本質安全-區分事實與虛構

在工業應用中實現本質安全（IS）是讓人員，工廠和產品遠離風險的重要一部分。但我們對本質安全的理解達到了哪種程度，如何實現本質安全？

潛在易燃物質的存在幾乎在任何行業都是很普遍的現象。不論是海上石油鉆井平臺、化工廠、面粉廠，還是濾水廠或汽車噴漆車間，如果易燃氣體，塵?；蛘羝e聚到足夠濃度，都有發生火災或爆炸的危險。本質安全（IS）是一種電氣設計方法，通過確保轉移到危險區域的能量遠低于引發爆炸所需的能量來防止爆炸發生。這種能量可以以電火花或灼熱表面的形式存在。

本質安全的主要優點是它為危險區域的所有問題提供了解決方案（對于需要有限電力的設備），并且是唯一符合這一標準的技術。此外，本質安全技術是普遍接受的技術，并納入了所有地方立法：包括ATEX和OSHA。盡管如此，關于本質安全的普遍誤解依然存在。以下是我們為您解讀的五種誤解。

誤解1：添加IS接口將使我的設備真正變得安全

這是一個常見的誤解，但也是一個潛在的危險。增加IS接口（隔離柵或安全柵）并不能使任何設備真正變得安全。只有通過安裝經過專門設計以滿足IS要求的設備以及合適的IS接口，才能達到減輕爆炸風險的目的。在通過導線讓本質安全型設備互相連接后，每個設備的安全性會受到電路中其他設備性能的影響。IS技術依賴于正確的系統設計，本質安全成為了一個系統概念。其他防爆方法在一定程度上也依賴于系統概念，但它是本質安全的一個根本要求。

誤解2：IS接口的安全描述與IS設備兼容，設計完成

僅通過檢查IS接口的電壓，電流和功率輸出（Uo, Io和 Po）是否小于IS設備的電壓，電流和功率輸入（Ui, Ii和 Pi）來評估安全描述兼容性并不能保證為IS環境選擇的元件有效工作。第一步是確保設備完全合規，符合相關安全要求。第二步與實用性有關。設備能正常工作嗎？對于接口而言，這需要仔細檢查電壓和電流等運行參數。

為了說明這一點，讓我們考慮一個帶2線制回路供電變送器模擬量輸入的應用（見圖1）。這將具有最小工作電壓，一般為10.5 V。IS接口必須能夠在減去電纜中的壓降后提供該電壓。

圖1—本圖顯示了一個帶2線制回路供電變送器的模擬量輸入

因此，我們可以看到，電纜電阻可能為26?，當電纜電阻為50?/km時，可以支持520米的電纜。然而，只要電源電壓有很小的下降（0.6 V），就會導致環路故障。

隔離安全柵和有源安全柵提供最小保證電壓，對于本應用中使用的典型隔離柵（如Eaton的MTL5541）而言，20mA時的最小電壓為16.5V。因此，當可用的電纜壓降為16.5-10.5=6V時，該解決方案提供了更大的工作裕量。

本質安全用戶廣泛采用的IS接口有兩類：IS齊納安全柵和IS隔離安全柵。最終用戶現場通常會選擇使用其中一種，因此建議他們繼續使用相同的接口類型。這些接口具有完全不同的安裝和維護要求，因此了解它們很重要。

大多數IS齊納安全柵都是簡單，多功能，回路供電的接口，需要一個嚴格控制的電源，危險和安全區域連接的可用電壓有限。它們需要一個定期測試的安全接地，因為這是這項技術的安全性的基本要求。IS隔離柵更復雜，平均無故障時間（MTTF）更短。它們是專用的，可以與電壓范圍更寬的電源一起使用，可以在危險和安全區域連接中均可提供更高的電壓，并簡化了定期檢查要求。

誤解4：如果設備是經過認證的，使用什么電纜并不重要

由于電纜具有電感和電容，因而具有儲能能力，可能影響系統安全。因此，系統設計對這些參數中的每一個參數的值施加了限制：但很少對可用電纜施加嚴重限制。

由于電纜故障是在系統分析時考慮的，因此在系統標準中并沒有詳細規定各個裝置中的電纜類型。因此，選擇哪種取決于可靠系統操作的需要。如果本質安全系統組合在一個多芯電纜中，那么就有特殊的要求。這些決定了必須考慮哪些額外的故障。

本質安全不需要用鎧裝或導管對電纜進行機械保護，允許使用常規儀器儀表用電纜，從而降低成本。電纜參數檢查非常簡單，只需電纜和現場設備的電容和電感小于安裝設備的氣體組的IS接口所允許的電容和電感。通常的做法是計算特定裝置所允許的最大電纜長度，確保在設計電纜路線時不超過這一長度。

誤解5：在Ex ic下，IS系統規則在2區不如在1區嚴格

這一誤解源于對以前命名的曲解。本質安全采用“ia”，“ib”和“ic”三個級別的保護，平衡了存在易爆氣體環境的可能性和發生可點燃情況的可能性。使用這些保護級別可確保適用于每個風險級別的設備可用（通常在0區使用'ia'，在1區使用'ib'，在2區使用'ic')。2區的命名表示爆炸風險罕見。

在將Ex ic納入本質安全標準之前，設計人員必須評估不同布線方案的風險，并提供最低限度的安裝指引。對于應如何在2區指定區域安裝和維護本質安全型設備，現已有明確的指引。一個例子是要求從暴露的IS導體與非IS電路之間至少間隔50mm，這使得對過渡柜盤面的布局的要求變得清晰。

IS系統設計人員必須對設計的充分性以及與危險區域相關的系統使用的安全問題承擔責任。因此，設計師必須具備適當的知識水平和培訓，并應認識到正確進行分析的重要性。