第3章_防爆安全栅
过程控制仪表第3章防爆安全栅
爆炸性混合物种类
Ⅰ
i＞120
甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧 化碳
Ⅱ
70＜i＜120
乙烯、乙醚、丙烯晴等
Ⅲ
i≤70
氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤 气等
5
2、安全火花防爆系统
电动仪表存在电路打火的可能。如果从电路设计就开始考虑防爆， 把电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆 炸性气体的点火能量之下，则此仪表称为安全火花防爆仪表。
过程控制仪表第3章防爆安全 栅
自动化仪表防爆结构主要有两种： 隔爆型：标志为“d”； 本安型：标志为“i”。
隔爆型仪表结构特点： ①外壳耐压（800～1000）Kpa； ②表壳温升低于爆炸性气体的自燃温度； ③表壳结合面的缝隙宽度、深度按其容积和气体级别采取规 定的值。
本安型仪表是指正常状态和故障状态下，电路及设备产生 的火花能量和达到的温度都不会引起易爆性气体爆炸的防爆类 型。现代本安防爆概念是指整个自动化系统的防爆性能符合本 质安全防爆要求。
障状态所产生的火花能量不足以点燃爆炸性混合物；
2）危险场所和非危险场所的电路用防爆安全栅隔离； 3）现场仪表到控制室仪表的连线不得形成大的分布电容 和电感；
8
5 . 本安型防爆仪表的标志
本安型防爆仪表的标志为“i”，按等级分为“ia”适用于0 区，“ib”适用于1区。
标志铭牌上的防爆标志分为四段：ExABC 其中Ex:防爆仪表；
两点不足：
一、固定的限流电阻其大小难以选择，选小了起不到很 好的限流作用，选大了又影响仪表的恒流特性，理想的限 流电阻应该是可变的，即电流在安全范围内其阻值要足够 小，而当电流超出安全范围时其电阻要足够大；
安全栅简介
随着石油、化工、煤炭、冶金等工业的迅速发展，一些易燃材料的处理引起了社会各界的重视。
这些场合通常含有如天然气、合成气、金属屑、碳尘、粉末、浆料、晶粒、纤维、飞扬物等这些材料，任何渗漏或溅出都可能形成一个爆炸性危险场所，为了工厂和人员的安全，必须确保这个环境的安全。
因此世界许多国家和地区对防爆电气产品实施防爆认证制度，防爆产品必须取得防爆认证，才允许在爆炸危险场所使用。
一、本质安全防爆技术1、仪表防爆的基本原理防止爆炸，就是要避免爆炸的发生的三个条件同时存在，即点火源（电火花、热表面等）、爆炸性物质（可燃性气体或粉尘等）、空气（氧气）。
如图1所示，当上述三个条件同时存在，而且当爆炸性物质与空气的混合浓度处于爆炸范围内（即处于爆炸下限和爆炸上限之间）时，将不可避免地产生爆炸。
因此，在实践中为了有效地防止爆炸事故的发生，人们总是设法避免上述三个条件同时存在，以达到防爆的目的。
常见的三种防爆原理：（1）控制易爆气体人为地在危险场所（同时具备发生爆炸所需的三个条件的工业现场）营造出一个没有易爆气体的空间，将仪表安装在其中，典型代表为正压型防爆方法Exp。
工作原理是：在一个密封的箱体内，充满不含爆炸气体的洁净气体或惰性气体，并保持箱内气压略高于箱外气体，将仪表安装在箱内。
常用于在线分析仪表的防爆和将计算机、PLC、操作站或其他仪表置于现场的正压型爆炸仪表柜。
（2）控制爆炸范围人为地将爆炸限制在一个有限的局部范围内，使该范围的爆炸不至于引起更大范围的爆炸。
典型代表为隔爆型防爆方法Exd。
工作原理是：为仪表设计一个足够坚固的壳体，按标准严格地设计、制造和安装所有的界面，使在壳体内发生的爆炸不至于引发壳体外危险气体（易爆气体）的爆炸。
隔爆防爆方法的设计与制造规范极其严格而且安装、接线和维修的操作规程也非常严格。
该方法决定了隔爆的电气设备、仪表往往非常笨重，操作须断电等。
（3）控制引爆源人为地消除点火源，既消除足以引爆的电火花，又消除足以引爆的热表面，典型代表为本质安全防爆方法Ex i。
安全栅基础知识
安全栅基础知识目录一、基本概念 (2)1.1 安全栅的定义 (3)1.2 安全栅的作用 (4)二、工作原理 (4)2.1 电气隔离原理 (5)2.2 信号处理原理 (6)三、类型与结构 (7)3.1 一拖一安全栅 (8)3.2 一拖二安全栅 (9)3.3 四遥安全栅 (10)四、选型与配置 (12)4.1 选择依据 (13)4.2 配置步骤 (14)五、安装与调试 (16)5.1 安装要求 (16)5.2 调试方法 (17)六、维护与故障排除 (18)6.1 日常检查 (19)6.2 常见故障及处理 (20)七、安全规范与标准 (20)7.1 国家标准 (22)7.2 行业标准 (22)八、应用案例 (24)8.1 工业自动化领域 (25)8.2 电力系统领域 (26)九、发展趋势与展望 (27)9.1 技术创新方向 (28)9.2 市场前景分析 (29)一、基本概念也被称为安全隔离栅或者安全防护栅，在现代社会的工业、商业和家庭环境中扮演着重要的安全防护角色。
它是一种特定的设备或系统，用于阻止未经授权的人员或物体进入特定区域，同时允许授权人员安全、方便地通过。
安全栅的主要目的是确保特定区域的安全性和隐私性，防止潜在的风险和危险。
定义与功能：安全栅是一种物理障碍，用于隔离和划分区域，确保只有授权的人员和物体能够进入特定区域。
它通常配备有门禁系统、报警装置和监控设备等，以增强安全性和监控能力。
类型与结构：根据不同的应用场景和需求，安全栅有多种类型和结构。
