第3章_防爆安全栅

13.1防爆安全的基本概念在生产现场存在各种易燃，易爆气体或蒸汽，或者存在爆炸性粉尘，易燃纤维。它们与空气混合，具有爆炸危险，其空间成为具有不同程度的爆炸危险场所。第三章防爆安全栅在大气条件下，气体蒸汽、簿雾、粉尘或纤维状的易燃物质与空气混合，点燃后燃烧将在整个范围内传播的混和物，称为爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的环境，称为爆炸性环境。2一、危险场所的划分按国家1987“爆炸危险场所电气安全规程”将爆炸危险场所分为两类5级。1.第一类场所爆炸性气体或可燃蒸汽与空气混合形成爆炸性气体的场所，按危险程度分为3级：0级区域：爆炸性气体连续地、短时间频繁出现、长时间存在；1级区域：爆炸性气体可能出现；2级区域：仅在不正常情况下偶尔短时间出现。32.第二类场所爆炸性粉尘或易燃纤维与空气混合形成爆炸性混合物的场所,按危险程度分为2级：10级区域：爆炸性混合物连续地、短时间频繁出现、长时间存在；11级区域：仅在不正常情况下偶尔出现爆炸性混合物。二、防爆仪表分类、分级和分组1.分类：自动化仪表属于低压电气设备，在危险场所用的自动化仪表要按电气设备防爆规程管理。规程规定防爆电气可制成隔爆型、本安型等10种结构类型。4自动化仪表防爆结构主要有两种：隔爆型：标志为“d”；本安型：标志为“i”。隔爆型仪表结构特点：①外壳耐压（8～10）×102Kpa；②表壳温升低于爆炸性气体的自燃温度；③表壳结合面的缝隙宽度、深度按其容积和气体级别采取规定的值。本安型仪表是指正常状态和故障状态下，电路及设备产生的火花能量和达到的温度都不会引起易爆性气体爆炸的防爆类型。现代本安防爆概念是指整个自动化系统的防爆性能符合本质安全防爆要求。5不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同，煤矿井下用电气设备属Ⅰ类设备；有爆炸性气体的工厂用电气设备属Ⅱ类设备；有爆炸性粉尘的工厂用电气设备属Ⅲ类设备。对于Ⅱ类电气设备，电路电压限制在30VDC时，各种爆炸性混合物按最小引爆电流分为三级。爆炸性混合物的最小引爆电流级别最小引爆电流（mA）爆炸性混合物种类Ⅰi＞120甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳Ⅱ70＜i＜120乙烯、乙醚、丙烯晴等Ⅲi≤70氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤气等62、安全火花防爆系统构成安全火花防爆系统的二要素：①在危险现场使用的仪表必须是安全火花防爆仪表（本安仪表）。②现场仪表与危险场所之间的电路连接必须经过安全栅（防爆栅）。73.本安自动化（安全火花）防爆系统的组成它包括两部分：①安装在危险场所（现场）的本安电路；②安装在非危险场所的非本安电路。如图所示。为了防止非本安电路中过大能量进入危险场所的本安电路，两者之间采用防爆安全栅。使整个系统具有本安防爆性能。84.本安防爆系统的特点1）工作电压低，工作电流小；正常工作电压24VDC，工作电流＜20mADC,故障电压＜35VDC，故障电流＜35mADC。仪表所用的电阻、电感、电容参数，保证在正常或故障状态所产生的火花能量不足以点燃爆炸性混合物；2）危险场所和非危险场所的电路用防爆安全栅隔离；3）现场仪表到控制室仪表的连线不得形成大的分布电容和电感；95.本安型防爆仪表的标志本安型防爆仪表的标志为“i”，按等级分为“ia”适用于0区，“ib”适用于1区。标志铭牌上的防爆标志分为四段：ExABC其中Ex:防爆仪表；A:防爆类型，例如d、ia、ib等；B:防爆类和级，例如Ⅰ级、ⅡA、ⅡB、ⅡC等；C:仪表外面温度级别，例如T1～T6。例如防爆仪表标志铭牌上标志为ExdiaⅡCT6，指兼有隔爆和本安功能，可在ⅡC级T6组以下级别使用的防爆仪表。