条件下的电流隔离器

36 隔离安全栅同齐纳栅的比较 无功耗 回路供电 向变送器供电电压低 精度高 需要本安接地 价格低 频率相应高 安装密度高 不可维修
最高为2VA功耗 需要单独供电 向变送器供电电压高 精度0.1% 无需本安接地 价格高 有频率限制 安装密度低 可维修