常见的有围栏式安全栅、通道式安全栅、道路安全栅等。
它们可以是固定的也可以是移动的，可以是电子控制的也可以是机械控制的。
安全性与可靠性：安全栅的核心是其安全性和可靠性。
其设计需符合相关的安全标准，如防火、防撞击、防攀爬等，确保无法轻易被非法入侵。
安全栅还需配备报警系统和监控设备，能够在非法入侵发生时及时发出警报并通知相关人员。
应用场景：安全栅广泛应用于工业厂区、军事设施、监狱、住宅小区、公共设施等需要高度安全保障的场所。
过程控制仪表 教学大纲
过程控制仪表一、课程说明课程编号：090011Z10课程名称：过程控制仪表/Instruments for Process Control课程类别：专业课学时/学分：32/2 (其中实验学时：4)先修课程：电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制理论等适用专业：测控技术与仪器,电气工程及自动化教材、教学参考书：1.潘永湘、杨延西、赵跃编著.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社.2007年；2.林德杰主编.过程控制仪表及控制系统.北京：机械工业出版社.2009年；3.王再英,刘淮霞,陈毅静编著.过程控制系统与仪表.北京：机械工业出版社.2006年；4.潘永湘、杨延西、赵跃编著.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社.2007年二、课程设置的目的意义本课程是为测控技术与仪器等电气信息类本科专业的专业选修课程。
通过了解过程控制仪表的发展概况和分类方法，重点掌握包括变送器、调节器和执行器在内的模拟及数字式的调节仪表和装置，培养学生具有使用过程控制仪表和装置构成过程控制系统的能力，为学生后续课程和毕业设计以及今后的工作打下良好的基础。
三、课程的基本要求知识：了解过程控制仪表、系统的概念、组成、分类和发展概况；掌握变送器、执行器、单元控制器的基本工作原理和典型电路分析；掌握差压变送器、温度变送器的工作原理及智能变送器原理与使用方法；掌握防爆安全常识与防爆安全栅原理；掌握P、PI、PD、PID调节器的调节原理及特性；掌握基型PID调节器的工作原理及特性；掌握数字调节器设计方法与参数整定；掌握气动执行器和电动执行器的工作原理及使用方法。
能力：将过程控制仪表与装置及相关先修课程知识综合应用于一般工程问题，正确表达符合需求的工艺过程中参量测量问题及其转化测量问题的能力；依据功能与性能要求和应用环境提出可满足需求的系统解决方案，在学习、讨论和解决工业生产应用实际问题的过程中，积累经验知识并培养创新意识，提高发现、分析、解决问题的能力。
安全栅的基础知识详解
安全栅的基础知识详解一、安全栅的作用本质安全（IS）是仪表系统采用的防爆技术，安全栅设置在安全区域的控制室设备与危险区域的本安设备之间，传输信号或能量。
安全栅利用电路限流限压，从而约束安全区域传递能量给危险区域设备。
处于危险场所的本安设备在这样的能量下能够正常工作，但这样的能量不足以引燃爆炸环境，即使本安设备自身发生故障，也不会产生任何足以引燃的电火花或发热表面。
因此，无论是安全场所的控制室设备还是危险场所的本安设备发生故障，只要安全栅的限流限压电路正常工作，整个系统都会处于安全状态，不会产生爆炸。
二、安全栅的种类安全栅分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅两类。
齐纳式安全栅是最早出现的安全栅。
它的核心元件是齐纳二极管，限流电阻及快速熔断丝，原理图如下图所示。
齐纳式安全栅原理图齐纳管电流简单，在现场使用时容易出现系统电源波动、干扰，导致设备损坏，并且由于其需要本安接地，因此在实际应用中较少。
隔离式安全栅不仅能够限压限流，还能电流隔离。
隔离室安全栅主要由限能单元、信号及电源隔离单元、信号处理单元组成。
隔离式安全栅原理图与齐纳式安全栅相比，隔离式安全栅在性能上大大优于齐纳式安全栅：①采取三方隔离方式，不需使用隔离式仪表；②降低危险区的仪表要求，现场不需使用隔离式仪表；③运行过程中稳定性和抗干扰能力大大增强，使整个系统的可靠性大幅提高；④有强大的信号处理能力，可以接受并处理多种信号，例如热电偶、热电阻、频率等信号；⑤为同一信号源的两台设备提供两路相互隔离的信号，并且两设备信号无干扰，同时所连接设备互相之间的电气安全绝缘性能也有所提高。
1.齐纳式安全栅齐纳式安全栅的核心元件为齐纳二极管，限流电阻及快速熔断丝。
它的原理简单、电路实现容易，价格低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围，其原因如下：（1）安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分苛刻并在实际工程应用中难以保证。
安全栅原理及使用介绍
安全栅原理及使用介绍第一部分仪表防爆原理与本质安全技术1.爆炸发生的条件当下列三个条件同时满足时，爆炸就会发生：a)现场存在易爆物质，如易爆气体。
b)现场存在氧气。
c)现场存在引爆源，如足够能量的火花或足够高的物体表面温度。
2.仪表防爆原理显然，消除上述三个条件中的任何一个，就能防爆，由于氧气无处不在，难以控制，所以控制易爆气体、引爆源和控制爆炸范围为常用的防爆原理。
2.1.原理一、控制易爆气体人为地在危险现场营造出一个没有易爆气体的空间，将仪表安装其中。
