本安型防爆设备的电路及结构设计

本质安全型－ Ex i：

依据标准：GB/T 3836.1-2021、GB/T 3836.4-2021(I/II/III类)

本质安全装置：指其内部的所有电路都是本质安全电路的电气设备,即该电路在标准规定条件（包括正常工作和规定的故障条件）下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。

本质安全设备有ia、ib、ic三个保护等级。“i”为“intrinsic safety”的第一个字母。

设备保护级别有：Ga/Gb/Gc，Da/Db/Dc，Ma/Mb

一种以抑制点火源能量为防爆手段的“安全设计”技术。要求设备在正常工作和故障状态下可能产生的电火花和热效应分别小于爆炸性危险气体的最小点燃能量和自燃温度。例如H2，19uJ，560℃。

本安技术实际上是一种低功率设计技术。因此它能很好地适用于工业过程自动化仪表。

基本设计技术措施（电路与结构设计方面）

v限制电压

v限制电流

v限制能量（含储能元件：电容和电感）

v合理选择元器件额度参数、载流导线截面等

v结构及电路的分隔措施

NOTE：外壳防护等级通常为IP 20，但对于粉尘场所应用，没有涂层等防护的电路外壳至少IP54。

本质安全性

本质安全型防爆电气设备和电路携带的能量，无论是在正常运行状态下还是发生故障条件下，都不得点燃它周围的爆炸性气体混合物，不管它是以火花放电形式还是以热效应释放出来。

因此，限制能量和隔离能量，是处理本质安全技术时所必须思考的首要问题，是设计本质安全型防爆电气设备时所必须遵守的基本原则。

在本质安全型防爆电气设备和电路中，限制能量和隔离能量，就是通过电路中所有元器件及合电路来限制电路携带的能量大于相应的可燃性气体的最小点燃能量，防止在爆炸性危险场出现放电火花和(或)热效应造成的点燃危险。恰当地限制了能量和可靠地隔离就可以实现设备和电路的本质安全性能。

本质安全电路设计

本质安全电路设计，主要是电路基本性能和防爆安全性能的综合性设计。这样的设计既考虑设备基本性能又要顾及防爆安全性能；当二者发生矛盾时，设计人员应该以防爆安全性能性来调整基本性能。

本质安全电路设计包括根据防爆技术的基本要求来确定设备基本性能、选择电路力计算电路参数和选择防爆电器元器件，以及系统调试等。

1、确定基本性能和防爆安全性能

本质安全型防爆电气设备基本上可以分为4种类型：电源类、探测显示类、控制类和其他类。4种类型，既可以是独立的，也可以是相互关联的，组合在一起的。

不管是哪种类型的设备，在确定基本性能时，人们必须从防爆安全性能方面来考虑基本的各个指标。而从防爆安全性能方面应该考虑的主要内容如下：

①根据设备类型选择电路的供电电源：电供电电源或(和)蓄电池供电电源，并确定电路和后续电路的隔离措施。

②根据设备性能选择电路单元(包括防爆电器单元)，并确定各电路单元之间的匹配关系。

③绘制电路系统草图。

2、计算电路参数

当电路系统草图绘制完成以后，设计人员应该根据所要设计设备的基本性能和防爆安全性，原则上，可以从电路末级开始向前一级计算各级的相关参数。

①根据基本性能逐级计算各种基本参数。

②按照防爆安全性能(本质安全性能)要求，对计算结果施加一定的安全系数(通常，安全系数为1.5)，得出“修正参数”(或称“防爆参数”)，而且，与相关曲线和数据表比对，核实本质安全性能。

在计算时，上述的参数计算和施加安全系数可以同时一起进行。

3、元器件选择

当电路参数计算完成以后，设计人员应该根据这些参数认真选择防爆电器元器件，而且，应该尽可能地选用可靠元器件。

①在选择元器件时，应该注意元器件上标志的标称值和允许误差。对于一些元件，例如，电阻和(或)电容，当计算值无法满足标称值时，可以采用元件组合方法来得到满足。

②在选择可靠元器件时，应该注意元器件的结构和“三分之二”原则的应用。

③小元件的选择。

④其他元器件的选择，例如集成器件等。

本质安全结构设计

本质安全结构设计，主要是指本质安全型防爆电气设备的机械结构设计。它主要包括设备外壳的设计，防爆电器、机械隔离的设计，印制电路板的设计以及铜导线的选择等。

设备外壳

①防护要求应该至少符合：工厂用设备，IP20；煤矿用设备，IP54(传感元件除外)。

②电缆引入应该符合：电缆进入设备部位密封，符合防护等级要求。

③外壳如果使用塑料材料制作，则应该能够防止产生和积累静电电荷。

电路隔离

电路隔离分为防爆电器隔离和机械隔离。

①防爆电器隔离是指防爆电器能量的隔离，例如，采用可靠变压器、安全栅等防爆电器隔离环节。

②机械隔离是指机械空间的隔离，例如，防爆电器间隙、爬电距离和间隔距离、屏蔽等实体隔爆环节。机械隔离实质上是一种另类的防爆电器能量隔离，防止防爆电器短路和(或)电磁干扰可能造成的麻烦。

元器件布置和导线布线

元器件，原则上按照电路前级、后级的顺序布置，发热元器件布置在利于散热的位置，高频元器件应该被屏蔽等。

电线，不管是铜导线还是印制导线，不应该因布线引起寄生振荡和信号干扰；脉冲信号导线与模拟导线不要平行布置；本质安全电路导线与非本质安全电路导线不得混合在一起布置等。

印制导线

在选择印制导线时，应该考虑温度组别、载流量和可靠连接的要求。

铜导线

在选择铜导线时，应该考虑温度组别、载流量和可靠连接的要求。本质安全电路导原则上采用浅蓝色的。

可靠连接

在确定可靠连接时，应该注意连接点的配置，防止连接开路出现火花放电。

接地

如果需要，应该进行可靠的接地。

标志牌

设备应该配置标志牌，例如铭牌、使用说明牌、警告牌等。

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