1、第2章 儀表的防爆性能 和外殼防護(hù)等級,講 師： 王 森,2.1 爆炸性危險場所的劃分,2.1.1 中國對爆炸性危險場所的劃分(GB 50058-1992),表2-1 中國對爆炸性危險場所的劃分(GB 50058-1992),2.1.2 IEC(國際電工技術(shù)委員會)對爆炸性危險場所的劃分(IEC 60079-10),IEC 60079-10：將爆炸性氣體危險場所劃分為0區(qū)(Zone 0)、1區(qū)(Zone 1)、2區(qū)(Zone 2)，對爆炸性粉塵危險場所尚未劃分。 歐洲國家、中國、日本、澳大利亞等國對爆炸性氣體危險場所的劃分與IEC相同，其定義見表2-1中的氣體部分。,2.1.3 NEC(美國國

2、家電氣規(guī)范)對爆炸性危險場所的劃分 (NEC 500),(1)危險場所級別： Class1級，為可燃性氣體、蒸氣場所； Class2級，為可燃性粉塵場所； Class3級，為易燃性纖維場所。 (2)危險場所區(qū)別： Division 11區(qū)(相當(dāng)于IEC和我國的0區(qū)、1區(qū))； Division 22區(qū)(相當(dāng)于IEC和我國的2區(qū))。 美國、加拿大等一些北美國家按NEC 500進(jìn)行劃分。,2.2 爆炸性氣體和粉塵的分級分組,2.2.1 中國對爆炸性氣體和粉塵的分級分組(GB 50058-1992) (1)中國對爆炸性氣體的分級分組,表2-3 爆炸性氣體混合物的傳爆級別,注：爆炸性氣體混合物的傳爆級別

3、也是電氣設(shè)備的防爆級別，兩者是一致的，均分為A、B、C三級。,有關(guān)參數(shù)說明,最大試驗安全間隙(MESG) 在規(guī)定的試驗條件下，電氣設(shè)備外殼內(nèi)各種濃度的被試驗氣體(或蒸氣)與空氣的混合物點燃后，能阻止火焰通過殼體兩部分之間25mm長接合面點燃外部氣體混合物的接合面最大間隙。,最小點燃電流(MIC) 在規(guī)定的試驗裝置上，用直流24V、95mH電感的火花進(jìn)行3000次點燃試驗時，能夠點燃可燃性氣體混合物的最小電流。此電流降低5即不能點燃。,最小點燃電流比(MICR) 各種可燃性氣體(或蒸氣)與空氣的混合物的最小點燃電流對甲烷與空氣混合物的最小點燃電流的比值。,表2-4 爆炸性氣體混合物的引燃溫度組別

4、,注：爆炸性氣體混合物的引燃溫度組別與電氣設(shè)備的最高允許表面溫度組別一一對應(yīng) 。,引燃溫度和燃點溫度,我國防爆標(biāo)準(zhǔn)中所用的“引燃溫度”一詞和自燃溫度、自燃點屬于同一概念，引燃溫度組別就是按其自燃點劃分的。 應(yīng)當(dāng)注意，不要把“引燃溫度”和“燃點溫度”混同起來。 “引燃溫度”是指由于溫度升高而引起的物質(zhì)自燃的最低溫度，即自燃點； “燃點溫度”是指將物質(zhì)點燃所需的最低溫度，即點燃點。 顯然，“引燃溫度”遠(yuǎn)高于“燃點溫度”，自燃點遠(yuǎn)高于點燃點。,閃點和燃點,閃點 可燃液體表面揮發(fā)的蒸氣與空氣形成的混合氣體，當(dāng)接觸火焰時會產(chǎn)生瞬間燃燒，這種現(xiàn)象稱為閃燃，引起閃燃的最低溫度稱為閃點。 燃點 又稱點燃點，若