典型代表为正压型防爆方法Ex p 。
工作原理是在一个密封的箱体内，充满不含易爆气体的洁净空气或惰性气体，并保持箱内气压略大于箱外气压，而将仪表安装在箱内。
常用于在线分析仪表的防爆和将计算机、PLC、操作站、打印机或其他仪表置于现场的正压型防爆仪表盘。
2.2.原理二、控制爆炸范围人为地将爆炸局限在一个有限的范围内，使该范围内的爆炸不至于引起更大范围的爆炸。
典型代表为隔爆型防爆方法 Ex d 。
工作原理是为仪表设计一个足够坚固的外壳或将仪表及电器安置在一个足够坚固的壳体内，严格地按标准设计，制造和安装所有的界面，使在机壳内发生的爆炸不至于引发机壳外危险性气体的爆炸。
显然这是一种苛刻的防爆方法，不仅设计和制造的规范极其严格，而且安装、接线和维修的操作规程也非常严格，容不得一点差错。
2.3.原理三、控制引爆源人为地消除引爆源，既消除足以引爆的火花，又消除足以引爆的仪表表面温升。
典型代表为本质安全防爆方法Ex i 。
工作原理是利用安全栅技术，将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内。
依照中国国家标准和国际标准，当安全栅安全区一侧所接设备发生任何故障（不超过 250V电压）时，本质安全防爆方法能确保现场的防爆安全。
Ex ia级本质安全设备在正常工作、发生一个故障、发生两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物。
安全栅(safety barrier)
安全栅（safety barrier）百科名片安全栅（safety barrier），接在本质全电路和非本质安全电路之间。
将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。
介绍安全栅又称安全限能器，是本安系统中的重要组成部分。
安全栅主要有齐纳式安全栅和隔离式安全栅两大类。
齐纳式安全栅的核心元件为齐纳二极管，限流电阻及快速熔断丝。
隔离式安全栅不但有限能的功能，还有隔离功能，它主要由回路限能单元，信号和电源隔离单元、信号处理单元组成。
安全栅的主要功能为限流限压，保证现场仪表可得到的能量在安全范围内。
别称安全栅又称安全保持器。
本安回路的安全接口，它能在安全区（非本质安全）和危险区（本质安全）之间双向传递电信号，并可限制因故障引起的安全区向危险区的能量转递。
一般安全栅有齐纳式和隔离式。
本安型安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所并含有本安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路，它在本安防爆系统中称为关联设备，是本安系统的重要组成部分。
本安防爆系统关联设备，是指安装在安全场所，本安电气设备与非本安电气设备之间的相连的电气设备。
由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质安全的。
中国国家仪器仪表防爆安全监督站是中华人民共和国地区监督生产安全防爆产品的权威机构，对本安型安全栅产品有着严格、科学、详细的规定，只有通过该监督站认证的企业及其所开发生产的产品才具备符合标准的安全性能，否则可能会给使用方的设备、人员和生产造成无可估量的损害。
结构形式齐纳式安全栅电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制，从而保证输出到危险区的能量。
它的原理简单、电路实现容易，价格低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围，其原因如下：1． 安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分的苛刻并在实际工程应用中难以保证。
安全栅的工作原理、作用,安全栅和隔离栅的区别
安全栅的工作原理、作用，安全栅和隔离栅的区分安全栅限制进入现场的能量，即限压限流，使现场线路无论在何种状态下都不会产生火花，从而不会引发爆炸，这种防爆方式就叫本质安全。
我们常见的安全栅有齐纳式安全栅，晶体管安全栅，变压器隔离式安全栅，这些安全栅都是本身的优点，并且都是工业生产中的帮手。
下面随贤集网我为大家介绍安全栅的工作原理、作用，以及和隔离栅的区分。
安全栅是一种统称，分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅，隔离式安全栅简称隔离栅。
安全栅的工作原理1.信号隔离器工作原理：首先将变送器或仪表的信号，通过半导体件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。
保证变换后的信号、电源、地之间肯定独立。
2.齐纳式安全栅的工作原理：安全栅的重要功能就是限制安全场所的不安全本领进入不安全场所，及限制送往不安全场所的电压和电流。
齐纳管Z用于限制电压。
当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限值以下。
电阻R用于限制电流。
当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。
保险丝F的作用是防止因齐纳管被长时间流过的大电流烧断而导致回路限压失效。
