防爆安全栅的限能原理解析

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电路的能量，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。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是处于正常状态还是故障状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本安的。

安全栅是一种安装在本安场所的本质安全型防爆仪表的关联设备。当本安防爆系统的本安仪表发生故障时，安全栅能将串入到故障仪表的能量限制在安全值以内，从而确保了现场人员、设备和生产的安全。安全栅总体上分为两大类：一类为齐纳式安全栅，一类为隔离式安全栅。

1.基本电路

安全栅的基本电路构成如图4-3-4所示。其中，R为限流电阻，FU为熔丝，VS为齐纳二极管。

2.安全栅限能原理

齐纳二极管用于限制电压，当电路电压接近安全限压值时，齐纳二极管导通放电，使齐纳二极管两端的电压始终保持在安全限压值以下。

图4-3-4 安全栅的基本电路构成

电阻R用于限制电流。当电压被限制后，适当的电阻值即可将电路电流限制在安全限流值以下。

熔丝FU的作用是防止因齐纳二极管被长时间流过的大电流烧坏而导致电路限压失败。当超过安全限压值的电压加在电路上时，齐纳二极管导通。如果没有熔丝，流经齐纳二极管的电流会无限制地上升，最终烧坏齐纳二极管，使电路失去限压功能。为确保电路限压功能，熔丝必须选用快速熔断型，其熔断速度应比齐纳二极管可能被烧断的速度快10倍。(www.xing528.com)

图4-3-4中所示三重冗余的齐纳二极管的安全栅基本限能结构，能够确保安全栅在正常工作、一个故障和两个故障时均能将输出电能量可靠地限制在安全参数规定的范围内，从而满足ia级本安要求。

安全栅的基本限能原理和基本限能电路如图4-3-5所示。

图4-3-5 安全栅的基本限能原理和基本限能电路

快速熔断器：防止因齐纳极管被长时间流过的大电流烧断而导致电路限压失败。当超过安全限压值的电压加在电路上时，齐纳极管导通，流经齐纳极管的电流迅速增加，如果没有快速熔断器限制电流，最终将烧断齐纳管，使电路限压失去作用。

限压电路：当电路电压接近安全限压值时，齐纳极管导通放电，使齐纳极管两端的电压始终保持在安全限压值以下。

限流电路：由电阻和晶体管组成。当电压被限制后，适当选择限流电阻，即可将电路电流限制在安全值以下。

隔离式安全栅在采用快速切断、限流、限压等措施基础上，还实现了电源、输入信号与输出信号的完全隔离，增强了系统的抗干扰能力，提高了系统正常运行的可靠性。

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、人员和生产造成不可估量的损害。