過程儀表第3章 防爆安全柵

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,1,3.1,防爆安全的基本概念,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在各種易燃，易爆氣體或蒸汽，或者存在爆炸性粉塵，易燃纖維它們與空氣混合，具有爆炸危險(xiǎn)，其空間成為具有不同程度的爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所第三章 防爆安全柵,在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維狀的易燃物質(zhì)與空氣混合，點(diǎn)燃后燃燒將在整個(gè)范圍內(nèi)傳播的混和物，稱為爆炸性混合物含有爆炸性混合物的環(huán)境，稱為爆炸性環(huán)境2,一、危險(xiǎn)場(chǎng)所的劃分,按國(guó)家,1987“,爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安全規(guī)程”將爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所分為兩類,5,級(jí)1.,第一類場(chǎng)所,爆炸性氣體或可燃蒸汽與空氣混合形成爆炸性氣體的場(chǎng)所，按危險(xiǎn)程度分為,3,級(jí)：,0,級(jí)區(qū)域：爆炸性氣體連續(xù)地、短時(shí)間頻繁出現(xiàn)、長(zhǎng)時(shí)間存在；,1,級(jí)區(qū)域：爆炸性氣體可能出現(xiàn)；,2,級(jí)區(qū)域：僅在不正常情況下偶爾短時(shí)間出現(xiàn)3,2.,第二類場(chǎng)所,爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣混合形成爆炸性混合物的場(chǎng)所,按危險(xiǎn)程度分為,2,級(jí)：,10,級(jí)區(qū)域：爆炸性混合物連續(xù)地、短時(shí)間頻繁出現(xiàn)、長(zhǎng)時(shí)間存在；,11,級(jí)區(qū)域：僅在不正常情況下偶爾出現(xiàn)爆炸性混合物二、防爆儀表分類、分級(jí)和分組,分類：,自動(dòng)化儀表屬于低壓電氣設(shè)備，在危險(xiǎn)場(chǎng)所用的自動(dòng)化儀表要按電氣設(shè)備防爆規(guī)程管理。

規(guī)程規(guī)定防爆電氣可制成隔爆型、本安型等,10,種結(jié)構(gòu)類型4,自動(dòng)化儀表防爆結(jié)構(gòu)主要有兩種：,隔爆型：標(biāo)志為“,d”,；,本安型：標(biāo)志為“,i”,隔爆型儀表結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,外殼耐壓（,8,10,）,102Kpa,；,表殼溫升低于爆炸性氣體的自燃溫度；,表殼結(jié)合面的縫隙寬度、深度按其容積和氣體級(jí)別采取規(guī)定的值本安型儀表是指正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下，電路及設(shè)備產(chǎn)生的火花能量和達(dá)到的溫度都不會(huì)引起易爆性氣體爆炸的防爆類型現(xiàn)代本安防爆概念是指整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的防爆性能符合本質(zhì)安全防爆要求5,不同的危險(xiǎn)等級(jí)對(duì)電氣設(shè)備的防爆要求不同，煤礦井下用電氣設(shè)備屬,類設(shè)備；有爆炸性氣體的工廠用電氣設(shè)備屬,類設(shè)備；有爆炸性粉塵的工廠用電氣設(shè)備屬,類設(shè)備對(duì)于,類電氣設(shè)備，電路電壓限制在,30VDC,時(shí)，各種爆炸性混合物按最小引爆電流分為三級(jí)爆炸性混合物的最小引爆電流,級(jí) 別,最小引爆電流（,mA）,爆炸性混合物種類,i,120,甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳,70,i,120,乙烯、乙醚、丙烯晴等,i,70,氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等,6,2,、,安全火花防爆系統(tǒng),電動(dòng)儀表存在電路打火的可能。