5、上述混合氣體能被接近的火焰點著，并在移去火焰之后仍能繼續(xù)燃燒(燃燒時間不少于5s)的最低溫度稱為該液體的燃點。可燃液體的燃點約高于其閃點15。,表2-5 部分氣體的分級分組舉例(GB 3836.1-2000),(2)中國對爆炸性粉塵的分組 爆炸性粉塵可分為以下四種： 爆炸性粉塵 這種粉塵即使在空氣中氧氣很少的環(huán)境中也能著火，呈懸浮狀態(tài)時能產(chǎn)生劇烈的爆炸，如鎂、鋁、鋁青銅等粉塵。 可燃性導(dǎo)電粉塵 與空氣中的氧起發(fā)熱反應(yīng)而燃燒的導(dǎo)電性粉塵，如石墨、炭黑、焦炭、煤、鐵、鋅、鈦等粉塵。,可燃性非導(dǎo)電粉塵 與空氣中的氧起發(fā)熱反應(yīng)而燃燒的非導(dǎo)電性粉塵，如聚乙烯、苯酚樹脂、小麥、玉米、砂糖、染料、可可、木質(zhì)

6、、米糠、硫磺等粉塵。 可燃纖維 與空氣中的氧起發(fā)熱反應(yīng)而燃燒的纖維，如棉花纖維、麻纖維、絲纖維、毛纖維、木質(zhì)纖維、人造纖維等。,表2-6 爆炸性粉塵引燃溫度組別(GB 50058-1992),注：確定粉塵溫度組別時，應(yīng)取粉塵云的引燃溫度和粉塵層的 引燃溫度兩者中的低值。,表2-7 爆炸性粉塵場所電氣設(shè)備的最高允許表面溫度,2.2.3 NEC對爆炸性氣體和粉塵的分組(NEC 500),表2-9 NEC對爆炸性氣體和粉塵的引燃溫度分組,2.3電氣設(shè)備的防爆型式、類別、級別和溫度組別,2.3.1電氣設(shè)備的防爆型式 所謂防爆型式是指為防止點燃周圍爆炸性環(huán)境而對電氣設(shè)備采取專門措施的型式。,表2-10

7、中國電氣設(shè)備的防爆型式(GB 3836.1-2000),(1)隔爆型(d型),隔爆又稱耐壓防爆，它把能點燃爆炸性混合物的儀表部件封閉在一個外殼內(nèi)，該外殼特別牢固，能承受內(nèi)部爆炸性混合物的爆炸壓力，并阻止向殼外的爆炸性混合物傳爆。 這就是說，隔爆型儀表的殼體內(nèi)部是可能發(fā)生爆炸的，但不會傳到殼體外面去，因此這種儀表的各部件的接合面，如儀表蓋的螺紋圈數(shù)，螺紋精度，零點、量程調(diào)整螺釘和表殼之間，變送器的檢測部件和轉(zhuǎn)換部件之間的間隙，以及導(dǎo)線口等，都有嚴(yán)格的防爆要求。,隔爆型儀表除了較笨重外，其他比較簡單，不需要如安全柵之類的關(guān)聯(lián)設(shè)備。但是在打開表蓋前，必須先把電源關(guān)掉，否則萬一產(chǎn)生火花，便會暴露在大氣

8、之中，從而出現(xiàn)危險。,(2)本質(zhì)安全型(i型),本質(zhì)安全型又叫安全火花型，它的特點是儀表在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下，電路、系統(tǒng)產(chǎn)生的火花和達(dá)到的溫度都不會引燃爆炸性氣體混合物。其防爆主要由以下措施來實現(xiàn)： 采用新型集成電路元件等組成儀表電路，在較低的工作電壓和較小的工作電流下工作； 用安全柵把危險場所和非危險場所的電路分隔開，限制由非危險場所傳遞到危險場所去的能量； 儀表的連接導(dǎo)線不得形成過大的分布電感和分布電容，以減少電路中的儲能。,本質(zhì)安全型儀表的防爆性能，不是采用通風(fēng)、充氣、充油、隔爆等外部措施實現(xiàn)的，而是由電路本身實現(xiàn)的，因而是本質(zhì)安全的。 它能適用于一切危險場所和一切爆炸性氣體、蒸氣混

9、合物環(huán)境，并可以在通電的情況下進(jìn)行維修和調(diào)整。但是，它不能單獨使用，必須和本安關(guān)聯(lián)設(shè)備(安全柵)、外部配線一起組成本安電路，才能發(fā)揮防爆性能。,本質(zhì)安全型儀表有ia、ib兩種, ia型 在正常工作條件下，以及在電路中施加一個故障或任意組合的兩個故障時，均不能引起點燃的本質(zhì)安全性電氣設(shè)備。 ib型 在正常工作條件下，以及在電路中施加一個故障時，不能引起點燃的本質(zhì)安全性電氣設(shè)備。 ia型儀表適用于0區(qū)和1區(qū)，ib型儀表僅適用于1區(qū)?；蛘哒f，從本質(zhì)安全角度講，ib型儀表適用于煤礦井下，ia型儀表適用于工廠。,(3)正壓型(p型),正壓型設(shè)備是一種通過保持內(nèi)部保護(hù)氣體的壓力高于外部爆炸性環(huán)境壓力的措施