当超过安全限压值的电压加在回路上时，齐纳管导通，假如没有保险丝，流经齐纳管的电流将无限上升，最后烧断齐纳管，使贿赂失去限压。
为确保贿赂限压安全，保险丝的熔断速度要比齐纳管可能被烧断的速度快十倍。
3.隔离式信号隔离安全栅的工作原理：与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用外，还带有电流隔离的功能。
隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分构成。
回路限能单元为安全栅的核心部分。
此外，辅佑襄助有用于驱动现场仪表的贿赂供电电路和用于仪表信号采集的检测电路。
信号处理单元依据安全栅的功能要求进行信号处理。
安全栅的作用安全栅在很多工业中都是一种不能缺少的安全设备，他重要是处理或使用一些易燃材料，如原油和一些原油的衍生物，酒精，天然气，粉末等。
防爆安全栅概述
例如，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结 构在高频时都具有一定的电感，它对电路的影响等效于 给电路串联上一个电感器，这个电感值就是分布电感。 根据电感器的频率特性，可以知道由于分布电感的数值 一般不大，在低频可以不考虑分布电感的影响，但对于 高频交流电路，分布电感的影响就不能忽略了。
安全栅的作用:
一方面,将进入危险场所的电压电流限制在安全额定值 以下,以保证安全火花型防爆性能; 另一方面为现场二线制提供电源,在现场和控制室之 间传递信号。
安全栅分输入端用安全栅与输出端用安全栅。
安全栅的种类：
1. 电阻式
2. 齐纳式
√
3. 中继式
4. 变压器隔离式 √
2、4 用得最多
隔离式安全栅还将危险场所与控制室实行电气隔离。
二线制变送器和齐纳安全栅的连用
图中24V DC的电源一方面通过安全栅向二线制变 送器供电，同时将二线制变送器产生的4-20mA DC 的信号传送过来，由250Ω精确电阻转换为1-5V DC 的电压信号送显示仪表或控制器，当然变送器传送来 的信号也可通过信号分配器,其输出的多路信号可分别 送显示仪表和调节仪表。
（2）为现场两线制变送器提供24V DC直流电源
（3）利用限流、限压电路使得任何情况下送往危险场所的 电压不超过30V DC、电流不超过30mADC ，从而保证了危 险场所的安全。
2. 输入端安全栅的构成原理 (1)外型结构 (2)输入输出特性
(3)结构组成及工作原理
输入端
Ii
15 26
4~20 mA 7 8
（2）为现场执行器提供24V DC直流电源
安全栅工作原理是什么
安全栅工作原理是什么？什么是安全栅：安全栅是本质安全型防爆仪器仪表的关联设备，在正常情况下不影响测量系统的功能。
它设置在安全场所的一侧，当本安防爆系统发生故障时，能将窜入危险场所的能量（电能）限制在安全值以内，从而保证现场生产安全。
安全栅用于连接安全区与非安全区的电气信号传输,使非安全区内的仪表设备工作在相应的电气安全环境中,根据防爆区安全等级的不同,选用不同等级的安全栅.一般分为隔离式安全栅，和本安型安全栅，由于隔离式安全栅比本安型安全栅有较大技术优势，比本安型更安全，所以市场占有率比本安型要大的多．安全栅工作原理是什么？隔离式安全栅的工作原理：安全栅的主要功能就是限制安全场所的危险能量进入危险场所，及限制送往危险场所的电压和电流。
齐纳管Z用于限制电压。
当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限压值以下。
电阻R用于限制电流。
当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。
与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用之外，还带有电流隔离的功能。
隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成，基本功能电路如图2所示。
回路限能单元为安全栅的核心部分。
此外，辅助有用于驱动现场仪表的回路供电电路和用于仪表信号采集的检测电路。
信号处理单元则根据安全栅的功能要求进行信号处理。
工业现场一般需要采用两线制传输方式的配电器，既要为诸如压力变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。
但一些特殊的工业现场不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花型防爆的性能，可靠地防止电源高压与信号之间的混触，利用电流、电压双重化限制回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额以下的具有特殊功能的配电器—安全栅。
隔离式安全栅，基本有检测端安全栅和操作端安全栅两种类型。
优倍安全栅教材
低
是短暂时间存在的场所。
典型露天油罐危险区域分类示意
对于固定罐顶的 区域分类且有比 空气重的蒸气
罐通气孔
Zone 0 Zone 1 Zone 2
液体表面
隔离墙
热电阻（偶）在危险区域安装示例
管道的外部
Zone 2
Zone 1
Zone 0
管道或过程 容器的内部
Division 2
Division 1
工业过程测量和控制系统用
防爆及安全栅技术基础
南京优倍电气有限公司 编制
易爆场所的产生
