本安电路的认证、要求和安装

本安电路的认证、要求和安装PeterThurnherrthubaLtd.0引言欧洲指令94/9/EC，即所谓的ATEX95，适用于爆炸性环境用设备和保护系统，同时适用于以爆炸性环境用设备和保护系统安全息息相关的安装Ⅱ危险场所的保护、控制及调节设备。该指令对爆炸性环境用电气设备和保护系统中与国际电工词典中的定义有所差异的名词重新进行了定义。大气环境条件下（温度在-20℃～+40℃，大气压0.8～1.1Pa），气体、蒸气或雾状的可燃性物质与空气构成的混合物点燃后，燃烧将传遍整个未燃混合物的环境。1设备分组和分类组别II适用于爆炸性气体环境用设备。II组设备又可以细分为三大种类（见表1），根据要求和标准在设备种类后面加后缀字母G（气体）和D（粉尘）来表明使用的环境。表1设备组别和种类种类II组设备1设备适用于爆炸性环境长时间存在、经常出现的危险场所。这类设备在极少发生故障情况下仍能确保必要的安全等级，就是当一个保护失效时，至少还有另外一个保护可以提供必要的安全防护。即使两个独立故障发生时，设备也能确保安全。2设备适用于爆炸性环境偶尔出现的危险场所。正常运行时，在经常出现爆炸性环境和设备故障情况下仍能保证必要的安全。3设备适用于爆炸性气体、蒸气或薄雾、粉尘环境不太可能出现，如果出现也只是短时间存在的危险场所。正常运行时确保必要安全。1.1种类1种类1是指适用于0区和20区的防爆设备（当然也适用于1区、2区和21区、22区）。种类1设备通常采用两种防爆结构，在两个单独的故障条件下设备仍是安全的。因为种类1要求极高的防爆能力，因此制造厂必须向检验机构提交申请，进行产品防爆性能检验和生产质量体系审核（前提是制造厂通过ISO9001体系审核）。特殊情况下，生产质量体系审核可以由检验机构在制造厂实施的产品质量审核中取代。1.2种类2种类2是指适用于1区和21区的防爆设备（也适用于2区和22区）。种类2设备在经常出现的爆炸性环境和设备故障情况下，仍能保证产品的安全。除了产品的防爆性能检验之外，要求制造厂进行产品质量体系审核或产品质量审核（前提是通过ISO9002体系审核）。如果制造厂生产多种防爆设备，则通常规定制造厂实施生产质量体系审核。1.3种类3种类3是指适用于2区和22区的防爆设备。种类3设备可以保证产品在正常运行条件下的防爆安全。种类3设备通常不考虑故障状态。对于此类防爆设备，制造厂负责产品的生产、投放市场和安装服务，制造厂可自主决定是否将此类设备提交检验机构检验。建议制造厂给出一些新的想法－有别于规范－排除可能的理论上错误（产品责任），确保产品始终保持领先。1.4IEC：设备保护等级EPL在2004年10月德国Brunswick召开的技术委员会TC31年度会议上，提出了与指令94/9/EC相类似的新的设备保护等级的决定。这个决定已经讨论很长时间，最终作出了折衷的方案。为了IEC标准全球化推广，必须对表2所示的符号进行新的统一整合,见表2。表2依照IEC60079-0表述的设备保护等级种类气体粉尘t安全等级1GaDa很高2GbDb高3GcDc普通2市场销售的程序爆炸性环境用电气设备在设计和制造过程中都必须进行防爆评估。如果由制造厂代表处行使制造厂的职责，则对制造厂的要求同样适用于其代表处。欧洲指令94/9/EC对爆炸性环境用防爆设备的投放市场程序作出了决定。2.1检验评估程序（依照欧洲指令94/9/EC附录III模快B的EC型式试验）制造厂将产品技术文件连同申请书提交给检验评估机构。对有些产品，提交技术文件还应包括一部分由制造厂进行的试验报告，因而通常的技术文件是非常庞大的。检验机构非常重视此类实验报告，并由此决定是否对该设备的生产进行监控。依照欧洲指令的规定，制造厂同时须向检验机构提交产品使用说明书，以便于检验机构对涉及安全操作细则进行审核。一旦产品通过了CENELEC/IEC规定的试验后，检验机构即可为其签发产品型式检验合格证书。