10、來達(dá)到安全的電氣設(shè)備。 保護(hù)氣體可以是空氣、氮氣或其他非可燃性氣體及其混合物，保護(hù)氣體在正壓型設(shè)備中的作用是：換氣、保持正壓、將可燃性氣體或蒸氣的濃度稀釋到爆炸下限以下。,正壓型設(shè)備的防爆措施包括正壓外殼保護(hù)或正壓吹掃保護(hù)兩個方面： 正壓外殼保護(hù)是指通過正壓的方法阻止外部爆炸性氣體混合物進(jìn)入儀表殼體內(nèi)，從而使儀表電氣部件的危險源與之隔離； 正壓吹掃保護(hù)是指當(dāng)儀表殼體內(nèi)存在爆炸性氣體泄漏隱患時，及時將其稀釋至爆炸下限濃度以下。 簡而言之，前者是對外部危險氣體的防護(hù)，后者是對內(nèi)部危險氣體的防護(hù)。,在新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.5-2004爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第5部分：正壓外殼型“p”(非等效采

11、用IEC60079-2)中，將正壓保護(hù)的型式細(xì)分為px、py、pz三種。即國外正壓型設(shè)備中的X型、Y型、Z型吹掃。, px型正壓保護(hù)(X型吹掃) 可將正壓外殼內(nèi)的危險區(qū)域等級從1區(qū)降至非危險區(qū)。 py型正壓保護(hù)(Y型吹掃) 可將正壓外殼內(nèi)的危險區(qū)域等級從1區(qū)降至2區(qū)。 pz型正壓保護(hù)(Z型吹掃) 可將正壓外殼內(nèi)的危險區(qū)域等級從2區(qū)降至非危險區(qū)。,正壓外殼內(nèi)應(yīng)保持的最低正壓值(相對于外部壓力)：px型和py型為50Pa，pz型為25Pa。 當(dāng)正壓值降至制造廠規(guī)定的最小值時，px型正壓保護(hù)的安全聯(lián)鎖裝置自動切斷電源并發(fā)出報警信號；而 py型和pz型只發(fā)出報警信號。,HZ3880型工業(yè)色譜儀的正壓防

12、爆設(shè)計,(1)儀表的電氣控制部件均置于正壓外殼中，外殼由鋼板制作，內(nèi)部安裝有印刷電路板、接線端子板、電磁閥、交流-直流轉(zhuǎn)換器、前門組件及內(nèi)部接線等。見圖11-36。,圖11-36 HZ3880控制部件機箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,(2)儀表運行前，應(yīng)向外殼內(nèi)通入足量的保護(hù)氣體(儀表空氣)，使外殼內(nèi)爆炸性氣體混合物濃度降至爆炸下限以下，這一步稱為“換氣過程”。 (3)儀表運行時，保護(hù)氣體連續(xù)通入外殼，使外殼內(nèi)保持相對于周圍環(huán)境的正壓力，阻止外部氣體混合物進(jìn)入正壓外殼，這一過程稱為“通風(fēng)狀態(tài)”。 (4)為使儀表正常期間正壓保護(hù)功能不失效，設(shè)計了圖11-37所示的正壓通風(fēng)防爆聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。,圖11-37 HZ 3

13、880正壓通風(fēng)防爆聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)原理圖,正壓通風(fēng)防爆聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)工作原理,換氣過程：用鑰匙使帶鎖三通氣閥V1處于運行位，儀表空氣通過V1、V6向正壓防爆腔充入，延時氣閥V4開始計時，15分鐘后，通過狀態(tài)切換閥V5，氣/電繼電器吸合給色譜儀送電。 監(jiān)測保護(hù)：色譜正常送電后，即進(jìn)入監(jiān)控保護(hù)狀態(tài)，它使確保正壓外殼內(nèi)與外界環(huán)境有一相對壓差值的自動補壓裝置、正壓值過高及過低的斷電連鎖裝置及門連鎖裝置均處于工作狀態(tài)。,正常運行時，壓力變送器 KG1一直監(jiān)測正壓通風(fēng)防爆腔的壓力，當(dāng)壓力值低于某一設(shè)定值時，它可通過換氣、補氣電磁閥V6對正壓防爆腔進(jìn)行補壓，當(dāng)壓力值高于某一設(shè)定值時，停止對正壓防爆腔補壓。 當(dāng)監(jiān)測

