GB/T 3836.4—2021 本质安全型"i"逐章深度解读

5.1 本安原理的本质

爆炸性混合物被点燃需要同时满足三个条件：

1. 可燃物存在（气体/蒸气/粉尘 + 氧气 + 适当比例）
2. 点燃源存在（电火花、高温表面、热粒子）
3. 能量足够（超过最小点燃能量 MIE）

本安型的策略是：从源头切断条件 3 —— 将电路能量限制在 MIE 以下。无论电路如何故障（在保护等级允许范围内），产生的火花能量都不足以点燃。

5.2 本安型与其它防爆型式的根本区别

6.1 三级保护对照表

6.2 "计数故障" vs "非计数故障" 的区别

• 计数故障（countable fault）：可能独立发生的故障（如电阻开路、电容短路）。每个都单独计入故障预算。
• 非计数故障（non-countable fault）：只有在计数故障发生后才可能出现的故障（如因过流导致的 PCB 烧毁）。它作为计数故障的"后果"，额外再给一次容错机会。

6.3 如何选择 ia / ib / ic？

7.1 五大安全参数详解

7.2 关联设备的输出参数（对应）

关联设备（如齐纳安全栅）输出端的参数用下标 o 表示：

7.3 实体概念（Entity Concept）

实体概念是本安系统评估的简化方法：

• 将每个本安设备和关联设备视为一个"黑盒子"，只关注其 U_i/I_i/P_i/C_i/L_i 参数
• 不需要分析每个设备内部的详细电路
• 只需验证参数匹配关系即可判定系统安全性
• 这是最常用、最实用的系统评估方法

8.1 火花试验装置原理

火花试验装置（Spark Test Apparatus）是本安认证的核心测试设备：

• 由镉盘 + 钨丝组成（镉盘上有槽沟，钨丝在其上滑动）
• 在充满特定爆炸性气体的容器内，让受试电路通过接触点产生火花
• 观察是否引燃气体 → 判断该电路的能量是否在本安范围内
• 需在不同气体分组（IIA/IIB/IIC）下分别测试

8.2 点燃曲线（Ignition Curves）

经过大量试验得出的经验曲线，用于快速判断电路是否本安：

9.1 本安设备的温度分类

虽然本安电路本身限制了能量（因此表面温度通常不高），但仍须符合温度组别要求：

• T1~T6：与其他防爆型式相同的温度分组体系
• 对于小功率本安设备（如 < 1W 的变送器），温度通常不是瓶颈
• 但对于功率较大的本安设备（如某些本安电源），元器件表面温度仍需测定

9.2 元器件温度与安装注意事项

• 功率元器件（稳压管、调整管）应有足够的散热面积
• 如果安装在隔爆外壳内，外壳表面温度也需考虑
• 安装时应保证周围空气流通（不要堵塞散热通道）

10.1 本安电路与非本安电路的隔离

如果同一设备中既有本安回路又有非本安回路（如关联设备），两者之间必须有可靠的隔离：

• 电气隔离：间距满足爬电距离/电气间隙要求（加强绝缘）
• 实体隔离：接线条或接地屏蔽板将两种回路物理分开
• 标识隔离：本安端子用蓝色标记（全球惯例）

10.2 接线端子要求

• 本安端子与非本安端子之间至少 50 mm 间距（或可靠隔离板）
• 本安端子颜色：淡蓝色（便于识别）
• 端子排列应防止误接（本安线接到非本安端子上是最危险的错误之一）

10.3 爬电距离和电气间隙

本安设备内部的爬电距离/电气间隙按工作电压和污染等级确定（参考 GB/T 3836.1 第 6 章），但由于本安电压通常较低（≤ 60V DC），实际要求的距离不大。

11.1 本安系统的安装要点

11.2 电缆分布参数的影响

电缆越长，其分布电容 C 和分布电感 L 越大。这直接影响系统匹配：

• 典型本安电缆参数：C' ≈ 80~200 pF/m，L' ≈ 0.8~2 μH/m
• 一条 500m 的电缆可能贡献 C = 0.05~0.1 μF，L = 0.4~1 mH
• 这些数值必须计入 C_o / L_o 的余量中

12.1 什么是系统描述？

本安系统描述文件（System Description）是证明整个本安系统安全性的技术文件，包含：

1. 所有组成设备的清单及证书编号
2. 每台设备的 U_i/I_i/P_i/C_i/L_i 参数
3. 关联设备的 U_o/I_o/P_o/C_o/L_o 参数
4. 电缆型号、长度、分布参数
5. 参数匹配计算书（证明所有匹配条件满足）
6. 系统接线图（标注清楚哪些是本安回路）

12.2 典型本安系统架构

12.3 简单设备（Simple Apparatus）

以下元件被视为"简单设备"不需要单独本安认证：

• 无源元件（开关、简单接点、热电偶、热电阻 RTD）
• 储能 < 20 μJ、电压 < 1.5V、电流 < 100mA、功率 < 25mW 的小元件
• 但在系统评估时仍需考虑其参数（如热电偶的电阻值）