103.3防爆安全栅原理防爆安全栅按结构分类：①齐纳安全栅，②变压器隔离式安全栅。按用途分类：①输入端用，②输出端用。一.齐纳安全栅111.输入端用齐纳安全栅1）配二线制变送器齐纳安全栅其原理电路及系统组成如图所示。图中主要由两部分组成：①齐纳栅，②变送器齐纳栅包括：①电子集成化浮动电源ED，②齐纳二极管VD1、VD2，③电子变阻式限流电路Z，④快速熔断器FU。注意：只能用于变送器和电源共地的测量系统，一般是单独电源供电。122）双通道保护的齐纳安全栅13阻抗匹配问题：设Ra:负载仪表阻抗，RL=r1+r2:传输线路阻抗，R0:变送器元件负载阻抗Ra+RL+RB≤R0式中R0＝（E-V0）/0.02其中：V0变送器无负载工作电压，例如12V;E：电源电压，一般22～26VDC，按22V考虑。则R0＝500一般Ra＝250，RB＝130（20mA），则要求RB＋RL≤250这类齐纳安全栅仅适用于V0较低的变送器。选用时要特别注意阻抗匹配问题。输入端齐纳安全栅还有：①不接地热电偶和高内阻二次仪表配用，②不接地热电偶和低内阻二次仪表配用，③三线制热电阻配用，④脉冲输入量，带电容隔离开关量输入用等。142.输出端用齐纳安全栅齐纳安全栅在安全侧接调节器类仪表的输出。在危险侧的负载仪表一般为电－气转换器或电动阀门定位器。按调节器输出电路形式分为两种：①发射极输出，②集电极输出（1）配发射极输出型调节器的齐纳安全栅15（2）配集电极输出型调节器的齐纳安全栅其电路和系统如图所示。调节器的两个输出端均不接地。需要用双通道齐纳安全栅。安全栅的1和3（安全侧）接调节器输出，2和4接负载（现场危险侧），1和3端出现危险的高电压分别由两组安全栅保护。16S2000系列齐纳安全栅能与各种现场的一次仪表如：4－20mA的压力、温度、流量、电信号变送器；电器转换器、电气阀门定位器、各类热电偶、热电阻、开关量、报警器、脉冲信号等各种特殊仪表，组成本质安全防爆系统，用于现代化工业的自动化过程控制，广泛地用于石油化工、冶金、医药、船舶等领域。可限制危险能量进入具爆炸性危险气体环境的可靠设备。17典型用途：S2003:开关、变送器、继电器。S2004：报警器、开关、变送器。S2005、S2006、S2007：热电偶、热电阻。S2008:信号传输。S2009:电源、信号。S2014、S2015、S2016、S2017:交直流供电、信号。S2022:电气阀门、定位器、电气转换器。4－20mA温度、压力、液位、物位变送器。接线端子序号：非本安端子为1、2；本安端子为3、45、6接地。181920安全栅与一次仪表的配套要求1.安全栅应安装在非危险区；2.导流条和机壳绝缘，各导流条之间要用线芯截面积4mm²以上的铜导线或电缆线相互连接；3.使用前请认真核对安全栅的型号、极性和工作电压；4.禁止用兆欧表直接测量安全栅端子之间的绝缘。检查系统线路时，必须断开全部安全栅的接线；5.安全栅的本安端和非本安端的接线不允许接错；6.一旦安全栅损坏，用户不得自已修复，应及时更换；7.本安防爆系统的基本组合条件为：Uo≤UìIo≤IìCo≥Cp+CìLo≥Lp+Li其中：Uo为最高输出电压;Io为最大输出电流;Co为最大负载电容;Lo为最大负载电感;Uì为一次仪表允许的最高输入电压;Iì为一次仪表允许的最大输入电流;Cì为一次仪表的最大内部等效电容;Li为一次仪表的最大内部等效电感;Cp为连接导线（或电缆）允许的最大分布电容;Lp为连接导线（或电缆）允许的最大分布电感。21二、变压器隔离式安全栅它分为输入端用和输出端用两种形式。（一）输入端用隔离式安全栅DC22它的作用：①为二线制变送器提供直流电源电压24VDC，用实线表示，②将来自变送器的4～20mA电流信号转换为与之电气隔离的4～20mA（或1～5V）DC的电信号，用虚线表示。1.