14、到正壓防爆腔的壓力值超壓(800Pa)或欠壓(200Pa)時，給復(fù)位閥V2一個電信號，斷電連鎖裝置工作，切斷色譜儀的電源。,當(dāng)因誤操作打開控制部件機箱的前門時，門連鎖裝置動作，可以自動切斷儀器的供電，避免因誤操作打開箱門而引起的爆炸危險。 注:當(dāng)復(fù)位閥V2動作后，必須打開機箱的門，按一下位于右側(cè)的正壓防爆連聯(lián)機構(gòu)的復(fù)位按鈕，再關(guān)閉門后，正壓防爆連聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)可恢復(fù)正常運行。,調(diào)試狀態(tài)：為便于在特殊情況下打開機箱的前門調(diào)試儀表，設(shè)計了開門調(diào)機連鎖機構(gòu)。當(dāng)帶鎖三通氣閥V1處于調(diào)試位時，儀表空氣推動狀態(tài)切換閥V5使氣/電繼電器吸合，給色譜儀送電。 調(diào)試者須經(jīng)安全主管部門批準(zhǔn)并對儀器周圍環(huán)境進(jìn)行通風(fēng)吹

15、掃后，方可進(jìn)行開門調(diào)試。,(5)外部接線須經(jīng)防爆密封進(jìn)線接頭將供電電纜、信號電纜引入工業(yè)色譜儀，見圖11-38。,圖11-38 工業(yè)色譜儀電纜引入示意圖,(4)增安型(e型),對在正常運行條件下不會產(chǎn)生電弧或火花的儀表設(shè)備，進(jìn)一步采取措施，提高其安全程度，防止產(chǎn)生危險溫度、電弧和火花的可能性(如在過載等條件下)，采取這種防爆措施的儀表稱為增安型儀表。 這里需要注意，它不包括正常運行條件下會產(chǎn)生電弧或火花的儀表設(shè)備。,(5)特殊型(s型),特殊型(s型)是指除d、e、i、p、o、q、n、m之外的特殊防爆型式，或者是上述幾種型式的組合，采用這種型式的防爆儀表稱為特殊型儀表。,2.3.2 防爆電氣設(shè)

16、備的類別、級別和溫度組別,防爆電氣設(shè)備分為兩大類：類為煤礦用電氣設(shè)備；類為除煤礦外的其他爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備，也稱為工廠用電氣設(shè)備。 類隔爆型“d”和本質(zhì)安全型“i”電氣設(shè)備又分為A、B、C三級。對于隔爆型電氣設(shè)備，按最大試驗安全間隙(MESG)分級；對于本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，按最小點燃電流 (MIC)分級。 所有類防爆電氣設(shè)備按最高表面溫度分為T1 T6六組。最高表面溫度是指電氣設(shè)備在允許的最不利條件下運行時，其表面或任一部分可能達(dá)到的并有可能引燃周圍爆炸性氣體環(huán)境的最高溫度。,2.4 中、外電氣防爆標(biāo)志的構(gòu)成和對照,2.4.1 中國電氣防爆標(biāo)志的構(gòu)成(GB 3836-2000) 中國的電

17、氣防爆標(biāo)志遵循IEC的規(guī)定，一般由以下5個部分構(gòu)成：,(1)防爆總標(biāo)志Ex 表示該設(shè)備為防爆電氣設(shè)備。 (2)防爆結(jié)構(gòu)型式 表明該設(shè)備采用何種措施進(jìn)行防爆，如d為隔爆型，p為正壓型，i為本安型等。 (3)防爆設(shè)備類別 分為、類兩大類，說明其適用場所。 (4)防爆級別 分為A、B、C三級，說明其防爆能力的強弱。 (5)最高表面溫度組別 分為T1T6六組，說明該設(shè)備的最高表面溫度允許值。,例如：一臺儀表的防爆標(biāo)志為Ex dBT4，其含義為： Ex防爆總標(biāo)志； d結(jié)構(gòu)型式，隔爆型； 類別，工廠用； B防爆級別，B級； T4溫度組別，T4組，最高表面溫度135。,再如：一個電源接線箱(外殼為聚酯材料)

