防爆環境與危險區域的浪湧保護

爆炸性氣體環境與危險區域——電湧保護

當足夠濃度的可燃物質（如氣體、蒸氣或可燃粉塵）與空氣中的氧氣混合時，便會形成爆炸性氣體環境。此時若存在點火源（如火花、明火或熱源），便可能引發快速燃燒反應，進而導致爆炸。.

化學工業與加油站是存在爆炸性氣體環境的危險區域之常見範例。此類區域因雷擊與電壓突波可能引發火災及爆炸的高風險，而被界定為危險區域。.

必須注意的是，應採取安全防護措施以降低爆炸風險、防止雷擊造成的財產損失，並確保廠房的可用性。這包括使用本安型設備、有效的接地系統及必要的 電壓突波保護裝置.

危險區域分類

兩項ATEX指令要求製造商與雇主遵守所列規範，以提升處於潛在爆炸性氣體環境中，相關人員、設備及防護系統的健康與安全。.

可能存在爆炸性氣體的區域，會依據爆炸性氣體出現的頻率與持續時間劃分為不同區域。此分類有助於確定所需的防護等級（表1）。.

表 1 – 危險區域分類

ATEX指令適用於廣泛的產業領域，包括石油與天然氣、化工、製藥及採礦業。在可能發生爆炸性氣體環境的區域，區域分類對於風險評估、設備選型、安全措施及整體危害管理至關重要（圖1）。.

危險區域之防雷措施

危險區域的全面防雷設計應包含導雷系統、接地系統及網狀等電位接地系統。該系統須符合IEC 62305標準所規定之要求。.

LPS II類別的判定採用滾動球法針對潛在爆炸區域進行評估。然而，若避雷針系統遭受雷擊，擊中點可能產生火花。為防止引燃火花，避雷針系統應安裝於危險區域之外。.

金屬結構若達到5毫米的最小材料厚度，即可作為天然的空氣終止系統。需設置獨立的防雷系統，並保持足夠的分離距離，以消除可燃材料產生火花或爆炸的風險。.

圖1 – 裝置基本劃分為防雷區域

接地與等電位連接

所有導電部件均透過網狀等電位接地系統連接至地面，地面層間距為20米。.

互連等電位接地系統需將所有導電元件相互連接，形成共享相同電位的網絡。用於等電位接地的銅接地導體橫截面積必須至少為4平方毫米。².

接地有助於防止設備或表面積聚靜電，降低火花產生的可能性，從而避免在爆炸性環境中點燃易燃氣體、蒸氣、霧氣或粉塵。建議為每個獨立建築物或裝置部分安裝獨立的接地終端系統。.

採用耐腐蝕導體、接合方法及保護性塗層，對於維持爆炸性區域的長期完整性至關重要。.

此外，空氣終端系統或導線之間的適當分離距離必須依照IEC 62305標準要求進行規範。當分離距離難以維持時，可採用高電壓耐受性絕緣導線。.

圖2 – 互聯接地終端系統

危險區域的浪湧保護

在存在爆炸性氣體的區域，通常需要採用本質安全（IS）的電氣系統與裝置。此類系統的設計旨在將電能限制在點火閾值以下，防止可能引發點火的火花或熱效應。.

本安系統透過將電氣設備成為點火源的風險降至最低，為整體安全作出貢獻。本安屏障在控制系統與危險區域之間形成保護屏障，防止過量能量傳遞至潛在爆炸性氣體環境。.

然而，防爆隔離器並非電湧保護器。防爆隔離器專為限制危險區域的能量而設計，以防止點火；而電湧保護器則旨在保護非危險區域的電子設備免受瞬態電壓尖峰的影響。.

因此，仍應採用突波保護措施，以防範瞬態過電壓對隔離電路造成的損害。.

本安型測量電路的安裝

本質安全型電氣系統的工作原理，在於確保在潛在爆炸性氣體環境中，電能與熱能的水平始終維持在點火閾值以下。.

本質安全系統整合了專為降低能量水平而設計的元件，例如感測器、傳輸器及開關。電氣隔離常被用於分離電路，防止過量電流流動。.

這些系統經監管機構依據ATEX或《國家電氣規範》(NEC)等標準認證，通常安裝於存在爆炸性氣體環境風險的危險區域。.

安裝本質安全型測量電路的典型方式，包含以下組合：相關電氣設備、本質安全型電纜佈線、溫度傳送器（與感測元件電氣隔離）以及相應所需的浪湧保護裝置（SPD）。.

隔離器位於控制室的儀表與控制櫃內，而安裝在可燃液體儲罐上的溫度傳感器，其感測元件直接置於Ex Zone 0區域。.

位於危險區域1的發射器透過其金屬外殼，與金屬儲罐牢固且永久地連接。兩者間的連接由屏蔽式本質安全電纜建立。測量站與儲罐均屬於網狀接地系統的一部分。.

本安型測量電路的電湧保護

圖3 – 本質安全量測迴路中的電壓突波保護裝置

為防範控制室與危險區域的雷擊風險，安裝時需在本質安全電路中配置兩組電湧保護裝置（SPD）。其中一組SPD用於保護控制室內的隔離器，另一組則負責防護儲罐傳感器。.

該儲罐浪湧保護器不僅能防止危險火花放電至感測器導體，同時提供防爆保護。透過將訊號線、閒置線及開放式纜線屏蔽層接入電路，浪湧保護器可避免正常運作期間產生補償電流。當發生危險性浪湧時，開放式纜線端點將經由浪湧保護器連接至等電位接地，從而防止火花產生。.

FRD電湧保護裝置能有效防護昂貴的測量設備免受大氣放電所產生之電湧電壓影響，為兩極或四極測量與控制應用提供最佳防護。.

數據用突波保護裝置（SPD）、MCR系統、本安型量測電路、現場裝置、流量感測器、溫度感測器

本質安全電纜的屏蔽處理

電纜中的屏蔽層常被用於防止電磁干擾（EMI）或射頻干擾（RFI）的侵入或逸出。屏蔽層能最大限度地降低外部電磁干擾對電纜內傳輸訊號的影響。這在危險區域使用的敏感電路中尤為重要。.

圖4 – 本質安全電纜的屏蔽處理

正確接地可確保屏蔽層的效能，屏蔽層作為接地電流的導通路徑，能防止雜散電流在電纜導體內循環，從而避免產生電火花或熱點。.

僅在危險區域內，且滿足以下條件時，方可將電纜兩端的屏蔽層接地：接地點之間不存在電位差，且在本質安全電纜旁並聯安裝絕緣接地導體，該導體須在任意位置與電纜屏蔽層連接，並再次進行絕緣處理。.

此外，永久且持續連接的鋼筋可作為等電位連接導體，兩端均需連接至等電位連接排。.