如果從電路設(shè)計(jì)就開始考慮防爆，把電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下，則此儀表稱為安全火花防爆儀表安全火花防爆儀表只能保證本儀表內(nèi)部不發(fā)生危險(xiǎn)火花，對(duì)其它儀表通過信號(hào)線傳入的能量是否安全則無法保證如果在與其它儀表的電路連線之間設(shè)置安全柵，防止危險(xiǎn)能量進(jìn)入，則完全做到了安全火花防爆構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的二要素：,在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的儀表必須是安全火花防爆儀表（本安儀表）現(xiàn)場(chǎng)儀表與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的電路連接必須經(jīng)過安全柵（防爆柵）7,3.,本安自動(dòng)化（安全火花）防爆系統(tǒng)的組成,它包括兩部分：安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所（現(xiàn)場(chǎng)）的本安電路；,安裝在非危險(xiǎn)場(chǎng)所的非本安電路如圖所示為了防止非本安電路中過大能量進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安電路，兩者之間采用防爆安全柵使整個(gè)系統(tǒng)具有本安防爆性能8,4.,本安防爆系統(tǒng)的特點(diǎn),1,）工作電壓低，工作電流?。?正常工作電壓,24VDC,，工作電流,20mADC,故障電壓,35VDC,，故障電流,35mADC,儀表所用的電阻、電感、電容參數(shù)，保證在正常或故障狀態(tài)所產(chǎn)生的火花能量不足以點(diǎn)燃爆炸性混合物；,2,）危險(xiǎn)場(chǎng)所和非危險(xiǎn)場(chǎng)所的電路用防爆安全柵隔離；,3,）現(xiàn)場(chǎng)儀表到控制室儀表的連線不得形成大的分布電容和電感；,9,5.,本安型防爆儀表的標(biāo)志,本安型防爆儀表的標(biāo)志為“,i”,，按等級(jí)分為“,ia”,適用于,0,區(qū)，“,ib”,適用于,1,區(qū)。

標(biāo)志銘牌上的防爆標(biāo)志分為四段：,ExABC,其中,Ex:,防爆儀表；,A:,防爆類型，例如,d,、,ia,、,ib,等；,B:,防爆類和級(jí)，例如,級(jí)、,A,、,B,、,C,等；,C:,儀表外面溫度級(jí)別，例如,T1,T6,例如防爆儀表標(biāo)志銘牌上標(biāo)志為,ExdiaCT6,，指兼有隔爆和本安功能，可在,C,級(jí),T6,組以下級(jí)別使用的防爆儀表10,3.3,防爆安全柵原理,防爆安全柵，防止危險(xiǎn)能量由安全場(chǎng)所進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所，不影響儀表正常工作，安放在安全場(chǎng)所的入（出）口處這樣對(duì)安全場(chǎng)所的儀表不作防爆要求防爆安全柵按結(jié)構(gòu)分類：齊納安全柵，變壓器隔 離式安全柵按用途分類：輸入端用，輸出端用一,.,齊納安全柵,11,齊納安全柵的防爆原理是用齊納二級(jí)管,VD,控制輸出電壓，用限流電阻,R,限制輸出電流，電路相對(duì)簡(jiǎn)單電路由快速熔斷器,FU,，限壓元件,VD1,、,VD2,（齊納二極管或二極管），限流電阻,R,（電阻器或非線性元件）三部分組成在正常操作條件下，非本安端,3,、,4,之間所加的電壓低于最高電壓,V,max,（更低于齊納二極管的齊納電壓）,此時(shí),VD,1,、,VD,2,處于不導(dǎo)通狀態(tài)，除有極微小的漏電流以外，是“開路”狀態(tài)，安全柵電路等效于一個(gè)電阻串聯(lián)在信號(hào)回路內(nèi)，只要漏電流小于規(guī)定值，安全柵電路就不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。