18、的防爆標(biāo)志為Ex edCT4，其含義為： Ex防爆總標(biāo)志； ed結(jié)構(gòu)型式，增安和隔爆型； 類別，工廠用； C防爆級別，C級； T4溫度組別，T4組，最高表面溫度135。,2.4.2歐洲共同體國家電氣防爆標(biāo)志的構(gòu)成,歐共體(現(xiàn)為歐洲聯(lián)盟)國家電氣防爆標(biāo)志遵循IEC的規(guī)定，其防爆總標(biāo)志采用EEx。,圖2-1 歐共體國家電氣防爆圖標(biāo),表2-13 歐共體國家、中國工廠用電氣防爆標(biāo)志簡明對照表,例如：一臺氣相色譜儀的防爆標(biāo)志為EEx dpsB+H2T4，其含義為： EEx歐洲共同體防爆總標(biāo)志； dps該儀表采用隔爆、正壓、特殊三種防爆措施； 工廠用電氣設(shè)備； B防爆級別為B級；+H2也適用于H2場所(B

19、級防爆不適用于H2，該儀表由于采取多種防爆措施，也可用于H2場所)； T4表面最高溫升135。,2.4.3 日本電氣防爆標(biāo)志的構(gòu)成,日本電氣防爆標(biāo)志的構(gòu)成以前根據(jù)JIS C0903標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在遵循IEC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其防爆總標(biāo)志前加JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)) 字樣，如JIS Ex iaCT4。,2.4.4 美國電氣防爆標(biāo)志的構(gòu)成,美國的防爆標(biāo)志遵循NEC(美國國家電氣規(guī)程)的規(guī)定，一般包括下述幾個部分； (1)適用的危險場所級別：Class、級； (2)適用的危險場所區(qū)別：Division 1、2區(qū)； (3)適用的可燃性物質(zhì)組別：Group AG組； (4)適用的溫度組別：T1T6組。,表2-14 美

20、、中工廠用電氣防爆標(biāo)志簡明對照表,例如：一臺儀表的防爆標(biāo)志為Class 1，Division l，GroupB、C、D，T4A，其含義為： Class l適用于1級場所； Division l適用于1區(qū)場所； GroupB、C、D適用于B、C、D組危險氣體存在的場所； T4A最高表面溫度120。,上述防爆標(biāo)志對應(yīng)于我國的ExA、B、CT4，可用于0區(qū)、1區(qū)危險場所。但應(yīng)注意，該表不能用于乙炔場所。,一臺儀表的防爆標(biāo)志如下： UL/FM/CSA Class 1，Group B、C、D，T5 Class 2，Group E、F，T5 CENELEC EEx edCT5 說明該儀表的防爆性能已經(jīng)UL

21、(美國保險商試驗室)、FM(美國工廠聯(lián)合研究會)、CSA(加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)、CENELEC(歐洲電工技術(shù)委員會)測試認(rèn)可。,并說明該儀表有以下幾種防爆型產(chǎn)品可選： Classl，GroupB、C、D，T5適用于NEC規(guī)定的B、C、D組可燃?xì)怏w，表面溫度100。 Class2，Group E、F，T5適用于NEC規(guī)定的E、F組粉塵，表面溫度100。 EEx edCT5符合EN標(biāo)準(zhǔn)(EN為歐共體標(biāo)準(zhǔn)代號，其防爆標(biāo)準(zhǔn)與IEC等效)、工廠用防爆儀表，增安、隔爆型，防爆等級C級，最高表面溫度100。,2.4.5 關(guān)于CENELEC的ATEX防爆標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)志,CENELEC是歐洲電工技術(shù)委員會的英文縮寫，負(fù)

