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本质安全

此条目页的主题是电子设备在爆炸性气体环境下运作的技术。关于设备及机器的本质安全，请见“本质安全设计”。

本质安全（Intrinsic safety）是一种使电子设备在爆炸性气体环境及不正常操作条件下可以安全运作的保护技术，设计方式是避免设备释放足以引燃易燃物的能量[1]。本质安全概念的发展是为了在危险区域下，（例如北海的天然气平台）程序控制仪表的安全运作。

降低爆炸风险可以由三个方式来进行：限制爆炸范围、隔离及预防，本质安全是预防方面相当有效的方式[2]。本质安全是固有安全在仪器上的应用。以往认为像马达或照明等高功率电路不适用本质安全的保护方式，不过配合动态电弧识别终端（德语：Dynamic Arc Recognition and Termination）（简称DART）的技术，高功率电路也可以适用本质安全的保护方式[3]。

运作原理

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本质安全的理论基础是确保系统中的电能及热能均低到不会使爆炸性气体燃烧，因此在危险区域下只允许流过低电压及小电流，而且对于能量储存有严格的限制。

最常用的保护方式是利用多个电阻串联来限制流过的电流（假设电阻失效时会开路），或是用多个齐纳二极体接到地点来限制电压（假设二极体失效时会短路）。有时也会有时也会用电隔离的屏障方式。本质安全屏障的认证法规要求在这些限制元件若损坏在一定程度以下，仍能维持其认证的电压及电流。

例如一个在危险区域使用的量测设备需设计在小电压及小电流下运作，而且不能有大电容或电感，以免放电时会产生火花。设备需依认证的接线方式接到位在非危险区域，有安全屏障的控制盘内，安全屏障的目的是在确认不论量测电路和外部电源设备之间有任何意外的短路，流入危险区域的电压及电流仍需维持在认证要求的电压及电流范围内。

一般设备在正常使用时，可以会因为开关、马达电刷、连接器或其他元件内部产生微小的火花。这些火花会引燃周遭的可燃气体，本质安全设备的设计原理是不包含任何会产生火花的元件，若有储能元件，其储能也不能大到足以产生火花。例如若在进行可燃物品的海上运输作业（英语：marine transfer operations）时，当物品在海运码头，油轮或驳船之间运输时，需利用双向无线电（英语：two way radio）联络，若在一些意外事件（如可燃物品泼洒）时需停止运输。而美国海岸警卫队即要求双向无线电需通过本质安全的认证。

另一个有关本质安全的概念是控制零件异常时的温度。在一些特定的故障下（例如半导体内部短路），其温度会较正常使用的温度高出许多。此时需使用像类似限流电阻或保险丝之类的保护元件，确保在任何情形下，元件温度都不会达到使可燃气体自燃的程度。

除了适当设计的电池供电设备外，其他的现场设备或接线都不能只靠本身就可达到本质安全，需要配合适当设计的本质安全系统才会确保其本质安全。这类的系统一般都有详细的说明书，以确保其安全使用及维护。

认证

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许多机构都提出了本质安全的标准，也会评估制造商的产品是否符合标准。这些机构可以是政府的部门，也可以由保险公司、制造商、产业中对安全标准有兴趣的业者所组成。若产品通过认证，制造商可在产品上增加一标签或是图示，以识别产品已通过对应的产品安全标准。这类机构包括美国的FM全球（英语：FM Global）及加拿大的加拿大标准协会（CSA）[4]，在欧洲则有位在德国的ZELM及在荷兰的KEMA[1] 。为了促进世界贸易，国际的各标准组织已开始进行整合工作，目标是在某一国家通过认证的本质安全产品，在不重新进行测试的条件下，可以通卨其他国家的本质安全认证。

相关条目

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参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 本质安全. FLUKE. [9 Oct 2012]. （原始内容存档于2012-09-14）. 
  2. ^ Methods of Protection in Hazardous (Explosion Risk) Locations. Automation.com. [8 Oct 2012]. 
  3. ^ 動態電弧識別終端DART技術正在成為事實. cechina. [8 Oct 2012]. （原始内容存档于2019-09-19）. 
  4. ^ Intrinsic Safety Approvals for Radio Communications Equipment. Intrinsic Safety (IS) Approvals. American Communication Systems, Inc. [25 Sep 2012]. （原始内容存档于2019-12-07）. 

延伸阅读

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  • Redding, R.J., Intrinsic Safety: Safe Use of Electronics in Hazardous Locations. McGraw-Hill European technical and industrial programme. 1971. ISBN 978-0-07-094224-0
  • Paul, V., '"The earthing of intrinsically safe barriers on offshore transportable equipment". IMarEST. Proceedings of IMarEST - Part A - Journal of Marine Engineering and Technology, Volume 2009, Number 14, April 2009, pp. 3–17(15)
  • Intrinsic Safety in Cellphones, Smartphones and PDA's (PDF), Airo Wireless, [2012-10-08], （原始内容 (PDF White Paper)存档于2012-09-05） .
  • AN9003 - A Users Guide to Intrinsic Safety (PDF). Cooper Crouse Hinds. [25 Sep 2012]. （原始内容存档 (PDF)于2021-03-07）. 
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