• 在石油、化工、冶金、制药、天然气等生产过程中，经常 会出现具有爆炸性物质存在的危险场所，这些场所使用的 电气设备必须遵循有关爆炸性环境应用的标准，产品必须 取得国家授权机构的认证。
• 危险场所：指存在或可能存在可燃性气体与空气混合物的 场所。
o(GB3836.6) p(GB3836.5) q(GB3836.7) m(GB3836.9) n(GB3836.8)
技术措施
典型应用
把危险物质与点火源隔 离
把危险物质与点火源隔 离
把危险物质与点火源隔 离
变压器、开关装置
控制室、仪表盘 、 马达 、分 析仪 器
仪表装置
设法防止产生点火源 仪 表、 控 制 装置
°C
T1
T2 T3 T4
T5 T6
危险场所的区域划分
区域 0区 1区 2区
中国标准描述
欧洲标准量化描述 危险程度
在正常运行时，爆炸性气混合
物连续的、或长时间存在的场 大于1000小时/年
高
所。
在正常运行时，爆炸性气混合 物有可能出现地场所。
10-1000小时/年
安全栅的工作原理
安全栅的工作原理
安全栅是一种常用的安全防护设备，它可以有效地保护人员和
设备免受意外伤害。
安全栅的工作原理主要包括以下几个方面：
1. 感知功能。
安全栅通过内置的传感器来感知周围的环境和物体。
当有人或
物体靠近安全栅时，传感器会立即发出信号，触发安全栅的工作。
2. 阻挡功能。
安全栅在感知到危险物体或人员靠近时，会立即启动阻挡功能。
它会通过内置的机械装置或电子装置，迅速形成一道障碍物，将危
险物体或人员隔离开来，防止其进入危险区域。
3. 报警功能。
除了阻挡功能外，安全栅还具有报警功能。
当安全栅感知到危
险情况时，会立即发出警报信号，提醒周围的人员注意，同时通知
相关的监控系统或人员，以便及时采取应对措施。
4. 自检功能。
为了确保安全栅的正常工作，它通常还具有自检功能。
安全栅会定期对自身的传感器、阻挡装置和报警系统进行自检，确保其处于良好的工作状态，一旦发现异常，会及时报警并进行维修。
5. 可编程功能。
一些先进的安全栅还具有可编程功能，可以根据实际需求进行灵活的设置和调整。
用户可以根据不同的工作场景和安全要求，对安全栅的感知范围、阻挡力度和报警方式进行个性化的定制，以满足不同的安全防护需求。
总的来说，安全栅的工作原理是通过感知、阻挡、报警、自检和可编程等多种功能的综合作用，实现对危险物体和人员的有效防护和管理。
它在工业生产、物流运输、机械加工等领域发挥着重要的作用，为人们的生产生活提供了可靠的安全保障。
第3章防爆安全栅
安装注意事项：
1）安装在安全场所。 2）通往现场（危险场所）的软铜导线截面积必须大于0.5mm 。 3）连接导线的绝缘强度应大于500V。 4）隔离式安全栅本安端（有蓝色标记）和非本安端电路配线，不得 接错和混淆。本安导线宜选用蓝色作为本安标记。本安导线和非本安导 线在汇线槽中应分开铺设、采用各自保护套管。隔离式安全栅的本安侧， 不允许混有其它电源， 包括其它本安电路的电源。 5）隔离式安全栅与一次仪表组成本安安全防爆系统时，必须经国家 指定的防爆检验机构检验认可。
6）对隔离式安全栅进行单独通电调试时，必须注意隔离式安全栅 的型号、电源极性、电压等级及隔离式安全栅外壳接线端上的标号。
7）严禁用兆欧表测试隔离式安全栅端子之间的绝缘性。若要检查 系统线路绝缘性时，应先断开全部隔离式安全栅接线，否则会引起内 部快速熔断器熔断。
8）凡与隔离式安全栅相连接的现场仪表，均应为有关防爆部门进 行防爆试验并取得防爆合格证的仪表，和WP5000-EX安全栅联合取证。
爆炸性混合物种类
Ⅰ
i＞120
甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧 化碳
Ⅱ
70＜i＜120
乙烯、乙醚、丙烯晴等
Ⅲ
i≤70
氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤 气等
第3章防爆安全栅
2、安全火花防爆系统
构成安全火花防爆系统的二要素：
① 在危险现场使用的仪表必须是安全火花防爆仪表（本安仪表）。 ② 现场仪表与危险场所之间的电路连接必须经过安全栅（防爆栅）。
第3章防爆安全栅
二、 变压器隔离式安全栅
它分为输入端用和输出端用两种形式。
（一）输入端用隔离式安全栅
第3章防D爆C安全栅
它的作用：① 为二线制变送器提供直流电源电压24VDC，用 实线表示，②将来自变送器的4～20mA电流信号转换为与之电气 隔离的4～20mA（或1～5V）DC的电信号，用虚线表示。
防爆安全栅
防爆安全栅工作原理及应用一防爆原理〈一〉发生爆炸的三要素:1现场存在易爆物质，如爆炸性气体、可燃蒸汽、爆炸性粉尘及可燃纤维。
2现场存在氧气。
不同爆炸性气体可能发生爆炸的浓度范围不同。
3现场存在引爆源，例如有足够能量的火花或足够高的物体表面温度。
〈二〉爆炸型物质的分类、分级与分组1．爆炸型物质的分类爆炸型物质分为三类I类：矿井甲烷；II类：爆炸性气体、蒸汽III类：爆炸性粉尘、纤维2．爆炸型气体（含蒸汽和薄雾）的分级与分组爆炸型气体在标准试验条件下，按其最大试验安全间隙和最小点燃电流比分级。
按其引燃温度分级。
1、评价爆炸性气体危险性的三个特性（1）爆炸性气体与空气混合的可爆浓度范围如：H24％-75％，C2H2 2％-9％。
（2）爆炸性气体与空气的混合气体对引爆火花能量的敏感性如：H2最小引爆火花的能量为0.019mJ，C2H2 为0.060mJ。
（3）爆炸性气体与空气的混合气体对物体表面温度的敏感性。
