# 電氣防爆？

前言
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請參考 [中華民國防爆電器協會-防爆電器原理與防爆電器原機具之使用](http://www.texa.org.tw/comm/upfile/f_151116_06403.pdf)

> 電氣機具之防爆化的目的在於防止電氣火花或機具的高溫表面成為點火源，依其爆炸防止原理可以分為侷限式(passive type of protection)與預防式(active type of protection)兩大類。前者是將成為點火源的電氣構件以一器殼(enclosure)保護，使被其所引燃的火焰無法穿透至器殼外部而得以避免爆炸性混合氣被引爆。後者又可分為抑制點火能力或隔離點火源等較積極的方法及增加安全度以降低成為點火源的機率的較為消極的方法。

> 本質安全防爆系統包含機具本身、本質安全保持器(safety barrier)和配線三部份。

依照 CNS 和 IEC 之標準，將危險場所氛圍 Zone 0~2 三區：
1. Zone 0: 可能連續存在或長時間存在爆炸性混合氣之場所。
2. Zone 1: 在正常狀態下，有可能存在爆炸性混合氣之場所。
3. Zone 2: 在正常狀態下不會存在爆炸性混合氣，即使會也只是很短的時間，但在異常狀態下有可能存在爆炸性混合氣之場所。


根據：1)爆炸性氣體之釋放率（單位時間放出量）；2)放出速度；3)洩漏物濃度；4)通風狀態；5)障礙物；6)可燃性液體之沸點；7)爆炸下限；8)閃火點；9)相對密度。針對不同危險區域有不同的應對方式。這是全面性的規劃，範圍太廣了。但針對電氣類的防爆手段有個名詞叫做「本質安全(Intrinsic safety)」。

預防式防爆(active type of protection)
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[本質安全](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%AC%E8%B3%AA%E5%AE%89%E5%85%A8)
> 本質安全的理論基礎是確保系統中的電能及熱能均低到不會使爆炸性氣體燃燒，因此在危險區域下只允許流過低電壓及小電流，而且對於能量儲存有嚴格的限制。

藉由阻擋從非本安現場之電路中不正常的能量傳入本安現場來達到防爆之保護。

* 齊納式安全柵 Zener barrier

透過該電路設計可以將電壓和電流抑制在可接受的 [範圍](https://expeltec.com/2014/03/05/minimum-ignition-current-ratio/) 內。其特點是使用元器件少、[價格低](https://twcn.rs-online.com/web/c/automation-control-gear/circuit-protection-circuit-breakers/zener-galvanic-barriers/?sort-by=P_breakPrice1&sort-order=asc&pn=2)，但維持此裝置的正常運作必須是設備的接地無誤。
* 晶體管式安全柵
>正常情況下 Z1 和 Q1 截止、Q2 導通，非本安端與本安端進行信號傳送。當非本安端電壓過高時，Z1 反向擊穿，Q1 導通，使 Q2 截止，切斷了非本安端與本安端的通路，使本安端輸出電壓為零，實現過壓保護作用；當迴路電流過大時，R4 上壓降增大，使 Q1 導通，Q2 進入線性放大狀態，限制迴路電流，實現過電流保護作用。與 Zener barrier 比較，晶體管式安全柵相對複雜。
但由於他不需要熔斷器，系統正常時他能自動恢復到正常工作狀態並可以重複使用，所以通常又稱之為重複式安全柵。本身不需要接地，也沒有隔離功能。在防爆系統中使用時必須和 [隔離單元(Isolator)](https://www.wago.com/tw/c/signal-conditioners-and-isolation-amplifiers) 配合使用。

* 隔離式安全柵 Galvanic isolator
> 與齊納安全柵相比，隔離式安全柵除具有限壓與限流的作用之外，還帶有電流隔離的功能。隔離柵通常由迴路限能單元、電流隔離單元和信號處理單元三部分組成。迴路限能單元為安全柵的核心部分。此外，輔助有用於驅動現場儀表的迴路供電電路和用於儀表信號採集的檢測電路。信號處理單元則根據安全柵的功能要求進行信號處理。

參考
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* [本質安全](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%AC%E8%B3%AA%E5%AE%89%E5%85%A8)
* [功能安全](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8A%9F%E8%83%BD%E5%AE%89%E5%85%A8)
* [淺談安全柵的原理與使用](https://kknews.cc/news/82zogln.html)
* [防爆電氣原理與防爆電氣原機具之使用](http://www.texa.org.tw/comm/upfile/f_151116_06403.pdf)
* [Principles of Zener Barriers](https://www.sensorland.com/HowPage120.html)
* [Minimum Ignition Current (Ratio)](https://expeltec.com/2014/03/05/minimum-ignition-current-ratio/)
* [安全柵分類知道多少](http://www.cqloway.com/news/77.html)
* [Intrinsic Safety, Barriers and Isolators](https://iceweb.eit.edu.au/equipment/intrinsic_safety_barriers_and_isolators.html)
* [隔離式安全柵](https://baike.baidu.com/item/%E9%9A%94%E7%A6%BB%E5%BC%8F%E5%AE%89%E5%85%A8%E6%A0%85)