但单单有产品型式检验证书（模块B）是不允许该产品在欧洲市场上进行销售的。依照章节15－目标和类型规定，检验机构必须对送检产品提供准确的电气性能参数的描述。这些数据对相关元件连接和决定导线长度来说都是必须的。这些参数同样应该可以从制造厂提供的文件中找到，例如在销售册子和使用说明书上。2.2投放市场前的附加要求2.2.1使用说明书EC指令规定所有设备必须提供使用说明书（或附加文件）。对组别II中种类1和种类2的设备，使用说明书必须经过检验评估机构的复查。依照指令要求，使用说明书至少要包括以下几方面的内容：技术描述；安装；保养；维护；定期检查；性能测试；故障排除；安全使用注意事项。安装部分要求提供必要的内部连接和定义引线的长度。这些都必须与认证所附的描述保持一致。通常这部分在认证和使用说明书里都是描述不够的。在这种情况下，安装人员和使用人员不可能正确安装所选设备元件。在报价和项目计划表中，对这些提到的内容要进行检查，避免这些不愉快的事情发生。2.2.2标识爆炸性环境中用电气设备和保护系统同时需要粘贴CE标识。CE标志表明该设备或保护系统达到欧共体相应规定要求。CE标志证明产品符合欧共体所有可适用的标准，并且检验评估程序已经被执行。标识举例1G种类1，0区场所用设备，II组(G=指气体)2G种类2，1区场所用设备，II组(G=指气体)3G种类3，2区场所用设备，II组(G=指气体)设备和保护系统应设置清晰、永久的铭牌，其内容至少应包括以下几方面：①制造厂厂名、地址及注册商标；②CE标志(监督质量管理检验评估机构的代码或标识)，后带设备种类、II组设备、字母“G”（指明用于气体、蒸汽或薄雾状态下的爆炸性环境）；③EC产品型式检验合格证书的证书号；④Ex分类(保护型式表述评胞，温度等级等)；⑤必要时附加的“X”或“U”标记；⑥额定功率；⑦电压；⑧额定电流(与熔断器的正确选择密切相关)；⑨产品名称和规格型号；⑩超过正常使用的环境温度范围。此外，与电气设备安全使用有关的其他信息也需要标明。2.2.3声明文件除了前面提到的产品型式检验合格证、质量体系证书、产品使用说明书和正确标识外，制造厂还应提供声明文件，方可将产品投放市场。声明文件需包括所有可追溯产品来源的相关信息。3设备选择与设备保护等级一样，本安型也扩展到含«ic».本安保护类型完整的包括为：«ia»种类1G，«ib»种类2G和«ic»种类3G。来自IEC标准60079-15的保护类型发生了变更,不过每种新的保护类型的标准制订都是基于不同防爆区域。要让安装人员通过“设备选择”章节知道相关的选择标准。4IEC60079-11本安型保护的要求和安装(EExiaIIC，EExibIIC)如果所有电路都是本质安全的话，那么这个电气设备也是本质安全的。电路是否本质安全取决于电流和电压的限制（电感，电容和电阻的作用）。在这些电路中应避免产生会导致爆炸危险的火花或热效应。这些电路产生的能量低于点燃爆炸混合物所需要的最低点燃能量。基于最小点燃电流试验，这个保护等级可细分为A、B和C。至于提到的本安型«i»中«ia»和«ib»两种类型间的差别，种类«ia»对故障及复合故障的考核更严格。因此，种类«ia»用于0区，而种类«ib»用于1区。此外，本安型连接必须加以标识区别（如果使用颜色区分，则RAL5012淡蓝色）。在实际应用中，与合适安全栅连接使用的温度调节器、控制设备和监视器可直接作为本安型电气设备使用。本质安全型关联设备必须安装于安全场所使用。关联设备的防爆标志使用括号，例如:[EExib]IICT6。4.1最小点燃能量对于爆炸性气体混合物，气体和蒸汽是按照其最小点燃电流和甲烷实验最小点燃电流的比来进行划分的。最小点燃电流比必须通过标准规定的方法和测试设备来确定。分类A:最小点燃电流比大于0.8分类B:最小点燃电流比在0.45和0.8之间分类C:最小点燃电流比小于0.454.2简单设备所谓简单设备概念在本安型保护中已经有长时间的成功运用。在过去，它经常引起怀疑和困惑。制造厂和用户经常会问如何处理这种简单设备。