2、根据可能引爆的最小火花能量（1）中国，欧洲等分四个危险性等级工况类别气体分类代表性气体最小引爆火花能量矿井下Ⅰ甲烷0.280mJ 矿井外的工作ⅡA 丙烷0.180mJⅡB 乙烯0.060mJⅡC 氢气0.019mJ （2）美国、加拿大首先将散布在空气中的爆炸性物体分成CLASSCLASS Ⅰ：气体和蒸汽CLASS Ⅱ：尘埃CLASS Ⅲ：纤维然后再将气体和尘埃分成GROUPGROUP 代表性气体或尘埃A 乙炔B 氢气C 乙烯D 丙烷E 金属尘埃F 煤碳尘埃G 谷物尘埃3、根据气体对物体表面温度的敏感性，分成六个温度范围温度组别安全的物体表面温度155种常用爆炸性气体T1 ≤450℃氢气、丙烯腈等46种T2 ≤300℃乙炔、乙烯等47种T3 ≤200℃汽油、乙烯腈等36种T4 ≤135℃乙醛、四氧乙烯等6种T5 ≤100℃二硫碳T6 ≤85℃硝酸乙酯和亚硝酸乙酯〈六〉仪表的防爆标志1、Exia ⅡC T62、EExiaⅡC符合欧洲标准，没有温度组别说明该仪表不与爆炸性气体直接接触。
安全栅 在实际应用中的作用
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作用：
§ 由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的 一个限制能量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障 状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质 安全的。 § 现场防爆区必须使用安全栅，非防爆区可采用隔离措施， 但为保证数据的可靠性，一般都使用安全栅。 § 安全栅的作用就是使现场仪表起到本安的作用。它限制 了去现场的能量，通过齐纳二极管限制电压，电阻限制电流， 从而限制到现场的总能量，即使打火花，这个火花的能量也 不足以点燃现场的爆炸危险气体。
§ 防爆具体来讲有很多种技术，而本安防爆技术和隔爆防爆技术又 以其高安全性、高可操作性被广泛应用。 （1）隔爆型：是指把能点燃爆炸性混合物的部件封闭在一个外壳 内，该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力并阻止和周围的爆炸 性混合物传爆。 （2）本质安全型（本安型）：在正常运行或在标准试验条件下所 产生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物的电气设备。 § 常用防爆等级示例：ExiaIICT5、ExdIIBT6 （1）Ex：防爆标识 （2）ia：防爆电气产品的型式为本安型 d：防爆电气产品的型式为隔爆型 （3）IIC：是使用在II类场所的IIC级别 （4）爆炸性气体的引燃温度为T4的组别
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§ 本安防爆实质上是系统防爆，其防爆性能不仅与关联设备有关，也 与其相应设备和连接线路有关。 § 本安防爆系统包括本安型电气设备、关联设备、和外部配线（包括 本质安全电路和非本安电路）。 本安电气设备：具有储能元件，是需要防爆认证的本安电气设备， 如变送器等。 关联设备（安全栅）：一种安装在安全场所，本安电气设备与非本 安电气设备之间相连的电气设备。安全栅能将窜入到现场本安设备的能 量限制在安全值内，从而确保现场设备、人员和生产的安全。
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5 . 本安型防爆仪表的标志
本安型防爆仪表的标志为“ ，按等级分为“ 适用于 适用于0 本安型防爆仪表的标志为“i”，按等级分为“ia”适用于 适用于1区 区，“ib”适用于 区。 适用于 标志铭牌上的防爆标志分为四段： 标志铭牌上的防爆标志分为四段：ExABC 其中Ex:防爆仪表； 防爆仪表； 其中 防爆仪表 A:防爆类型，例如d、ia、ib等； 防爆类型，例如 、 、 等 防爆类型 B:防爆类和级，例如Ⅰ级、ⅡA、ⅡB、ⅡC等； 防爆类和级，例如Ⅰ 防爆类和级 、 、 等 C:仪表外面温度级别，例如T1～T6。 仪表外面温度级别，例如 ～ 。 仪表外面温度级别 例如防爆仪表标志铭牌上标志为ExdiaⅡCT6，指兼有隔 Ⅱ 例如防爆仪表标志铭牌上标志为 ， 爆和本安功能，可在Ⅱ 级 组以下级别使用的防爆仪表 组以下级别使用的防爆仪表。 爆和本安功能，可在ⅡC级T6组以下级别使用的防爆仪表。
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S2000系列齐纳安全栅能与各种现场的一次仪表如：4－20mA的压力、 系列齐纳安全栅能与各种现场的一次仪表如： － 的压力、 系列齐纳安全栅能与各种现场的一次仪表如 的压力 温度、流量、电信号变送器；电器转换器、电气阀门定位器、 温度、流量、电信号变送器；电器转换器、电气阀门定位器、各类热电 热电阻、开关量、报警器、脉冲信号等各种特殊仪表， 偶、热电阻、开关量、报警器、脉冲信号等各种特殊仪表，组成本质安 全防爆系统，用于现代化工业的自动化过程控制，广泛地用于石油化工、 全防爆系统，用于现代化工业的自动化过程控制，广泛地用于石油化工、 冶金、医药、船舶等领域。 冶金、医药、船舶等领域。可限制危险能量进入具爆炸性危险气体环境 的可靠设备。 的可靠设备。
