隔離式安全柵

安全柵的主要功能就是限制安全場所的危險能量進入危險場所，即限制送往危險場所的電壓和電流。齊納管Z用於限制電壓。當迴路電壓接近安全限壓值時，齊納管導通，使齊納管兩端的電壓始終保持在安全限壓值以下。

基本介紹

• 中文名：隔離式安全柵
• 外文名：Isolated safety barrier
• 使用環境：溫度0-50℃，濕度5-95%RH非結露
• 工作電源：DC24V±10%
• 輸出信號：4~20mA,0~10mA,0~20mA,1~5V,0~5V
• 安裝方式：導軌安裝
• 輸入信號：4~20mA,0~10mA,0~20mA,1~5V,0~5V

基礎知識

採用了將輸入、輸出以及電源三方之間相互電氣隔離的電路結構，同時符合本安型限制能量的要求。與齊納式安全相比，雖然價格略高，但它其它方面的突出優點卻為用戶套用帶來了更大的受益：

1.由於採用了三方隔離方式，因此無需系統接地線路，給設計及現場施工帶來極大方便。2.對危險區的儀表要求大幅度降低，現場無需採用隔離式的儀表。

2.由於信號線路無需共地，使得檢測和控制迴路信號的穩定性和抗干擾能力大大增強，從而提高了整個系統的可靠性。

3.隔離式安全柵具備更強的輸入信號處理能力，能夠接受並處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號，這是齊納式安全柵所無法做到的。

4.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台設備使用，並保證兩設備信號不互相干擾，同時提高所連線設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和性能後可以看出，隔離式安全柵有著突出的優點和更為廣泛用途，雖然其價格略高於齊納式安全柵，但從設計、施工安裝、調試及維護成本來考慮，其綜合成本可能反而低於齊納式安全柵。在要求較高的工程現場幾乎無一例外地採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，在安全防爆領域得到了日益廣泛的套用.

本安設備標誌定義

其中：Ex — 防爆標誌

(ia)—防爆等級

ⅡC— 氣體組別

產品防爆級別：Ex (ia)ⅡC

防爆等級

ia：在正常工作狀態下，1個故障或2個故障狀態下都不會點燃危險氣體，迴路必須保證在兩個故障同時出現時仍然保證安全特性。“ia ”類電氣設備對易受干擾的元器件必須採用“三重化”設計。“ib”類電氣設備只能保證在1個故障狀態下不會點燃危險氣體。

氣體組別

Ⅰ組電氣設備：用於易受甲烷影響的煤礦環境中。

Ⅱ組電氣設備：可用於除煤礦以外的爆炸危險環境中。

Ⅱ組電氣設備根據易燃性物質的不同點燃能量進一步細分。

各子組用大寫英文子母區分，從下表中可以看出，C子組所需要的點燃能量最少，即在該組電氣設備中，C組設 備具備通用性。

常見易燃性物質的分組

爆炸性危險場所的區域劃分

在安全防爆系統的設計及防爆產品的選型中，除了需要對爆炸性環境中存在的氣體進行分級、分組外，還應根據爆炸性氣體出現的頻繁程度和持續時間對爆炸性氣體危險場所進行區域劃分：本公司產品適用於0區，同時適用1區和2區。

色標

黃色端（非本安側）接線通往安全區.

藍色端（本安側）接線通往危險區

工作原理

電阻R用於限制電流。當電壓被限制後，適當選擇電阻值，可將迴路電流限制在安全限流值以下。

與齊納式安全柵相比，隔離式安全柵除具有限壓與限流的作用之外，還帶有電流隔離的功能。隔離柵通常由迴路限能單元、電流隔離單元和信號處理單元三部分組成，基本功能電路如圖2所示。迴路限能單元為安全柵的核心部分。此外，輔助有用於驅動現場儀表的迴路供電電路和用於儀表信號採集的檢測電路。信號處理單元則根據安全柵的功能要求進行信號處理。