22、責(zé)歐盟(前身為歐共體)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定。 CENELEC的電氣防爆標(biāo)準(zhǔn)為EN5001450020，等效采用IEC50079系列標(biāo)準(zhǔn)。 IEC的防爆總標(biāo)志為Ex CENELEC的防爆總標(biāo)志為EEx (前面的一個“E”表示歐洲),IEC防爆標(biāo)準(zhǔn)的不足之處,1.在爆炸性危險場所的劃分中，IEC沒有對爆炸性粉塵危險場所作出規(guī)定。 2. 在IEC防爆標(biāo)志中，沒有標(biāo)出電氣設(shè)備使用的危險場所范圍。,CENELEC對防爆標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)志的新規(guī)定,20世紀(jì)90年代， CENELEC對其防爆標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)志進(jìn)行了補充和修訂，主要內(nèi)容如下： 1.對爆炸性粉塵危險場進(jìn)行了劃分并作出定義。 2. 在防爆標(biāo)志中，標(biāo)明了電氣設(shè)備適用的危

23、險場所范圍。 防爆總標(biāo)志由EEx改為ATEX .,對爆炸性危險場所的劃分和定義,標(biāo)準(zhǔn)：ATEX 137(ATEX 1999/92/EC art.137 directive) 規(guī)定：危險區(qū)域根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的可能性劃分,對防爆電氣設(shè)備適用場所的規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)：ATEX 95(ATEX 1994/9/CE directive) 規(guī)定： 組別：Group I (適用于礦井) Group (適用于工廠) 類別：Category1、2、3 分別適用于不同級別的爆炸性危險場所,CENELEC新老防爆標(biāo)志對照,老標(biāo)志:EEx ia IIC T6 Zone 0 新標(biāo)志:ATEX II 1/2 G EEx ia

24、 IIC T6 新標(biāo)志說明 ATEXCENELEC新的防爆總標(biāo)志 IIGroup ，適用于工廠 1/2 GCategory1、2，適用于Zone0、 Zone1爆炸性氣體危險場所 EEx ia IIC T6同前,2.4.6 幾種區(qū)域劃分和防爆標(biāo)志的對照,危險區(qū)域劃分對照,爆炸性氣體分組對照,最高允許表面溫度分組對照,防爆型式和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對照,2.4.6 歐洲、北美和中國主要防爆檢驗及測試機構(gòu),2.5 本安關(guān)聯(lián)設(shè)備,本安關(guān)聯(lián)設(shè)備是指與本安設(shè)備有電氣連接，并可能影響本安設(shè)備本安性能的有關(guān)設(shè)備，如各種安全柵及其他具有限流、限壓功能的保護(hù)裝置等。 本安關(guān)聯(lián)設(shè)備內(nèi)部不具有本安電路，一般安裝在沒有爆炸性氣體

25、混合物的非危險場所。如果裝在危險場所，則必須符合防爆要求，兼具有與其場所相應(yīng)的防爆結(jié)構(gòu)，如采用隔爆外殼等。,2.5.1 安全柵,(1)安全柵的主要類型及其特點 齊納式安全柵 由限制輸出電流的限流電阻、限制輸出電壓的齊納二極管和保護(hù)元件組成，保護(hù)元件又分為電阻保護(hù)式和熔斷器保護(hù)式兩種。齊納安全柵結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在儀表本安電路中使用十分廣泛。,晶體管式安全柵 是以三極管為主的晶體管電路組成的限壓、限流保護(hù)裝置。 其特點是當(dāng)輸入高電壓時可切斷電源電壓，并具有動態(tài)限流功能，可提高負(fù)載能力。,變壓器隔離式安全柵 基本原理是變壓器隔離，本安和非本安電路之間沒有直接聯(lián)系，而是通過變壓器耦合。 但是通向本

26、安回路端還需加齊納式或晶體管式安全柵的限壓、限流電路，以保證本安端的安全性。 另外，變壓器前后還需有直流、交流轉(zhuǎn)換電路。因而，其線路復(fù)雜，成本高，但通用性強、可靠性高是其優(yōu)點。,光電隔離式安全柵 采用光電耦合元件進(jìn)行隔離，它將直流信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，經(jīng)光電耦合器檢出頻率信號再轉(zhuǎn)換成直流信號。 其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但隔離電壓高(可達(dá)5kV以上)，線性好，精度高，抗干擾性能好，具有廣闊應(yīng)用前景。,(2)齊納式安全柵的最基本電路和工作原理,齊納式安全柵是安全柵中的主流產(chǎn)品，圖2-1是其基本電路，它由快速熔斷器FAl，限壓元件齊納二極管Z1、Z2和限流電阻R1三部分組成。,圖2-1 齊納式安全柵的基本電路,