本安型保护的目的是为了避免存在引起点燃的火花和热表面。依照IEC60079-11，简单设备要定义为本安型必须具备以下因素：①没有内部电池（例如热电偶、光电池等，它们产生的能量不能超过1.5V、100mA和25mW）；②只能与单一电源连接；③有内部电流/电压的转换；④所有内部电感和电容的总和被看成一个集成的有效电感/电容；⑤不用考虑与安全相关的间距和爬电距离因素。如果满足以上条件，关联设备就能提供防止火花点燃的保护。这些关联设备必须经过测试和认证。对于温度分级，在最简单情况下，简单设备的最高表面温度由关联设备对外的最大输出功率和元件的热阻抗决定。简单设备不需更多检测就可用于1区。对于简单设备用在0区，IEC60079-26也有相关规定。IEC60079-26指出保护等级为“ia”的设备可以用于0区，同时必须满足一些附加的要求（例如是金属外壳还是塑料外壳）。thubaLtd.CH-4015BaselSwitzerlandNummerNum閞oNumberTypTypeTypePTB03ATEX2176TT7/9425122.2003PTB02ATEX2179II(1G)0102[EExia]IICSpannungTensionVoltage24VDC图1关联设备的标识举例4.3关联设备关联设备安装在爆炸危险区域外，要使用特别的标识：[EExia]IIC1(G)，如图1所示。4.3.1齐纳安全栅齐纳安全栅把非本安电路和本安电路隔离开。它的作用是限制一定范围的电流和电压进入本安电路，使电路中存在的能量不会导致爆炸混合物的点燃。这个限制必须在正常情况和故障情况下都得到保证。因此，遵守说明书中的限制是最基本的。对于齐纳安全栅，不允许超过本安电路规定的电容和电感。图2为齐纳安全栅的电路原理图。齐纳安全栅可以安装在危险区域外或隔爆腔体内。R1SiV1V2EExiPAR2图2齐纳安全栅电路原理图图中，V1、V2为齐纳二极管；Si为熔丝；R1、R2为限流电阻；PA为等电位连接。4.3.2隔离式安全栅隔离式安全栅用于传送数字信号或非防爆开关装置连接（端子、压力开关、微动开关、限位开关等）。本安型继电器和开关放大器对继电器的输出和光电耦合器的输出是有用的。一般它们都具有断线互锁和运行指示功能。隔离式安全栅既可以安装在危险区域外的控制设备内，也可以安装在隔爆腔内。4.3.3本安型供电回路本安型电源回路通过传感器提供必要的输入电压。标准输出信号4～20mA可以通过同一线路进行传输。可以使用2线或3线的变送器，这取决于规范的规定。4.4本安型电气系统EN50039本安型电气系统由电气设备及其系统描述文件组成。其中那些完全或部分安装在危险区域的电路必须是本质安全型的电路。未经检验机构认可而应用的本质安全电气系统需形成系统文件，阐述与系统本安性能相关的本质安全型电气设备、本质安全关联设备以及连接用电缆电气参数对其系统本安性能的构成。5本安电路的认证评定系统认证如果不是对整个本安电路进行有效评定，那么应该完全遵守所有分条款的要求。在安装本安电路时,包括电缆、最大允许电感、最大允许电容或电感/电阻比和表面温度都不可以超过规定值。允许的值可以从关联设备文件或铭牌上获得。每个本安电路允许最高输入电压Ui、最大输入电流li和最大输入功率Pi必须分别大于或等于关联设备的最高开路Uo、最大短路电流Io和最大功率Po。每个本安电路最大内部有效电容和电缆电容（电缆集中电容就是两根相邻线芯间的最大电容量）的总和不得超过关联设备上标识允许的最大外部电容Co。每个本安电路最大内部有效电感和电缆电感（电缆集中电感就是两根有足够间距的线芯间的最大电感）的总和不得超过关联设备上标识允许的最大外部电感Lo。在本安设备不含有效电感和关联设备用电感/电容比L/R标识，而且如果在两根有足够间距的线芯间电感/电容比L/R很小，那么可以不用考虑最大外部电感Lo的要求。6防静电要求在使用非金属材料时，对外壳每个面的表面面积都有限制的。按照国