信号传输通道2.能量传输通道23（二）输出端用隔离式安全栅其作用是将来自安全场所电流信号（4～20mA）转换为电气隔离的电流信号（4～20mA）输出，送至危险场所。24①信号传输通道：②能量传输通道：25WP5000-Ex系列隔离式安全栅外壳上贴有接线图标签。端子上贴有序号标签，并分为蓝、黄两色，蓝色端子（本安侧）接线通往危险区（现场），黄色端子（非本安侧）接线通往安全区。26产品采用高品质的半导体器件和SMT贴片工艺，广泛适用于石油、化工、冶金、电力等本安防爆系统。不仅可以与国内外多家仪表公司制造的各种二、三线制变送器、二线制智能（HART）变送器、智能（HART）电磁流量计、电气转换器、电气阀门定位器、本安电磁阀、液位开关、NAMUR接近开关、现场总线（FF）协议本安仪表等配套使用，还可以与干接点开关、热电偶（J、K、T、E、B、S等）、应变仪、热电阻(Pt100)等简单设备配套使用。品种全、应用广：支持HART和FF数字信号双向通信；承担对现场仪表的供电；强大的信号变换功能：直接将Pt100热电阻信号、热电偶、mV信号转换成4～20mA或1～5V输出；一进二出检测端隔离式安全栅；完全独立二路隔离式安全栅，包括开关量输入/输出、模拟量输入/输出隔离栅；一路模拟量输入、一路模拟量输出隔离式安全栅；报警和量程设定功能。27安装注意事项：1）安装在安全场所。2）通往现场（危险场所）的软铜导线截面积必须大于0.5mm。3）连接导线的绝缘强度应大于500V。4）隔离式安全栅本安端（有蓝色标记）和非本安端电路配线，不得接错和混淆。本安导线宜选用蓝色作为本安标记。本安导线和非本安导线在汇线槽中应分开铺设、采用各自保护套管。隔离式安全栅的本安侧，不允许混有其它电源，包括其它本安电路的电源。5）隔离式安全栅与一次仪表组成本安安全防爆系统时，必须经国家指定的防爆检验机构检验认可。WP5000-EX系列隔离式安全栅由国家仪器仪表防爆安全监督检验站（NEPSI）给出的Ca、La分布参数是相对于ⅡC级（氢气级）的最大允许值，对于ⅡB级环境可把该参数乘以3，对于ⅡA级环境可把该参数乘以8。传输线选用不同规格的电缆时，其本身的电缆参数应予高度重视，不得超过规定值。286）对隔离式安全栅进行单独通电调试时，必须注意隔离式安全栅的型号、电源极性、电压等级及隔离式安全栅外壳接线端上的标号。7）严禁用兆欧表测试隔离式安全栅端子之间的绝缘性。若要检查系统线路绝缘性时，应先断开全部隔离式安全栅接线，否则会引起内部快速熔断器熔断。8）凡与隔离式安全栅相连接的现场仪表，均应为有关防爆部门进行防爆试验并取得防爆合格证的仪表，和WP5000-EX安全栅联合取证。9）如隔离式安全栅内部模块损坏需要更换时，需会同制造厂共同修理，经检修后方能重新投入运行。10）隔离式安全栅的安装、使用和维护应严格遵照《中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程》的有关条款。29303132333435隔离安全栅的特点：1.隔离栅不需要特别本安接地,使用方便；2.隔离栅实现输入/输出信号的完全隔离，使现场设备的工作更加安全可靠；3.隔离栅信号完全浮空，在系统中大大增强信号的抗干扰能力；4.隔离栅容易实现信号变换；5.隔离安全栅不需要本安接地，适应面广；6.隔离安全栅是以高频作为基波，将信号进行调制解调，信号有了变动，精度会受到安全栅电路的影响；7.隔离安全栅由于具有高频震荡电路，将产生出射频干扰，对系统不利，而且隔离安全栅也比较容易损坏；8.隔离安全栅价格较齐纳安全栅贵很多。36总结安全火花防爆系统隔离式安全栅安全火花防爆仪表安全栅齐纳式安全栅371.如DDZ－Ⅲ仪表防爆等级标志为HⅢe，则最小引爆电流应小于（）A．70mAB．60mAC．50mAD．30mA2.构成安全火花防爆系统的充要条件有哪二条？第三章结束！第三章练习