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4. 本安防爆系统的特点
1）工作电压低，工作电流小； ）工作电压低，工作电流小； 正常工作电压24VDC，工作电流＜ 20mADC, 正常工作电压 ，工作电流＜ 故障电压＜ 故障电压＜35VDC，故障电流 ＜35mADC。 ， 。 仪表所用的电阻、电感、电容参数， 仪表所用的电阻、电感、电容参数，保证在正常或故 障状态所产生的火花能量不足以点燃爆炸性混合物； 障状态所产生的火花能量不足以点燃爆炸性混合物； 2）危险场所和非危险场所的电路用防爆安全栅隔离； ）危险场所和非危险场所的电路用防爆安全栅隔离； 3）现场仪表到控制室仪表的连线不得形成大的分布电容 ） 和电感； 和电感；
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自动化仪表防爆结构主要有两种： 自动化仪表防爆结构主要有两种： 隔爆型：标志为“ ； 隔爆型：标志为“d”； 本安型：标志为“ 。 本安型：标志为“i”。 隔爆型仪表结构特点： 隔爆型仪表结构特点： ①外壳耐压（8～10）×102Kpa； 外壳耐压（ ～ ） ； ②表壳温升低于爆炸性气体的自燃温度； 表壳温升低于爆炸性气体的自燃温度； ③表壳结合面的缝隙宽度、深度按其容积和气体级别采取规 表壳结合面的缝隙宽度、 定的值。 定的值。 本安型仪表是指正常状态和故障状态下， 本安型仪表是指正常状态和故障状态下，电路及设备产生 的火花能量和达到的温度都不会引起易爆性气体爆炸的防爆类 型。现代本安防爆概念是指整个自动化系统的防爆性能符合本 质安全防爆要求。 质安全防爆要求。
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3.3 防爆安全栅原理
防爆安全栅按结构分类： 齐纳安全栅， 防爆安全栅按结构分类：①齐纳安全栅，②变压器隔 离式安全栅。 离式安全栅。 按用途分类： 输入端用， 输出端用。 按用途分类： ①输入端用， ②输出端用。 一. 齐纳安全栅
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1. 输入端用齐纳安全栅
1）配二线制变送器齐纳安全栅 ）
其原理电路及系统组成如图所示。图中主要由两部分组成： 其原理电路及系统组成如图所示。图中主要由两部分组成： 齐纳栅， ①齐纳栅，②变送器 齐纳栅包括： 电子集成化浮动电源E 齐纳二极管VD 齐纳栅包括： ①电子集成化浮动电源 D， ②齐纳二极管 1、VD2， 电子变阻式限流电路Z， 快速熔断器FU。 ③电子变阻式限流电路 ，④快速熔断器 。 注意：只能用于变送器和电源共地的测量系统，一般是单独电源供电。 注意：只能用于变送器和电源共地的测量系统，一般是单独电源供电。
第三章 防爆安全栅
3.1 防爆安全的基本概念
在生产现场存在各种易燃，易爆气体或蒸汽，或 在生产现场存在各种易燃，易爆气体或蒸汽， 者存在爆炸性粉尘，易燃纤维。它们与空气混合， 者存在爆炸性粉尘，易燃纤维。它们与空气混合，具 有爆炸危险，其空间成为具有不同程度的爆炸危险场 有爆炸危险，其空间成为具有不同程度的爆炸危险场 所。 在大气条件下，气体蒸汽、簿雾、 在大气条件下，气体蒸汽、簿雾、粉尘或纤维状 的易燃物质与空气混合， 的易燃物质与空气混合，点燃后燃烧将在整个范围内 传播的混和物，称为爆炸性混合物 爆炸性混合物。 传播的混和物，称为爆炸性混合物。 含有爆炸性混合物的环境，称为爆炸性环境。 含有爆炸性混合物的环境，称为爆炸性环境。 爆炸性环境
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不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同， 不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同，煤矿井 下用电气设备属Ⅰ类设备； 下用电气设备属Ⅰ类设备；有爆炸性气体的工厂用电气设备 类设备；有爆炸性粉尘的工厂用电气设备属Ⅲ类设备。 属Ⅱ类设备；有爆炸性粉尘的工厂用电气设备属Ⅲ类设备。 对于Ⅱ类电气设备， 电路电压限制在30VDC时 ， 各种爆炸 对于 Ⅱ 类电气设备 ， 电路电压限制在 时 性混合物按最小引爆电流分为三级。 性混合物按最小引爆电流分为三级。 爆炸性混合物的最小引爆电流
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3. 本安自动化（安全火花）防爆系统的组成 本安自动化（安全火花）
它包括两部分： 安装在危险场所（现场）的本安电路； 它包括两部分：①安装在危险场所（现场）的本安电路； ②安装在非危险场所的非本安电路。 安装在非危险场所的非本安电路。 如图所示。为了防止非本安电路中过大能量进入危险场所的本安电路， 如图所示。为了防止非本安电路中过大能量进入危险场所的本安电路， 两者之间采用防爆安全栅。使整个系统具有本安防爆性能。 两者之间采用防爆安全栅。使整个系统具有本安防爆性能。
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2. 输出端用齐纳安全栅
