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计算依据 GB/T 3836.18—2024
《爆炸性环境 第18部分：本质安全电气系统》
海客登州
一、这个工具解决什么问题
现场把一台本质安全型仪表接到安全栅上，要回答一个问题：这样接，在爆炸性环境里安全不安全。
回答它靠的不是重新做点燃试验，而是把两侧防爆合格证上已经认证过的电气参数拿来比对，再把连接电缆的分布电容和分布电感算进去。这套比对规则写在 GB/T 3836.18—2024 第 12 章里，本工具做的就是这件事。
工具不重做点燃评定。合格证上的 Uo、Io、Po、Co、Lo 是发证机构按 GB/T 3836.4 评定的结果，工具只负责把它们按标准规则正确地组合起来。
工具能给出三样东西 一、六项判定的逐条结果，每条标注标准条款号； 二、当前配置下的结论：合格、不合格、或未完成； 三、三个气体组别下各自的最大允许电缆长度。 |
二、先确认适用范围
这一节比操作步骤更重要。超出范围时工具给出的数字没有意义。
项目 | 适用 | 不适用 |
电源数量 | 单个电源 | 两个及以上电源（12.5） |
回路数量 | 单个本质安全回路 | 多回路组合 |
电缆类型 | A 型、B 型 | C 型（需按 12.8 评定故障） |
装置来源 | 已按 GB/T 3836.4 认证 | 未经单独评价的装置 |
参数来源 | 防爆合格证或产品说明书 | 估算值、样本推测值 |
多电源系统的评定，标准明确要求由具备非线性本安电源设计与安全性能力的人员进行，并且不能仅凭开路电压和短路电流判断。这不是工具能自动化的内容。 C 型电缆需考虑导体之间 2 处以下短路以及同时 4 处以下开路，须回到 GB/T 3836.4 做火花与热点燃评定，同样超出查表比对的能力。 |
三、参数从哪里来
三组输入分别有固定的出处，不要凭印象填。
3.1 现场仪表侧
取自仪表的防爆合格证或铭牌，是这台仪表允许承受的输入上限：
符号 | 名称 | 单位 | 说明 |
Ui | 最高输入电压 | V | 允许施加的最高电压 |
Ii | 最大输入电流 | mA | 允许流入的最大电流 |
Pi | 最大输入功率 | mW | 允许输入的最大功率 |
Ci | 最大内部电容 | µF | 仪表自身等效电容 |
Li | 最大内部电感 | mH | 仪表自身等效电感 |
3.2 安全栅侧
取自安全栅的防爆合格证，是这台栅可能输出的上限。注意必须使用单通道数据，多通道栅的铭牌有时给的是整机参数。
符号 | 名称 | 单位 | 说明 |
Uo | 最高开路电压 | V | 故障条件下可能出现的最高电压 |
Io | 最大短路电流 | mA | 故障条件下可能出现的最大电流 |
Po | 最大稳态功率 | mW | 故障条件下的最大输出功率 |
Co | 最大允许外部电容 | µF | 按气体组别分列，通常给三组 |
Lo | 最大允许外部电感 | mH | 按气体组别分列，通常给三组 |
Lo/Ro | 允许电感电阻比 | mH/Ω | 按气体组别分列，通常给三组 |
为什么 Co、Lo、Lo/Ro 要填三组 同一台安全栅，在不同气体组别下允许接的外部电容电感是不同的。ⅡC 类最严，ⅡA 类最宽松，两者常相差一个数量级。 合格证通常把 ⅡC、ⅡB、ⅡA 三组数值一并列出。全部填入后，工具才能一次算出三个组别各自的最大电缆长度。 只填当前用到的一组也可以计算，但另外两组会显示为未填。 |
3.3 电缆侧
取自电缆样本或出厂检验报告。分布参数按每公里给出。
输入项 | 单位 | 说明 |
长度 | m | 安全栅到现场仪表的单向敷设长度 |
分布电感 | mH/km | 电缆样本给出的单位长度电感 |
分布电容 | µF/km | 电缆样本给出的单位长度电容 |
导体电阻 | Ω/km | 按单根导体填写，不是回路电阻 |
导体电阻务必按单根填写。电缆样本给的通常是「Ω/km/wire」，即单根导体的每公里电阻。工具内部会按双线往返自动乘以 2 得到回路电阻 Rc，你不需要自己乘。 如果自己先乘了 2 再填，Rc 会翻倍，Lc/Rc 判据随之被低估一半，可能把本该不通过的配置判为通过。 |
厂家没给电缆参数怎么办 GB/T 3836.18—2024 第 9.3 条 c) 允许：对普通结构电缆（带或不带屏蔽）的两根或三根线芯，可取 200 pF/m 和 1 µH/m。 换算到本工具的单位就是：分布电容 0.2 µF/km，分布电感 1 mH/km。 另外，对最大短路电流 Io 不超过 3 A 的电路，Lc/Rc 可取 30 µH/Ω。 |
四、操作步骤
4.1 选择气体组别与保护等级
