本安回路里接压力变送器:安全栅参数匹配与电流预算怎么算

“装置是 Ex ia IIC T4 的本安回路,压力变送器接上去之后量程上不去,安全栅还发烫。现场说是栅配小了,可到底该怎么配?”

本安回路是关联设备(安全栅)、现场本安设备与连接电缆三者构成的系统。按 GB 3836.4 的实体概念,三者各有一组本安参数,必须逐项比对,任一项不满足都不能构成本安回路。

参数怎么比对

  • 电压、电流、功率:现场设备的 Ui、Ii、Pi 应不小于栅输出的 Uo、Io、Po。注意比较的是栅在故障状态下的输出上限,不是正常工作值。
  • 电容与电感:现场设备的 Ci、Li 加上电缆分布参数 Cc、Lc,应不大于栅允许的 Co、Lo。这一项容易被忽略——变送器 Ci 可能只有几十纳法,但几百米电缆按每米百皮法估算,累计值往往先超限。
  • 电缆长度反算:由 Co 减 Ci 再除以单位长度电容得到允许长度,超限需换允许外电容更大的栅或缩短电缆。

电流预算是常见瓶颈

本安侧可用电流是硬约束。两线制 4-20 mA 变送器满量程取 20 mA,加上故障裕度与同栅下挂的其他设备,很容易逼近栅的 Io,表现为供电电压被拉低、零点抬不上去、HART 通信断续。

  1. 用栅的输出特性曲线(电压—电流折线)判断工作点,确认 24 mA 上限时仍留余量。
  2. 把 LCD、背光等附加耗电从本安侧剥离,或改用无本地显示的表头。
  3. 多台设备共用一只栅时按总和做预算,并核对 Po 限值。

齐纳栅还是隔离栅

齐纳栅靠限流电阻、齐纳管与快速熔断丝限能,结构简单、成本低,但要求本安侧可靠接地;按 GB/T 3836.15 的要求,接地连接电阻通常不大于 1 Ω,接地不良时本安性能无法成立。隔离栅用变压器或光耦隔离传递能量与信号,本安侧对地悬浮,不依赖低阻接地,抗共模干扰能力更强;代价是需要单独供电、体积与成本更大,且同样有 Uo、Io、Co、Lo 参数需参与比对。

通用原则

先确定区域划分与设备保护级别(ia、ib、ic),再定气体组别与温度组别,之后才谈仪表本身。仪表侧按三条线选:精度按工艺控制要求定,介质决定隔离膜片材质与是否需禁油脱脂,温度范围决定芯体与电子件的温漂指标。本安参数匹配是这三条线之外的硬性约束,必须单独核对;回路构成后若更换变送器或改变电缆型号、长度,必须重新做回路安全评定并留档。