测量和控制技术中的本安电路 本安(Ex i)保护类型广泛应用于全球潜在爆炸区域中的测量和控制技术领域。在此了解有关本安电路设计的更多信息。
什么是本安电路？
本安电路部件
本安电路包括至少一个本安设备和一个相关设备以及连接电缆。本安设备仅能通过相关设备与非本安电路连接。
相关设备既有本安电路，也有非本安电路。通过齐纳栅或电气隔离器进行隔离。根据IEC/EN 60079-11标准，本安设备分为ia、ib和ic保护级别。
本安型保护的保护原理
Ex bi保护类型的保护原理是限制能量传导至并存储在潜在爆炸区域中。这表示任何潜在火花能量必须始终小于周围潜在爆炸性环境的最低点燃能量。
本安保护类型指的是符合IEC/EN 60079-11标准要求的整个本安电路。
限制电压是为了使火花能量低于点火能量。限制电流是为了防止表面温度过高而产生热效应。
限制电压和电流的基本电路图
- 电压限制：齐纳二极管达到设定的电压值时导电并限制电压。
- 电流限制：串联电阻用于限制最大电流。
设计本安电路
基于标识测试设备的适用性
为确保本安电路的安全，操作人员必须根据所需的保护等级和可用的材料组别，从本安证明到安装，执行并实施评估设备适用性的措施。在风险分析的基础上，操作人员必须确定现场设备的区域、组别和温度等级，并检查设备的应用许可。例如，可通过下表中的设备标识来完成。
注：此处的“EX”表示使用防爆符号
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本安设备（现场设备）：
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
防爆标识的评估 |
关联设备
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
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|---|---|---|---|
| -a) | … 1 … Ga | 本安现场设备的设备类别/设备保护级别与指定区域相对应 | |
| b) | … 1 … ia … Ga | 在指定区域内允许使用的本安现场设备的保护类型 | |
| c) | … 1 G … IIB T6 …. | 本安现场设备允许在现有气体环境中使用 | |
| d) | 带括号标注的设备相关标识，未明确温度等级/限值 | … (1) … [ … ] … | |
| e) | … 1 G … Ga | 关联设备的设备类别/设备保护级别对应本安现场设备 | … (1) G [ … Ga] … |
| f) | … Ex ia … | 关联设备的保护类型与本安现场设备的保护类型一致 | … [Ex ia … ] … |
| g) | … IIB … | 关联设备获准用于同一组别或更高组别 | … IIC |
本安证明
本安电路通常包括本安设备、相关设备以及连接电缆。为确保设备组合的安全性，必须对相应电路进行测试，以证明其本安性能。此项测试需依据IEC/EN 60079-14标准执行，必要时还需符合其他相关标准与法规。
单电源本安电路的本质安全证明
多数本安电路仅包含单一电源或单一设备。首先，按照“检查设备是否适合使用标识”表中的标准进行检查。操作指南可提供必要的安全数据。然后检查电压、电流、功率、容量和电感参数。
为证明本安，可在电缆数据表中查找电缆容量和电感值。此外，也可根据IEC/EN 60079-14标准，假设下列最坏情况下的规格：
- 电缆电容：200 nF/km
- 电缆电感：1 mH/km
电缆制造商规定的参数通常更低。
满足本安证明的条件
若符合这五项条件，则设备、关联设备及导线的组合可被认证为本安型。
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本安设备（现场设备）
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
连接电缆 |
关联设备
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
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|---|---|---|---|
| 1) | Ui | ≥ Uo | |
| 2) | Ii | ≥ Io | |
| 3) | Pi | ≥ Po | |
| 4) | Ci | + Cc | ≤ Co |
| 5) | Li | + Lc | ≤ Lo |