13.1 设计总流程

1. 定保护等级：ia（两故障）还是 ib（一故障），对应 Zone 0/1 与设备类别；
2. 列本安参数：设备的 U_i / I_i / P_i / C_i / L_i，关联设备的 U_o / I_o / P_o / C_o / L_o；
3. 做系统匹配：现场设备参数 ≥ 关联设备输出参数 + 电缆参数（13.3）；
4. 定电气间隙 / 爬电距离：按峰值电压查 3836.4 表（13.4）；
5. 定印制板间距与简单设备：PCB 导体间距、电阻 / 二极管等简单元件判定（13.5）；
6. 故障评定：按 ia / ib 插入规定数量故障，确认不点燃（13.6）。

13.2 本安参数体系

本安用一组参数描述电路的"能量边界"，分设备侧与关联设备输出侧两套：

13.3 本安系统参数匹配规则

现场设备、关联设备（安全栅 / 隔离器）、连接电缆三者必须整体匹配，任一参数越界都破坏防爆：

• 电压：U_i ≥ U_o（设备耐压不低于栅输出）；
• 电流：I_i ≥ I_o；
• 功率：P_i ≥ P_o；
• 电容：C_i ≥ C_o + C_电缆（设备内部电容 ≥ 栅输出允许电容 + 电缆分布电容）；
• 电感：L_i ≥ L_o + L_电缆（同理含电缆分布电感）；
• 故障计数：ia 计两故障、ib 计一故障——同一故障点重复出现只计一次。

13.4 电气间隙、爬电距离与介电强度

本安电路的电气间隙 / 爬电距离按 GB/T 3836.4 表5（依峰值电压、污染等级、材料组别、是否浇封/涂层/固体绝缘）确定。本安电路内部间距可较常规放宽，但本安与非本安之间的隔离间距要求严格，是安全栅 / 端子排设计的核心。下列条款值为可直接引用、OCR 已核对的原文值：

• 端子隔离（6.2.1）：本安与非本安端子裸露导电部件之间的电气间隙应 ≥ 50 mm；若用隔板隔离，金属隔板厚 ≥ 0.45 mm（须接地）、非金属绝缘隔板厚 ≥ 0.9 mm，且隔板伸入外壳壁 ≥ 1.5 mm 或四周任一方向最短距离 ≥ 50 mm。
• 峰值电压 > 1575 V 时，必须插入绝缘隔板或接地金属隔板（6.3.4 / 6.3.8）。
• 故障计数（6.3.2.1）：间距 < 表5 值但 ≥ 其 1/3 → 计为计数短路故障；< 1/3 → 非计数故障；"ic" 等级间距 < 表5 → 直接判短路。
• 涂层 / 浇封 / 固体绝缘的等效计算（6.3.7）：例如 60 V 时，等效电气间隙 = 实际电气间隙 + 3×浇封附加间距 + 6×固体绝缘附加间距，ia/ib 结果须 ≥ 表5 电气间隙值。

表5 现场查表指引（四步定位）

1. 定峰值电压——表5 的列是峰值电压，不是有效值。交流须按 √2 折算（含叠加的纹波 / 瞬态峰值），否则查出的间距系统性偏小，这是本安设计最高频的失误。
2. 定保护等级——ia、ib 取同一列，ic 单独取一列；ic 的要求明显更宽松，但 6.3.2.1 规定 ic 等级一旦间距小于表5 值即直接判短路，无故障折减空间。
3. 定间距路径——同一个电压下，表5 给出多条并列的间距路径：电气间隙（空气）、通过浇封化合物的间距、通过固体绝缘的间距、爬电距离、涂层下的爬电距离，另有 CTI 要求。按你的实际绝缘结构选对应路径，不是全部都要满足。
4. 复合结构用等效计算——若间距由空气段 + 浇封段 + 固体绝缘段串联构成，按 6.3.7 折算（60 V 时：实际电气间隙 + 3×浇封附加间距 + 6×固体绝缘附加间距），ia/ib 折算结果须 ≥ 表5 电气间隙值。

13.5 印制板导体间距与简单设备

• PCB 导体间距：本安侧印制板相邻导体、焊盘间的间距须满足 3836.4 要求，涂敷三防漆可在一定条件下减小间距（以标准规定为准）；
• 简单设备：仅含简单元件（无源电阻、二极管、单电容 / 电感且参数受限）的电路可判定为简单设备，免做火花试验——但须满足"不产生 / 不存储危险能量"的判定规则；
• 开关 / 继电器：触点分断可能产弧，须按 3836.4 评定或采取限能措施。

13.6 ia / ib 评定与故障插入

本安评定通过故障插入试验 + 火花试验装置验证：在电路中依次施加标准规定的故障（例如 ia 施加两个故障、ib 施加一个故障），确认在任何故障组合下产生的电火花都不能点燃试验气体。设计阶段要预判：哪些元件失效会导致电压 / 电流 / 能量越界，并加保护（限流电阻、稳压管、熔断等）。

13.7 七类常见不符合项（避坑清单）

A. 常用本安设备参数速查

B. 本安认证送检文件