《工矿自动化》无线电波防爆安全功率 · 虚拟专题

来源：工矿自动化

5G，5.5G，WiFi6，WiFi7，UWB，ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此，需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值，限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。无线电波防爆安全功率阈值限定得较低，利于防爆安全；但在无线传输衰减和接收灵敏度等一定的条件下，无线覆盖半径小，需增加无线基站和分站数量，增加系统成本和维护工作量，不利于矿用移动通信系统及人员和车辆定位系统在煤矿井下应用。无线电波防爆安全功率阈值限定得较高，不利于防爆安全，会引起煤矿井下瓦斯爆炸。现行国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值是6 W，且与天线增益相关。

孙继平教授研究团队分析研究了无线电波防爆安全功率阈值，并对国家标准GB/T 3836.1—2021进行了溯源分析，提出：① 无线电波防爆安全功率阈值应为8 W，而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》规定的6 W。② 无线电波防爆安全功率阈值8 W，是无线电波防爆安全接收点火功率阈值，而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值。③ 无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W，且与天线增益无关；国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定阈功率不得大于6 W，且与天线增益相关，是错误的。④ 无线电波防爆性能检测方法——检测无线电发射器输出功率，这既可保证通过检测的防爆无线电设备的防爆安全，又简化了检测方法，更提高了防爆无线电设备的无线电波发射功率，解除了对天线增益的限制，将大大提高煤矿井下防爆无线电设备的无线传输距离。

成果《煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值研究》《无线电波防爆安全阈值研究》《矿井无线电波防爆安全发射功率研究》《无线电波发射功率防爆要求与检测方法》先后发表在《工矿自动化》2022年第12期、2023年第2期、2024年第3期和2024年第6期。

行业视野: 安全
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煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值研究

作者(Author)：梁伟锋, 孙继平, 彭铭, 潘涛, 张高敏

摘要：为防止煤矿井下无线设备发射的无线电波引起瓦斯爆炸，需限制煤矿井下无线电波的功率和能量。介绍了不同标准中规定的连续无线电波防爆安全功率阈值：(1) GB/T 3836.1-2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》参考了欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》的相关内容，省去了当爆炸性环境中不存在能作为接收天线的细长结构物体(如起重机)时，I类环境(代表性气体为甲烷)中连续无线电波防爆安全功率阈值为8 W这一条款，并不加区分地规定I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为6 W；(2)英国标准BS 6656:1991《Guide to prevention of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation》规定I类环境中连续无线电波工作频率大于30 MHz时，无论是否有起重机等细长环形结构物体，连续无线电波防爆安全功率阈值均为8 W；(3)英国标准BS 6656:2002《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》及欧洲标准CLC/TR 50 427:2004均规定没有起重机等细长环形结构物体的I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为8 W，有起重机等细长环形结构物体的I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为6 W。分析了煤矿井下环境和设备特点：煤矿井下一般没有起重机；煤矿井下为受限空间，巷道较长，但巷道断面较小；沿巷道轴向敷设的电缆、水管、铁轨、钢丝绳、架空线、胶带架等轴向导体细长，但不会形成利于无线电波接收的环形天线；巷道工字钢支护等横向导体可以形成利于无线电波接收的环形天线，但工字钢导体截面大，不满足细长结构特征；综采工作面液压支架可以形成环形结构，但液压支架千斤顶将其分为多个环形结构，支架导体截面大，不满足细长结构特征。指出了煤矿井下连续无线电波防爆安全功率阈值没有执行6 W之前，漏泄、感应、透地、多基站等矿井无线通信系统已广泛应用煤矿井下，未见有引起瓦斯和煤尘爆炸事故的案例。因此，不加区分地将煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值定为6 W，缺乏理论分析和实验验证。特别是5G,WiFi6,UWB,ZigBee等矿用移动通信系统及人员和车辆定位系统工作频率较高，因此煤矿井下连续无线电波防爆安全功率阈值应为8 W。

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工矿自动化

2022年第12期

183

82
无线电波防爆安全阈值研究

作者(Author)：孙继平, 彭铭, 潘涛, 张高敏

摘要：大功率无线电波会点燃爆炸性气体。因此，需合理设置无线电发射器发射的无线电波防爆安全功率和能量阈值，限制无线电发射器发射的无线电波功率和能量。欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》规定的无线电波防爆安全功率和能量阈值是点火功率和能量阈值。国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》直接引用欧洲标准CLC/TR 50427:2004规定的无线电波防爆安全功率和能量阈值，但错误地将连续无线电波防爆安全点火功率阈值修改为发射器的有效输出功率与天线增益的乘积，从而造成连续无线电波防爆安全发射功率阈值降低；在传输衰减和接收灵敏度一定的条件下，降低了无线传输距离，不利于矿井无线通信系统和人员定位系统的推广应用。因此，国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的连续无线电波防爆安全功率阈值应为点火功率阈值，而不是发射器的有效输出功率与天线增益的乘积。

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工矿自动化

2023年第02期

157

66
矿井无线电波防爆安全发射功率研究

作者(Author)：孙继平, 彭铭

摘要：5G，5.5G，WiFi6，WiFi7，UWB，ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此，需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值，限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》规定了爆炸性气体环境中无线电波防爆安全接收点火功率阈值，但缺少无线电波防爆安全发射功率阈值的内容。国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》虽然有无线电波防爆安全发射功率阈值的相关规定，但错误地将欧洲标准CLC/TR 50427:2004中的无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线电波防爆安全发射功率阈值，大大降低了爆炸性环境中无线电设备所能允许的最大发射功率。由于煤矿井下没有能作为接收天线的起重机这类细长结构物体，且现有矿井无线通信及定位系统工作频率均远大于30 MHz，所以，无线电波防爆安全接收点火功率阈值应为8 W，而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值6 W。在发射天线发射的无线电波能量全部被等效天线吸收的最不利于无线电防爆的传输和耦合情况下，无线电设备工作频率为等效天线谐振频率时，接收点火功率达到最大，为等效天线接收的总功率的一半，即发射功率的一半。在实际工程中，无线传输效率和耦合效率均不会为1，因此，无线电波防爆安全发射功率阈值应是无线电波防爆安全接收点火功率阈值2倍以上。煤矿井下无线电波防爆安全接收点火功率阈值为8 W，因此，煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。

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工矿自动化

2024年第03期

130

7
无线电波发射功率防爆要求与检测方法

作者(Author)：孙继平, 彭铭

摘要：现行国家标准GB/T3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》规定无线电发射器的阈功率为无线电发射器的有效输出功率与天线增益的乘积。在无线电波防爆安全发射功率阈值一定的条件下，天线增益越大，无线电发射器的有效输出功率越小，这将限制通过增大天线增益，提高无线传输距离。因此，有必要对国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017中规定的阈功率的正确性进行研究，提出合理的无线电波发射功率防爆要求与检测方法。提出了无线电波防爆安全发射功率与天线增益无关，国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电发射器的阈功率是错误的。提出了煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W，且与天线增益无关；国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定阈功率不得大于6 W，是错误的。提出了无线电波防爆安全性能检测方法——检测无线电发射器输出功率，这既可保证通过检测的无线电设备的防爆安全，又简化了检测方法，更提高了无线电设备的无线电波发射功率，解除了对天线增益的限制，将大大提高煤矿井下无线电防爆设备无线传输距离。

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