工業現場一般需要採用兩線制傳輸方式的配電器，既要為諸如壓力變送器等一次儀表提供24V 配電電源，同時又要對輸入的電流信號進行採集、放大、運算、和進行抗干擾處理後，再輸出隔離的電流和電壓信號，供後面的二次儀表或其它儀表使用。 但一些特殊的工業現場不但需要兩線制傳輸，既提供配電電源又有信號隔離功能，同時還需要具有安全火花型防爆的性能，可靠地防止電源高壓與信號之間的混觸，利用電流、電壓雙重化限制迴路，把進入危險場所的能量限制在安全定額以下的具有特殊功能的配電器—安全柵。

隔離式安全柵，基本有檢測端安全柵和操作端安全柵兩種類型。檢測端安全柵與兩線制變送器配套使用；操作端安全柵與電氣轉換器或電氣閥門配套使用。也有信號輸入等類型隔離式安全柵。

由於隔離式安全柵採用了限壓、限流、隔離等措施，不僅能防止危險能量從本安端子進入危險現場，提高系統的本安防爆性能，而且還增加了系統的抗干擾能力，大大提高了系統運行的可靠性。 24VDC 電源經DC-AC-DC變換後，輸出模組電路所需要的多種電壓。

檢測端隔離式安全柵的原理是：模組電路將通過本安能量限制電路輸入的電流或電壓信號轉變為0.2-1VDC後，送入模組內進行採集、放大、運算和進行抗干擾處理後，再經變壓器調製成輸出隔離的電流和電壓信號，供後面的二次儀表或其它儀表使用。模組還需輸出一個隔離的18.5∽28.5VDC電壓，通過本安能量限制電路做為供給兩線制變送器的工作電壓。本安能量限制電路能限制大電流或高電壓的危險信號竄入危險現場。

操作端隔離式安全柵的原理是：將調節器或操作器輸出的4-20mA DC信號隔離後再輸出4-20mA DC 的信號，通過本安能量限制電路供給電氣轉換器或現場的電氣閥門定位器使用。

使用方法

1． 隔離式安全柵應安裝在非危險場所。

2． 隔離式安全柵通往現場（危險場所）的軟銅導線截面積必須大於0.5mm2。

3． 連線導線的絕緣強度大於500V。

4． 隔離式安全柵本安端（有藍色標記）和非本安端電路配線，不得接錯和混淆。本安導線宜選用藍色作為本安標記。本安導線和非本安導線在匯線槽中應分開鋪設，採用各自保護套管。隔離式安全柵的本安側，不允許混淆有其它電源，包括其它本安電路的電源。

5．隔離式安全柵與一次儀表組成本安安全防爆系統時，必須經國家指定的防爆檢驗機構檢驗認可。WP8000-EX系列隔離式安全柵由國家防爆電氣監督檢驗中心，給出的Co，Lo分布參數是相對與ⅡC級（氫氣級）的最大允許值對於ⅡB級環境可把該參數乘以3，對於ⅡA級環境可把該參數乘以8。傳輸線選用不同規格的電纜時，其本身的電纜參數應予高度重視，不得超過規定值。

6． 對隔離式安全柵進行單獨通電調試時，必須注意隔離式安全柵的型號、電源極性、電壓等級及隔離式安全柵外殼接線端上的標號。

7． 嚴禁用兆歐表測試隔離安全柵端子之間的絕緣性。若要檢查系統線路絕緣性時，應先斷開全部隔離式安全柵接線，否則會引起內部器件損壞。

8． 凡與隔離安全柵相連線的現場儀表，均應為有關防爆部門進行防爆試驗並取得防爆合格證的儀表。

9． 如隔離式安全柵內部模組損壞需要維修或更換時，原則上應由製造廠承擔。用戶自行維修時，應按照有關的注意事項，具體方法請按照維修的章節進行（本質安全型儀表的維修僅限於所述的範圍進行，其外的維修應與製造廠商量）。經檢修後方能重新投入運行。

10． 隔離式安全柵的安裝、使用和維護應嚴格遵照.GB 3836.15-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備第15部分：危險場所電氣安裝（煤礦除外）》的有關條款進行。

11． 取得防爆合格證的產品，不允許隨意更換影響防爆性能的元件或結構

注意事項

1.安全柵應安裝在安全場所，並環境條件能滿足本手冊《通用技術指標》中的“使用條件”的要求。

2.隔離式安全柵本安端（藍色標記）和非本安端電路的接線導線在匯線槽中應分開鋪設，各自採用獨立的保護套管。本安側的配線套管內不允許有其它電源線，包括其本安電路使用的電源線。

