本安回路里装压力变送器,安全栅该怎么配
客户原话:「装置是 Zone 1,压力变送器证书上写着本安 Ex ia,设计院让在机柜侧加安全栅。仓库里有一批普通信号隔离器,能不能顶上?栅上那串 Uo、Co、Lo 看不懂,怎么配才合规?」
本安的本质:限制能量
本质安全型(Ex ia / ib / ic)的思路,是让回路在正常工作与规定故障状态下,产生的电火花与热效应都不足以引燃目标气体。它由现场本安仪表、关联设备(安全栅)以及中间的电缆组成,三者须作为完整回路评定,任何一环不匹配,整体本安就失效。按允许的计数故障数划分:ia 允许两个,ib 允许一个,ic 只考虑正常运行,据此对应不同危险区域。
参数匹配:两组不等式
变送器铭牌给出输入侧 Ui、Ii、Pi、Ci、Li,安全栅给出输出侧 Uo、Io、Po、Co、Lo,核对关系如下:
- Uo ≤ Ui,Io ≤ Ii,Po ≤ Pi,其中 Po 与 Pi 往往还有降额规则,以证书条件为准;
- Ci + Cc ≤ Co,Li + Lc ≤ Lo,Cc、Lc 是实际电缆的分布电容与分布电感,须按敷设长度乘以单位长度参数算出,多芯电缆还要考虑芯间电容。
齐纳栅、隔离栅、普通隔离器是三回事
- 齐纳安全栅:靠齐纳二极管限压、电阻限流、熔断器做后备保护,结构简单、成本较低,但多余浪涌能量要靠本安地泄放,对接地连续性要求严格;它串联在回路中,会挤占两线制变送器的负载预算。
- 隔离式安全栅:用变压器或光耦完成输入、输出、电源三方隔离并同时限能,对共模干扰与地电位差的抑制更好,通常自带配电,可为二线制变送器供电。
- 普通信号隔离器不是关联设备,未经本安参数评定,也没有按故障条件做能量限制设计,拿它代替安全栅属于做法错误。
叠加 HART 时的留意点
HART 是在 4—20 mA 上叠加约 1 mA 量级的频移键控信号。安全栅须支持 HART 透传,并算清楚一点:栅的输出电容加电缆电容构成 Cc 的一部分,电容偏大会把数字信号削掉,表现为手操器时通时不通。另一方面是回路总电阻——电缆电阻、栅内阻与接收端采样电阻之和,要落在变送器负载驱动能力之内。
给现场同事的通用原则
先按危险区域等级、气体组别与温度组别倒推回路需要 ia 还是 ib,而不是先在货架上找模块;再按两组不等式逐条核对,电缆参数按实测长度计入;存在明显地电位差的装置优先选隔离栅,接地可靠且回路简单的场合可用齐纳栅;并按安装方式、通道密度、是否需 HART 透传、环境温度范围确定模块形态,把安全参数表连同接线图一并归档。