船上采用齊納式安全柵導致故障分析報告

王美龍

摘 要：本文對某船上使用的本安防爆設備出現的故障進行測量、分析，查出故障原因，提出解決措施和設計中需要注意的地方。

關鍵詞：本安防爆；齊納式安全柵；隔離式安全柵

中圖分類號：662 文獻標識碼：A

Abstract：This paper analyzes the faults caused by zenner diode safety barrier used in ship， finds out the reasons for them and puts forward the solutions for the faults.

Key words： Intrinsic Safety explosion-proof； Zenner Diode safety barrier； Isolated safety barrier

1 概述

船用設備在危險區域的必須使用防爆產品，國內和國際上都將危險區域進行了分類，其中要求最高的0區域，既在爆炸型氣體混合物連續或者長期存在的場所，必須使用本質安全型電氣設備（本安設備），限制點火源能量。本安防爆設備必須有關聯的安全柵安裝在安全區域，安全柵主要有兩種，齊納式和隔離式。在安全柵的選用中，要綜合考慮價格和使用環境條件，全部滿足要求才能選用。曾經在某船上，因為使用齊納式安全柵，導致系統功能故障，本文就對此故障進行分析。

2 故障現象

某船上使用的貨艙進水報警系統共有十多個數據采集點，傳感器本安防爆浮子安裝開關在貨艙區域和首部，采集控制箱安裝在駕駛室，安全柵放在貨艙區域的克令吊筒體里面，屬于安全區，但距離采集控制箱距離較遠。在系泊試驗中，整個系統調試報驗所有報警點都正常工作，沒有任何問題，報驗順利通過。大約一個月后試航回來，系統有好幾個點都出現誤報警，檢查浮子沒有問題，所有線路也正常，將正常工作點的安全柵和不正常工作點的安全柵交換使用，正常的依然正常，誤報警的依然誤報警，更換浮子也不行，看似與安全柵和浮子都沒有關系，控制箱也正常工作。

3 故障測試和分析

經查看分析安全柵的電路，用萬用表測試安全柵各點工作電壓，發現原來是船體地電位導致安全柵工作不正常，當時系統配置的安全柵是齊納式安全柵，其電路如圖1所示。

船用電源為DC24V對船體絕緣的電源系統，此信號采集為開關量信號，R為限流電阻，F為熔斷絲，D1、D2為齊納二極管用于限壓，S1為危險區域液位浮子開關。測試發現，在誤報警的回路中，地電位太高，導致兩個齊納二極管D1、D2都正向導通而誤報警，正常工作的電路中D1、D2至少有一個是反向截止的。如果將安全柵的船體接地斷開，回路都可以正常工作，但失去了防爆保護功能。測試還發現，貨艙桅屋區域的船體電位有時和駕駛室差異近20 V。我們分析，在當初系泊試驗期間，各處船體電位都低，所有報警點都正常工作，但隨著船上各種條件的變化，船體各處地電位發生的變化，導致部分安全柵出現異常工作，所以此次故障屬于安全柵選型造成故障。我們將所有安全柵更換成隔離式安全柵，并按新的方式安裝調試，船體地電位不再對工作電路造成任何影響，結果所有工作正常，故障也解決了。

4 安全柵選型

安全柵分兩類，齊納式安全柵和隔離式安全柵。根據實際性能需要和兩種安全柵的優缺點，合理選用經濟可靠的安全柵。

齊納式安全柵原理簡單、電路實現容易、價格低廉、精度高、通用性強，不過其自身原理有很大缺陷，有如下四個條件和特點：

（1）安裝位置必須有非常可靠的接地系統；

（2）要求危險區域的現場儀表用隔離型；

（3）對電源的影響大，也受電源影響；

（4）其電路原理需要吸收輸入回路能量，易造成輸出不穩定。

隔離式安全柵將輸入、輸出及電源三方之間相互電氣隔離，同時符合本安型限制能量要求，克服了齊納式安全柵的四大缺陷。與齊納式安全柵相比，雖然價格稍貴，而其性能上的突出優點卻為用戶應用帶來更多收益。

由于船舶設備系統可能跨區較大，船體本身“地”的不可靠性，不能保證整個設備有可靠的接地系統， 齊納式安全的原理缺陷不適合在船舶上使用。

5 結束語

基于兩種安全柵的優缺點、船舶電源系統船體絕緣性以及船體各局部電位差異和變化的特點，有本安防爆要求的船舶電氣設備必須配用隔離式安全柵。

參考文獻

[1]爆炸性環境用防爆電氣設備，第4部分[s]. GB3836.4-2000.endprint