安全栅及隔离器浅谈

一  安全栅和隔离器的定义

01 安全栅

安全栅是防爆环境安装在安全区，用来接收危险区信号并限制回路电能量从而实现本质安全防爆功能的关联设备。

安全栅按照结构形式分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅。

 齐纳式安全栅

齐纳式安全栅的电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制，从而保证输出到危险区的能量及输入到安全区的能量不会引起火花而引发气体，粉尘的爆炸，保证人员和现场的安全性。          

齐纳式安全栅的安装要求及特点如下：

（1）安装位置必须有非常可靠的接地系统，并安全栅本身必须接地，且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω，否则便失去防爆安全保护性能。

（2）要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相接后信号无法正确传送；并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。

（3）齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动而造成齐纳式安全栅的损坏。

（4）由于齐纳式安全栅的电路原理需要吸收输入回路的能量，所以易造成输出不稳定。

齐纳式安全栅虽然便宜，但安装要求相对较高，并不是最优解。

隔离式安全栅

隔离式安全栅采用了将输入、输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路结构，同时符合本安型限制能量的要求。  

   隔离式安全栅的特点如下：

（1）由于采用了三方隔离方式，因此无须系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。

（2）对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无需采用隔离式的仪表。

（3）由于信号线路无须共地，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个系统的可靠性。

（4）隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理热电阻、开关量等信号，这是齐纳式安全栅所无法做到的。

（5）隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，并保证两台设备信号不互相干扰，同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能。

因此，隔离式安全栅虽然价格高于齐纳式安全栅，但有着突出的优点和更为广泛的用途；所以在日常使用中建议直接选用隔离式安全栅。

02 信号隔离器

信号隔离器的作用是将输入信号隔离、滤波、放大、转换和分配后输出给其他仪表或系统，以提高信号抗电磁干扰能力。

信号隔离器主要用于消除操作过程中的各种干扰，大大降低了现场的电磁干扰情况，这对于保证电子设备的稳定运行和防止误动作非常重要。

信号隔离器的主要优点包括提供电气隔离以防止接地回路，降低电压尖峰或瞬变造成的损坏风险，保持信号完整性，确保准确的测量，消除电磁干扰(EMI)，提高工业应用中的安全性等。 

通过以上我们可以得出，齐纳式安全栅安装条件相对苛刻，且容易受到外部干扰，也易损坏，从长期使用及维护的性价比来看，隔离式安全栅更适合现场使用。安全栅用在具有粉尘，爆炸性气体的场合，主要用来消除环境危险，保护人身财产安全，在有防爆要求的场合需要采用安全栅，比如化工，燃气，煤矿等行业。一般场合，消除干扰，放大信号，有信号转换要求，可以使用信号隔离器来完成。隔离器和安全栅的主要区别就是安全栅具有限能的作用。

二  安全栅和隔离器的常见类型（这里以浙大中控的隔离栅为例）

01  开关量输入型

开关量隔离器一般使用较少，可以做个了解。可以看到这是有源型的隔离器，6和8脚为DC24V电源供电端，5和7脚是常开点输出端，1和2脚是现场继电器及接近开关等开关量触点输入端。当现场端常开型继电器或者接近开关触点闭合时，安全栅输出端5和7脚触点同步闭合。

02 电流输入型

主要用于变送器的电流信号采集。可以看到这是有源型的隔离器，6和8脚为DC24V电源供电端，5和7脚是模拟量信号输出端，1和2脚是现场变送器输入端；这里1脚和2脚，是带电源的，可以为无源信号供电；2脚和4脚是有源信号接入点；3脚和4脚是四线制变送器接入点，具有三种电流信号接入类型，只能接入一种类型使用。当现场端接入电流输出型变送器，安全栅输出端5和7脚同步输出电流信号。主要用来采集现场压力，流量，液位，温度，水质等变送器信号。

03 电流输出型

主要用于DCS或者PLC输出AO信号。可以看到这是有源型的隔离器，6和8脚为DC24V电源供电端，5和7脚是模拟量信号输入端，1和2脚是对于现场端的输出端。当DCS或者PLC输出电流量信号，安全栅输出端1和2脚同步输出电流信号。主要用于现场调节阀，变频器频率给定等情况。

04 热电偶采集型

热电偶采集在常规行业一般使用较少，可以测量-200℃到1600℃的范围。可以看到这是有源型的隔离器，6和8脚为DC24V电源供电端，5和7脚是模拟量信号输出端，3和4脚是现场热电偶信号输入端。当3和4脚接入现场热电偶信号，安全栅输出端5和7脚同步输出电流信号；这里不仅是采集现场信号，而且进行了转换，将现场热电偶毫伏电压信号转换成标准的4-20mA输出。专门用于采集热电偶信号。

05 热电阻采集型

热电阻是比较常规的温度采集，测量范围要小于热电偶，通常分为铂热电阻（-200°C到+850°C之间），铜热电阻（-50°C到+150°C之间），镍（Ni）热电阻（-200°C到+300°C之间）。可以看到这是有源型的隔离器，6和8脚为DC24V电源供电端，5和7脚是模拟量信号输出端，1、2和3脚是现场热电阻信号输入端。当1、2和3脚接入现场热电阻信号，安全栅输出端5和7脚同步输出电流信号；这里不仅是采集现场信号，而且进行了转换，将现场热电阻信号转换成标准的4-20mA输出。专门用于采集热电阻信号。