齐纳安全栅在安全侧接调节器类仪表的输出。 齐纳安全栅在安全侧接调节器类仪表的输出。在危险侧的负载仪表 一般为电－气转换器或电动阀门定位器。 一般为电－气转换器或电动阀门定位器。 按调节器输出电路形式分为两种： 发射极输出， 按调节器输出电路形式分为两种：①发射极输出，②集电极输出
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一、危险场所的划分
按国家1987“爆炸危险场所电气安全规程”将爆炸危险 爆炸危险场所电气安全规程” 按国家 爆炸危险场所电气安全规程 场所分为两类5级 场所分为两类 级。 1. 第一类场所 爆炸性气体或可燃蒸汽与空气混合形成爆炸性气体的 场所，按危险程度分为3级 场所，按危险程度分为 级： 0级区域 爆炸性气体连续地、短时间频繁出现、 0级区域：爆炸性气体连续地、短时间频繁出现、长时 级区域： 间存在； 间存在； 1级区域：爆炸性气体可能出现； 级区域：爆炸性气体可能出现； 2级区域：仅在不正常情况下偶尔短时间出现。 级区域：仅在不正常情况下偶尔短时间出现。
最小引爆电流（ 级 别 最小引爆电流（mA） ） Ⅰ Ⅱ Ⅲ i＞120 ＞ 70＜ ＜ 70＜i＜120 i≤70 ≤70 爆炸性混合物种类 甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、 甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧 化碳 乙烯、乙醚、 乙烯、乙醚、丙烯晴等 氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤 乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、 气等
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2. 第二类场所 爆炸性粉尘或易燃纤维与空气混合形成爆炸性混合物的场 按危险程度分为2级 所,按危险程度分为 级： 按危险程度分为 10级区域：爆炸性混合物连续地、短时间频繁出现、长时间 级区域：爆炸性混合物连续地、短时间频繁出现、 级区域 存在； 存在； 11级区域：仅在不正常情况下偶尔出现爆炸性混合物。 级区域：仅在不正常情况下偶尔出现爆炸性混合物。 级区域 二、防爆仪表分类、分级和分组 防爆仪表分类、 1. 分类： 分类： 自动化仪表属于低压电气设备， 自动化仪表属于低压电气设备，在危险场所用的自动化仪 表要按电气设备防爆规程管理。 表要按电气设备防爆规程管理。规程规定防爆电气可制成 隔爆型、本安型等10种结构类型 种结构类型。 隔爆型、本安型等 种结构类型。
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典型用途： 典型用途：
S2003: 开关、变送器、继电器。 开关、变送器、继电器。 S2004：报警器、开关、变送器。 ：报警器、开关、变送器。 S2005、S2006、S2007：热电偶、热电阻。 、 、 ：热电偶、热电阻。 S2008: 信号传输。 信号传输。 S2009: 电源、信号。 电源、信号。 S2014、S2015、S2016、S2017: 交直流供电、信号。 交直流供电、信号。 、 、 、 S2022: 电气阀门、定位器、电气转换器。4－20mA温度、 电气阀门、定位器、电气转换器。 － 温度、 温度 压力、液位、物位变送器。 压力、液位、物位变送器。 接线端子序号： 非本安端子为1、 ； 本安端子为3、 接线端子序号： 非本安端子为 、2； 本安端子为 、4 5 、6 接地。 接地。
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安全栅与一次仪表的配套要求
1. 安全栅应安装在非危险区； 安全栅应安装在非危险区； 2. 导流条和机壳绝缘，各导流条之间要用线芯截面积 导流条和机壳绝缘，各导流条之间要用线芯截面积4mm²以上的铜导 以上的铜导 线或电缆线相互连接； 线或电缆线相互连接； 3. 使用前请认真核对安全栅的型号、极性和工作电压； 使用前请认真核对安全栅的型号、极性和工作电压； 4. 禁止用兆欧表直接测量安全栅端子之间的绝缘。检查系统线路时，必 禁止用兆欧表直接测量安全栅端子之间的绝缘。检查系统线路时， 须断开全部安全栅的接线； 须断开全部安全栅的接线； 5. 安全栅的本安端和非本安端的接线不允许接错； 安全栅的本安端和非本安端的接线不允许接错； 6. 一旦安全栅损坏，用户不得自已修复，应及时更换； 一旦安全栅损坏，用户不得自已修复，应及时更换； 7. 本安防爆系统的基本组合条件为： 本安防爆系统的基本组合条件为： Uo ≤ Uì Io ≤Iì Co ≥ Cp + Cì Lo ≥ Lp + Li 其中： 为最高输出电压; 为最大输出电流; 其中： Uo为最高输出电压 Io为最大输出电流 Co为最大负载电 为最大负载电感; 为一次仪表允许的最高输入电压; 容; Lo 为最大负载电感 Uì为一次仪表允许的最高输入电压 Iì 为一次仪 表允许的最大输入电流; 为一次仪表的最大内部等效电容; 表允许的最大输入电流 Cì 为一次仪表的最大内部等效电容 Li为一次仪 表的最大内部等效电感; 为连接导线（或电缆） 表的最大内部等效电感 Cp 为连接导线（或电缆）允许的最大分布电 为连接导线（或电缆）允许的最大分布电感。 容; Lp 为连接导线（或电缆）允许的最大分布电感。