气体组别按现场介质确定，它决定使用安全栅的哪一组 Co、Lo、Lo/Ro。保护等级从设备铭牌的防爆标志中读取，例如标志为 Ex ia ⅡC T4 Ga 的，等级就是 ia。
关于 ic 等级下的输出参数加倍 选择 ic 等级时会出现一个开关：按 12.7.3 将输出参数乘以 2。 这条规定的含义是：在要求 ic 保护等级的系统中使用 ia 或 ib 等级的装置，可以把 Co、Lo、Lo/Ro 乘以 2，使安全系数由 1.5 保守地变为 1.0。 打开这个开关后，系统的保护等级即为 ic，不再是 ia 或 ib。工具会在结果区注明这一点。 |
4.2 依次填写三组参数
三个折叠面板分别对应现场仪表、安全栅、连接电缆。填入安全栅的 Uo、仪表的 Ui 和电缆长度三项之后，结果区就会出现并随输入实时更新。
Ci 与 Li 两项，留空和填 0 的含义不同，结论也可能不同。 留空表示装置的参数声明中不包含该项，按 12.7.2 视为零，工具会在结果中加注说明。 填 0 表示确实为零，该数值会参与 12.7.4 的 1% 判据计算。 合格证上确实没有列出该参数时，选择留空。 |
电缆面板填完后，下方会显示四个派生量：Lc、Cc、Rc、Lc/Rc。这四个数是后续判定直接使用的值，可以先核对一遍。
4.3 读结果
结果区分三块：判定表、最大允许电缆长度、电源输出特性推断。
五、六项判定分别是什么
判定式 | 依据 | 含义 |
Uo ≤ Ui | 12.4 | 栅的最高开路电压不超过仪表能承受的最高输入电压 |
Io ≤ Ii | 12.4 | 栅的最大短路电流不超过仪表能承受的最大输入电流 |
Po ≤ Pi | 12.4 | 栅的最大稳态功率不超过仪表能承受的最大输入功率 |
Co ≥ ΣCi + Cc | 12.7.1 | 仪表内部电容与电缆分布电容之和不超过栅的允许外部电容 |
Lo ≥ ΣLi + Lc | 12.7.1 | 仪表内部电感与电缆分布电感之和不超过栅的允许外部电感 |
Lo/Ro ≥ Lc/Rc | 12.7.5 | 电缆的电感电阻比不超过栅的允许值，有前置条件 |
前三条是实体参数比较，判断能量层面能否匹配。后三条处理电容与电感这类储能元件，因为它们在断开瞬间释放的能量同样可能点燃。
5.1 L/R 判据的前置条件
第六条不是无条件适用的。按 12.7.5 的规定，只有当所有装置 Ci 之和小于或等于 Co 的 1% 时，才可以使用 L/R 参数。
实际工程中仪表的 Ci 往往达到 Co 的百分之几到百分之几十，远超 1%，此时这一条显示为「不适用」，工具不给出通过或不通过的结论。
看到「不适用」不必担心，这不是错误。它表示按标准这条判据在当前条件下不能使用，电缆的电感由上一条 Lo ≥ ΣLi + Lc 来约束，结论并不会因此缺失。 手工计算表容易在这里出错：不检查前置条件就直接算出一个比值并标记通过。工具把这一步显式地挑了出来。 |
5.2 四种状态
状态 | 含义 | 是否影响总结论 |
通过 | 该项满足标准要求 | 是 |
不通过 | 该项不满足，配置不可用 | 是，总结论为不合格 |
不适用 | 前置条件不满足，该判据不能使用 | 否 |
未校核 | 缺少必要输入，无法判断 | 是，总结论为未完成 |
总结论的规则：任何一项不通过即为不合格；没有不通过但存在未校核项时为未完成；全部通过且无未校核项才是合格。
结果区下方还有一个「未校核 N 项」的入口，点开可以看到工具明确没有做的检查以及原因。这些内容不会被隐藏或用默认值填充。
六、最大允许电缆长度
这是工具比手工计算表多出来的一项。现场真正想知道的往往不是「这么接行不行」，而是「最长能拉多少米」。
工具按三个气体组别分别反算，并标出是受电容还是受电感限制。当前长度超限时会高亮并显示超出多少米。
为什么 L/R 判据不限制长度 Lc 与 Rc 都正比于电缆长度，两者相除时长度被约掉。也就是说 Lc/Rc 只取决于电缆型号本身，与拉多长无关。 因此 L/R 是「这个电缆型号能不能用」的准入判据，而不是长度约束。最大长度只受电容和电感两条限制。 |
绝大多数情况下限制来自电容。因为电缆分布电容的累积速度远快于电感，而 ⅡC 类的 Co 往往只有零点几微法。
七、算例
以下两个算例只差一个参数，结论却完全不同，值得对照着看。
7.1 共同条件
安全栅 | 数值 | 现场仪表 | 数值 | 电缆 | 数值 |
Uo | 28 V | Ui | 30 V | 长度 | 600 m |
Io | 93 mA | Ii | 100 mA | 分布电感 | 0.8 mH/km |
Po | 651 mW | Pi | 750 mW | 分布电容 | 0.12 µF/km |