以上是有源隔离器的使用，同时隔离器还分为无源隔离器，具体如下：

（1）现场变送器采集型 

可以看到这是无源型的隔离器，不需要单独供电，无源型过滤器严格来说是使用控制室端的电源，并非不供电，只是不单独接电源，能量消耗较少；5和6脚是常开点输出端，可以明显的看到，5脚是电源，6脚是信号输出，1和2脚是现场端变送器输入端。当现场端接入变送器时，安全栅输出端5和6脚同时输出电流信号。

这里仅以模拟量采集为例作为说明，无源型只是不单独供电，其它模拟量输出，热电偶，热电阻采集都和有源型类似；根据不同厂家的产品来具体选型和使用；应注意现场端和控制室端，是否有源或者无源，信号的正负极别接反。 

三 本安安全栅的选型

01 本安参数含义

安全栅参数：

◆ 最高电压(交流有效值或直流Um)：施加到关联设备非本质安全连接装置上，而不会使本质安全性能失效的最高电压。

◆ 最高输出电压(Uo)：在开路条件下，在设备连接装置施加电达到最高电压(包括Um和Ui)时，可能出现的本质安全电路的最高输出电压(交流峰值或直流)。

◆ 最大输出电流(lo)：来自电气设备连接装置的本质安全电路的最大电流(交流峰值或直流)。

◆ 最大输出功率(Po)：能从电气设备获得的本质安全电路最大功率。

◆  最大外部电容(Co)：可以连接到电气设备连接装置上，而不会使本质安全性能失效的本质安全电路的最大电容。

◆  最大外部电感Q((Lo)：可以连接到电气设备连接装置上，而不会使本质安全性能失效的本质安全电路的最大电感。

本安设备参数

◆  最高输入电压(Ui)：施加到本质安全电路连接装置上，而不会使本质安全性能失效的最高电压（交流峰值或直流）。

◆  最大输入电流(Ii)：施加到本质安全电路连接装置上，而不会使本质安全性能失效的最高电流（交流峰值或直流）。

◆  最大输入功率(Pi)：当电气设备与外电源连接不使本质安全性能失效时，可能在电气设备内部消耗的本质安全电路的最大输入功率。

◆  最大内部等效电容(Ci)：通过电气设备连接装置出现的电气设备总等效内电容。

◆  最大内部等效电感(Li)：通过电气设备连接装置出现的电气设备总等效内电感。

 连接电缆存在分布电容和分布电感，使连接电缆成为储能元件，本安性能基本参数包括：

◆ 电缆最大允许分布电容(Cc)：指连接本安设备（Ex i）与关联设备（如安全栅）的电缆所允许的最大分布电容值（单位：μF 或 nF）。该值是电缆自身导体间、导体对屏蔽层或地之间因绝缘介质和几何结构形成的 寄生电容总和。

◆ 电缆最大允许分布电感(Lc)：指电缆所允许的最大分布电感值（单位：mH 或 μH）。该值由电缆导体的自感和导体间的互感共同决定，与电缆长度、绞合方式、屏蔽层结构等因素相关。

02 本安设备匹配要求

买本安仪表时注意参数必须和安全栅进行对比，保证安全栅的参数和本安仪表的参数符合以上规则，否则不能起到很好的保护作用，导致后期使用出现安全隐患，不能验收。 

03 本安仪表及安全栅符号

这是安全栅的防爆等级符号。

这是本安设备的防爆型号。

Ex是防爆标志；ia是本安类型；Ga表示设备的设备保护等级（EPL，Equipment Protection Level）为Ga级。

EPL（Equipment Protection Level，设备保护级别） 是国际防爆标准（如 IEC 60079、ATEX 2014/34/EU）中用于标识设备固有防爆安全等级的重要指标。它独立于防爆型式（如 Ex d、Ex i、Ex e），直接反映设备在爆炸性环境中成为点燃源的可能性大小。具体如下： 

本安电气设备及安全栅，按其使用场所或相关场所的安全程度可分为ia和ib两个安全等级，ia级是指在正常工作、一个计数故障和两个计数故障情况下均不能点燃爆炸性气体混合物。ia级的本安电气设备可用在0区、1区、2区危险场所。

ib级是指在正常工作和一个计数故障情况下不能点燃爆炸性气体混合物。ib级的本安电气设备可用在1区、2区危险场所。安全等级ia高于ib。

气体组别按照气体点燃特性从难到易划分为II A、II B、II C级别，所以本安电气设备及安全栅防爆标志中的气体级别 IIC高于IIB，IIB高于IIA。 

实际上T6高于T4，越低的环境温度反而容易爆炸，说明是需要更低的温度才能维持安全状态。 

以上是安全栅和隔离器相关内容。

作者：

网名禅主，80后，2015年开始从事环保行业自控及电气系统设计，调试工作，已有10年时间；先后从事过污泥处理，工业废水处理，污水处理，市政泵站，调蓄池相关工作。

2025年10月