本安证明的示例：模拟量输入
本安馈电隔离器
该设备将防爆区域无源测量变送器的4 … 20 mA模拟信号传输到控制器，并为测量变送器供电。
安全数据对比 模拟量输入示例
假设：Cc= 180 nF/km，Lc= 1 mH/km
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本安设备（现场设备）
压力变送器 |
连接电缆
长度= 500 m |
关联设备
MACX MCR-EX-RPSSI-I本安馈电隔离器 |
条件是否满足？ | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 30 V | ≥ Uo = 25.2 V | 支持 | |
| 2) | Ii = 100 mA | ≥ Io = 93 mA | 支持 | |
| 3) | Pi = 750 mW | ≥ Po = 587 mW | 支持 | |
| 4) | Ci = 0 nF | + Cc = 90 nF | ≤ Co = IIC: 107 nF | 支持 |
| 5) | Li = 0 mH | + Lc = 0.5 mH | ≤ Lo = IIC: 3 mH | 支持 |
摘要：符合本安证明的条件。
本安证明的示例：模拟量输出
本安输出信号隔离变送器
该设备以电气隔离的方式将0/4 … 20 mA模拟信号从控制器传输到防爆区域的执行器。
安全数据对比 模拟量输出示例
假设：Cc= 180 nF/km，Lc= 1 mH/km
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本安设备
控制阀门 |
连接电缆
长度= 250 m |
关联设备
MINI MCR-EX-IDS-I-I-PT本安输出信号隔离变送器 |
条件是否满足？ | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 28 V | ≥ Uo = 26.4 V | 支持 | |
| 2) | Ii = 110 mA | ≥ Io = 98 mA | 支持 | |
| 3) | Pi = 770 mW | ≥ Lo = 647 mW | 支持 | |
| 4) | Ci = 5 nF | + Cc = 45 nF | ≤ Co = IIC: 89 nF | 支持 |
| 5) | Li = 0 mH | + Li = 0.25 mH | ≤ Lo = IIC: 2 mH | 支持 |
摘要：符合本安证明的条件。
在防爆区域安装用于信号传输的电气设备
电气设备的应用要求
在防爆区域系统中运行的电气设备需遵循不同的使用要求。以下情况可能适用于MCR技术：
- 传感器和执行器分布在所有防爆区域内
- 信号变送器位于1区、2区或安全区域
- 控制器通常位于安全区域内
仪表可按照本安型和/或不同的保护类型进行安装。
本安信号在潜在爆炸危险区域的传输
0区的传感器和执行器通常安装有本安Ex ia保护装置，并与相关设备相连。本安隔离器的欧盟型式试验证书中规定了与安全相关的数据。
本安隔离器只能安装在潜在爆炸区域之外，除非有其他类型的保护装置（如隔爆壳体）：
• 安装在1区，如隔爆壳体内
• 安装在2区，例如与增安型设备组合使用：此处必须满足IEC 60079-15的条件，例如，壳体的防护等级必须至少达到IP54。
非本安信号在潜在爆炸危险区域的传输
如果传感器或执行器采用其他防爆类型（如Ex d或Ex e），则允许使用非本安隔离器。2区的设备需要Ex ec认证，该认证规定了一些特殊条件，如符合IEC/EN 60079-15和IEC/EN 60079-0标准的壳体，防护等级至少为IP54。若无该认证，则隔离器必须安装在隔爆壳体(Ex dc)中。
“ec”传感器/执行器可连接到2区的本安隔离器或非本安隔离器。与本安隔离器连接时，本安型不再适用；隔离器必须有相应的标识。
安装要求
该图显示了在有气体爆炸危险的区域内电气设备的各种安装选项。有关配置、选型和安装的要求载于IEC/EN 60079-14。而IEC/EN 60079-17和IEC/EN 60079-19中则规定了相关的测试、维护和修理要求。
防爆型信号隔离变送器和测量变送器
除标准功能外，防爆型信号隔离变送器和测量变送器还可为所有物质组别及区域提供符合相关标准的电气防爆保护。产品的开发和评估始终符合SIL IEC 61508和PL DIN EN ISO 13849标准。因此，这些产品可将危险降低至可接受的剩余风险水平，并确保人员、设备和环境受到保护。