3.通往危險場所的導線應選用有藍色標記的本安導線，導線線的軟銅面積必須大於0.5mm2，絕緣強度應大於500V。

4.在對隔離式安全柵進行通電調試前，必須注意隔離式安全柵的型號、接線方法、線路極性等，是否符合設計及產品要求中的規定，否則可能對人身及設備造成傷害。

5.嚴禁用兆歐表測試隔離安全柵端子之間的絕緣強度。如要檢查系統的絕緣強度，應先斷開全部的接線，否則可能引起安全柵內部快速熔斷器熔斷。

6.在現場對安全柵進行編程前，必須先將所有接線斷開再接入編程器，然後通電編程，否則可能引起不良後果。

7.與隔離式安全柵相連的現場儀表，均應通過經國家認定的防爆檢驗部門的防爆試驗、並取得防爆合格證的儀表。

8.在設計、安裝、使用、維護隔離式安全柵時，應同時遵守本產品手冊中的說明及《GB3836.15-2000爆炸性氣體環境用電氣設備 第十五部分：危險場所電氣安裝（煤礦除外）》、《GB50058-1992 爆炸和火災危險環境電力設定設計規範》。

套用優點

① 隔離式安全柵與齊納式安全柵相比，雖然價格要高一些，但是它許多優點和特點還是給用戶帶來許多方便，使越來越多用戶偏向的選擇隔離式安全柵。

② 使用隔離式安全柵，可以將危險區的現場迴路信號和安全區迴路信號有效隔離。這樣本安自控系統不需要本安接地系統，簡化了本安防爆系統套用時的施工。

③ 使用隔離式安全柵，大大增強了檢測和控制迴路的抗干擾能力，提高系統可靠性。

④ 使用隔離式安全柵，允許現場儀表接地，允許現場儀表為非隔離型的。

⑤ 隔離式安全柵有許多保護功能電路，意外損壞的可能性較小，允許現場儀錶帶電檢修，這樣可縮短工程開車準備時間和減少停車時間。

⑥ 隔離式安全柵有較強的信號處理能力。如開關量輸入狀態控制、mV、Pt100變為4～20mA等等。這樣給現場儀表和控制系統的套用提供了更大的方便、合理和有效。

⑦ 當用戶同時套用DCS和ESD時，選用一進二出的安全柵，可以有效地將兩個系統隔離開來，避免系統之間互相影響。

⑧ 迴路供電隔離式安全柵既保持有源隔離式安全柵的優點，又有齊納式安全柵一樣的接線方便，不需要另外24V電源供電，特別適合配I/O卡直接供電的DCS系統。

認證參數

安全柵本安性能認證參數由產品防爆認證時給出，每個型號都有一張防爆證書。

參數含義如下：

最高電壓（交流有效值或直流Um)：施加到關聯設備非本質安全連線裝置上,而不會使本質安全性能失效的最高電壓。

最高輸出電壓（Uo）：在開路條件下，在設備連線裝置施加電達到最高電壓（包括Um和Ui）時，可能出現的本質安全電路的最高輸出電壓（交流峰值或直流）。

最大輸出電流（Io）：來自電氣設備連線裝置的本質安全電路的最大電流（交流峰值或直流）。

最大輸出功率（Po）：能從電氣設備獲得的本質安全電路最大功率。

最大外部電容（Co）：可以連線到電氣設備連線裝置上，而不會使本質安全性能失效的本質安全電路的最大電容。

最大外部電感（Lo）：可以連線到電氣設備連線裝置上，而不會使本質安全性能失效的本質安全電路的最大電感。

使用注意

本安系統除了要選擇合適的安全柵外，使用的時候要注意以下幾個方面： 　第一，要注意線纜和現場設備的容抗和感抗，本安防爆是系統防爆，除了安全柵需要達到 所需的 防爆等級外，線纜和現場設備的蓄能也是一個關鍵問題。特別是在參量認證替代系統認 證後，工程商尤其要注意這個問題。 　第二，要注意本安接地，齊納安全柵需要本安接地，接地電阻應小於1。 　第三，本安線纜與非本安線纜應分開敷設在不同的線槽里。並應有明顯標識。 　第四，更換時應注意斷電。