Co（ⅡC） | 0.083 µF | Ci | 0.008 µF | 导体电阻 | 20 Ω/km |
Lo（ⅡC） | 4.2 mH | Li | 见下 | ||
Lo/Ro（ⅡC） | 0.054 mH/Ω |
电缆派生量：Lc = 0.8 × 0.6 = 0.48 mH；Cc = 0.12 × 0.6 = 0.072 µF；Rc = 2 × 20 × 0.6 = 24 Ω；Lc/Rc = 0.8 ÷ (2 × 20) = 0.02 mH/Ω。
7.2 算例一：Li = 0
判定式 | 左值 | 符号 | 右值 | 结果 |
Uo ≤ Ui | 28 | ≤ | 30 | 通过 |
Io ≤ Ii | 93 | ≤ | 100 | 通过 |
Po ≤ Pi | 651 | ≤ | 750 | 通过 |
Co ≥ ΣCi + Cc | 0.083 | ≥ | 0.080 | 通过 |
Lo ≥ ΣLi + Lc | 4.2 | ≥ | 0.48 | 通过 |
Lo/Ro ≥ Lc/Rc | 0.054 | ≥ | 0.02 | 不适用 |
总结论：合格。 最大允许长度 ⅡC 625 m、ⅡB 5350 m、ⅡA 20766 m，均受电容限制。当前 600 m，余量仅 25 m。
第六项显示不适用，因为 ΣCi 为 Co 的 9.64%，超过 1%。
7.3 算例二：Li = 0.1 mH
其余条件完全不变，只把仪表内部电感从 0 改为 0.1 mH。
判定式 | 左值 | 符号 | 右值 | 结果 |
Uo ≤ Ui | 28 | ≤ | 30 | 通过 |
Io ≤ Ii | 93 | ≤ | 100 | 通过 |
Po ≤ Pi | 651 | ≤ | 750 | 通过 |
Co ≥ ΣCi + Cc | 0.0415 | ≥ | 0.080 | 不通过 |
Lo ≥ ΣLi + Lc | 2.1 | ≥ | 0.58 | 通过 |
Lo/Ro ≥ Lc/Rc | 0.054 | ≥ | 0.02 | 不适用 |
总结论：不合格。 最大允许长度 ⅡC 骤降至 279 m。
注意 Co 从 0.083 变成了 0.0415，Lo 从 4.2 变成了 2.1，都恰好是一半。 这是 12.7.4 的集总电容和电感组合效应在起作用：当所有装置 Ci 之和超过 Co 的 1%，并且所有装置 Li 之和也超过 Lo 的 1% 时，两者各减少一半。 算例一中 Li = 0，占 Lo 的 0%，不满足第二个条件，因此不触发；算例二中 Li = 0.1 mH，占 Lo 的 2.38%，两个条件同时成立，触发减半。 仅仅一个 0.1 mH 的内部电感，就使最大可用电缆长度从 625 m 降到 279 m。这是手工计算最容易漏掉的一条。 |
12.7.4 的两个细节 一、触发条件是「且」不是「或」。两个 1% 条件必须同时成立。 二、该条只针对装置内部的集总电容电感，电缆的分布参数不参与触发判断。减半之后，Co 还要进一步限制到最大 1 µF（Ⅰ类、ⅡA类、ⅡB类和Ⅲ类）或 600 nF（ⅡC类）。 |
八、容易出错的六个地方
序号 | 易错点 | 正确做法 |
1 | 导体电阻填成回路电阻 | 按单根导体填，工具自动乘 2 |
2 | Ci、Li 留空与填 0 混用 | 合格证未列出时留空，确为零时填 0 |
3 | 只填一组 Co、Lo | 三组都填，才能算出三个组别的可用长度 |
4 | 多通道栅用整机参数 | 必须使用单通道数据 |
5 | 忽略 12.7.4 的减半 | 工具自动判断，注意 Co、Lo 是否已被折半 |
6 | 把「不适用」当成错误 | 这是前置条件不满足，结论并不缺失 |
九、工具明确没有做的事
以下内容工具不做，也不会用默认值悄悄填补。结果区的「未校核」入口会列出当次适用的项目。
未做的事 | 原因 |
12.7.1 末句关于忽略 Lc 的豁免 | 按保守侧处理，始终校核 ΣLi + Lc ≤ Lo，结果偏严而非偏松 |
多电源系统评定 | 标准要求由具备相应能力的人员进行，超出自动化范围 |
C 型电缆故障评定 | 需回到 GB/T 3836.4 做火花与热点燃评定 |
附录 G 的电感参数解析计算 | 当前版本未接入，ΣLi 超 1% 时仅按 Lo 总量判据 |
温度组别评定 | 温度组别由装置确定，不由系统确定 |
点燃评定 | 合格证参数已由发证机构评定，工具不重做 |
工具给出的是标准规则的正确执行结果，不是设计签字。 正式的本质安全系统描述文件应按 GB/T 3836.18—2024 第 4 章编制，包含系统框图、保护等级与设备保护级别说明、互连线路允许参数、接地和等电位联结点、以及唯一文件标识。 |
海客登州 石油化工仪表与过程工程计算工具