而當(dāng)非本安端發(fā)生故障，例如在非本安端,3,、,4,之間因某種原因混入高電壓，使齊納二極管,VD1,、,VD2,反向擊穿,呈“導(dǎo)通”狀態(tài)，此時(shí)齊納二極管,VD1,、,VD2,把混入的高電壓限制在齊納電壓上，在安全柵的本安端,1,、,2,上就不會(huì)出現(xiàn)高電壓齊納二極管一旦導(dǎo)通以后，其電流急劇上升（雪崩過程）把串聯(lián)在電路中的熔斷器,FU,瞬時(shí)熔斷，切斷了至現(xiàn)場(chǎng)的高電壓，防止了高電壓引爆現(xiàn)場(chǎng)爆炸性物質(zhì)的危險(xiǎn),從而保護(hù)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及人員的安全12,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)）本安端,1,、,2,之間發(fā)生故障，例如負(fù)載短路了，安全柵電路中的限流電阻,R,立即起限流作用，把極大的短路電流限制在某一個(gè)電流值之內(nèi)，這個(gè)電流值是安全值，故現(xiàn)場(chǎng)也是安全的齊納安全柵的安全保護(hù)作用，實(shí)際上是對(duì)能量的限制作用，在本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)中，由于安全柵的功能，所以不論發(fā)生任何故障都保證傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)（危險(xiǎn)區(qū)）的能量限制在一個(gè)安全值（不會(huì)點(diǎn)燃規(guī)定的分級(jí)、分組爆炸性氣體混合物），從而保證現(xiàn)場(chǎng)安全在正常工作時(shí)，齊納安全柵相當(dāng)于兩個(gè)電阻串入電路，因此對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無須作改動(dòng)另外，齊納安全柵由于無信號(hào)的轉(zhuǎn)變，對(duì)原信號(hào)精度也沒有影響一般來講，齊納安全柵選型容易，不易損壞，對(duì)原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求改動(dòng)的地方比較少，價(jià)格方面，齊納安全柵要比隔離的便宜很多，這在需要使用很多安全柵的場(chǎng)合，齊納安全柵的價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯體現(xiàn)了出來。

13,1.,輸入端用齊納安全柵,1,）配二線制變送器齊納安全柵,其原理電路及系統(tǒng)組成如圖所示圖中主要由兩部分組成：,齊納柵，變送器,齊納柵包括：電子集成化浮動(dòng)電源,E,D,，齊納二極管,VD,1,、,VD,2,，電子變阻式限流電路,Z,，快速熔斷器,FU,注意：只能用于變送器和電源共地的測(cè)量系統(tǒng)，一般是單獨(dú)電源供電14,2,）雙通道保護(hù)的齊納安全柵,原理電路及變送器組成系統(tǒng)如圖所示其特點(diǎn)是變送器和電源,E,不共地，安全柵的安全側(cè)兩個(gè)端子,1,和,3,，任一個(gè)出現(xiàn)危險(xiǎn)高電壓，分別通過各自的齊納二極管進(jìn)行保護(hù)變送器出現(xiàn)大電流由電子變阻式限流電路,Z,將電流限制在,25mA,以下15,阻抗匹配問題：,設(shè),R,a,:,負(fù)載儀表阻抗，,R,L,=r,1,+r,2,:,傳輸線路阻抗，,R,0,:,變送器元件負(fù)載阻抗,R,a,+R,L,+R,B,R,0,式中,R,0,（,E-V,0,）,/0.02,其中：,V,0,變送器無負(fù)載工作電壓，例如,12V;,E,：電源電壓，一般,22,26VDC,，按,22V,考慮則,R,0,500,一般,R,a,250,，,R,B,130,（,20mA,），,則要求,R,B,R,L,250,這類齊納安全柵僅適用于,V,0,較低的變送器。

選用時(shí)要特別注意阻抗匹配問題輸入端齊納安全柵還有：不接地?zé)犭娕己透邇?nèi)阻二次儀表配用，不接地?zé)犭娕己偷蛢?nèi)阻二次儀表配用，三線制熱電阻配用，脈沖輸入量，帶電容隔離開關(guān)量輸入用等16,2.,輸出端用齊納安全柵,齊納安全柵在安全側(cè)接調(diào)節(jié)器類儀表的輸出在危險(xiǎn)側(cè)的負(fù)載儀表一般為電氣轉(zhuǎn)換器或電動(dòng)閥門定位器按調(diào)節(jié)器輸出電路形式分為兩種：,發(fā)射極輸出，集電極輸出,（,1,）配發(fā)射極輸出型調(diào)節(jié)器的齊納安全柵,其電路和系統(tǒng)組成如圖所示發(fā)射極輸出時(shí)，調(diào)節(jié)器（輸出端一端接地）與安全柵共地需要單通道保護(hù)二極管,VD,防止信號(hào)極性接反時(shí)損壞安全柵（相當(dāng)于齊納二極管正向連接）17,（,2,）配集電極輸出型調(diào)節(jié)器的齊納安全柵,其電路和系統(tǒng)如圖所示調(diào)節(jié)器的兩個(gè)輸出端均不接地需要用雙通道齊納安全柵安全柵的,1,和,3,（安全側(cè)）接調(diào)節(jié)器輸出，,2,和,4,接負(fù)載（現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)側(cè)），,1,和,3,端出現(xiàn)危險(xiǎn)的高電壓分別由兩組安全柵保護(hù)18,S2000,系列齊納安全柵能與各種現(xiàn)場(chǎng)的一次儀表如：,4,20mA,的壓力、溫度、流量、電信號(hào)變送器；電器轉(zhuǎn)換器、電氣閥門定位器、各類熱電偶、熱電阻、開關(guān)量、報(bào)警器、脈沖信號(hào)等各種特殊儀表，組成本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)，用于現(xiàn)代化工業(yè)的自動(dòng)化過程控制，廣泛地用于石油化工、冶金、醫(yī)藥、船舶等領(lǐng)域。

可限制危險(xiǎn)能量進(jìn)入具爆炸性危險(xiǎn)氣體環(huán)境的可靠設(shè)備19,典型用途：,S2003:,開關(guān)、變送器、繼電器S2004,：報(bào)警器、開關(guān)、變送器S2005,、,S2006,、,S2007,：熱電偶、熱電阻S2008:,信號(hào)傳輸S2009:,電源、信號(hào)S2014,、,S2015,、,S2016,、,S2017:,交直流供電、信號(hào)S2022:,電氣閥門、定位器、電氣轉(zhuǎn)換器4,20mA,溫度、壓力、液位、物位變送器接線端子序號(hào)：非本安端子為,1,、,2,；本安端子為,3,、,4,5,、,6,接地20,21,22,安全柵與一次儀表的配套要求,1.,安全柵應(yīng)安裝在非危險(xiǎn)區(qū)；,2.,導(dǎo)流條和機(jī)殼絕緣，各導(dǎo)流條之間要用線芯截面積,4mm,以上的銅導(dǎo)線或電纜線相互連接；,3.,使用前請(qǐng)認(rèn)真核對(duì)安全柵的型號(hào)、極性和工作電壓；,4.,禁止用兆歐表直接測(cè)量安全柵端子之間的絕緣檢查系統(tǒng)線路時(shí)，必須斷開全部安全柵的接線；,5.,安全柵的本安端和非本安端的接線不允許接錯(cuò)；,6.,一旦安全柵損壞，用戶不得自已修復(fù)，應(yīng)及時(shí)更換；,7.,本安防爆系統(tǒng)的基本組合條件為：,U,o,U,I,o,I,C,o,C,p,+C,L,o,L,p,+L,i,其中：,U,o,為最高輸出電壓,;I,o,為最大輸出電流,;C,o,為最大負(fù)載電容,;L,o,為最大負(fù)載電感,;U,為一次儀表允許的最高輸入電壓,;I,為一次儀表允許的最大輸入電流,;C,為一次儀表的最大內(nèi)部等效電容,;L,i,為一次儀表的最大內(nèi)部等效電感,;C,p,為連接導(dǎo)線（或電纜）允許的最大分布電容,;L,p,為連接導(dǎo)線（或電纜）允許的最大分布電感。

23,二、變壓器隔離式安全柵,它是將危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安電路與安全場(chǎng)所的非本安電路用變壓器進(jìn)行電隔離只允許正常的電源能量和信號(hào)通過隔離變壓器，切斷了安全側(cè)高壓竄入危險(xiǎn)場(chǎng)所的通道，即使出現(xiàn)故障，有危險(xiǎn)能量傳過來，也會(huì)被限制器限制它分為輸入端用和輸出端用兩種形式一）輸入端用隔離式安全柵,其原理示意圖如圖所示DC,24,它的作用：為二線制變送器提供直流電源電壓,24VDC,，用,實(shí)線表示，將來自變送器的,4,20mA,電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之電氣,隔離的,4,20mA,（或,1,5V,）,DC,的電信號(hào)，用虛線表示1.,信號(hào)傳輸通道,它包括限制器、調(diào)制器、隔離變壓器、解調(diào)放大器由危險(xiǎn)側(cè)二線制變送器送來的,4,20mADC,信號(hào)經(jīng)限。