27、非本安端子1、2接供電電源，本安端子3、4接現(xiàn)場變送器。 在正常操作條件下，端子1、2之間所加的電壓低于最高電壓Vmax,，此時Zl和Z2處于不導(dǎo)通狀態(tài)，即開路狀態(tài)，安全柵等效于一個串聯(lián)在信號回路內(nèi)的電阻，對現(xiàn)場變送器不產(chǎn)生影響。,當(dāng)非本安端發(fā)生故障，例如在端子1、2之間因某種原因混入了高電壓，使二極管Z1、Z2反向擊穿，于是電流被分流到齊納二極管Zl和Z2支路上，把混入的高電壓限制在齊納電壓上。這樣，在安全端3、4上就不會出現(xiàn)高電壓。 當(dāng)齊納二極管導(dǎo)通以后，其電流便急劇上升(雪崩現(xiàn)象)，把串聯(lián)在電路上的熔斷絲瞬時熔斷，于是切斷了至現(xiàn)場的高壓，防止了高電壓引爆現(xiàn)場爆炸性物質(zhì)。,當(dāng)現(xiàn)場危險區(qū)發(fā)生

28、故障，例如負(fù)載短路，由于安全柵中限流電阻R1的作用，短路電流只能升到某個安全電流值，故現(xiàn)場也是安全的。 齊納安全柵的作用，實際上是不讓高電壓、或大電流傳到現(xiàn)場儀表，使現(xiàn)場儀表的能量始終在安全范圍之內(nèi)，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的本質(zhì)安全防爆。,2.5.2 本安型變送器信號傳輸導(dǎo)線長度的計算,現(xiàn)在生產(chǎn)的兩線制變送器，供電都是24VDC，按儀表最大輸出22.5mA，最小工作電壓10.5VDC算，其負(fù)載電阻為600。 對于隔爆型變送器來說，只要導(dǎo)線電阻和變送器所帶的設(shè)備電阻之和不超過600，信號傳輸導(dǎo)線的長度沒有限制。,但是對于本安型變送器來說，導(dǎo)線的長度是有限制的。因為本安是一個系統(tǒng)，不單是一臺本安儀表，還包

29、括關(guān)聯(lián)設(shè)備和外部配線在內(nèi)。關(guān) 聯(lián)設(shè)備一般都是安全柵，它對導(dǎo)線的長度是有要求的，每種安全柵上都注有最大允許電感和最大允許電容。如果導(dǎo)線的分布電容和電感加上變送器未經(jīng)保護(hù)的電容和電感超過了規(guī)定范圍，儀表系統(tǒng)便不是本安的了。,示例：有一本安變送器和安全柵組成的本安防爆系統(tǒng)。已知安全柵的最大允許電容Ca為0.13F，最大允許電感La為4.2mH，變送器電路板上的電容和電感已經(jīng)過保護(hù)，求該變送器信號傳輸導(dǎo)線的最大長度(即信號最大傳輸距離)。 設(shè)變送器信號電纜的截面積為1.5mm2，分布電容Cc為200pF/m，電感L和電阻R之比L/R=250H/。,解：安全柵和變送器連接時，變送器和連接導(dǎo)線都是安全柵的

30、負(fù)載。連接導(dǎo)線的最大允許電容Cc和電感Lc應(yīng)等于或小于安全柵的最大允許負(fù)載電感La和電容Ca減去儀表輸入端未經(jīng)保護(hù)的電容Ci和電感Li，即應(yīng)滿足下列條件： Cc CaCi (2-1) Lc LaLi (2-2) 上述兩式即為求變送器信號傳輸導(dǎo)線的最大長度的計算公式。,(1)先按式(2-1)求變送器信號線長度 已知：Ca=0.13F，Cc=200pF/m，Ci =0(因為變送器的電容和電感已經(jīng)過保護(hù))。 由于200pF/m0.13F0，得信號電纜的長度d為 d 0.13F 200pF/m= 0.13106 pF 200pF/m=650m,(2)再按式(2-2)求變送器信號線長度 已知：La=4.

31、2mH，Lc/R=250H/，Li=0。 由于250HR4.2mH0，得信號電纜的電阻R為 R4.2mH 250H/ =4.2103H 250H/=16.8,導(dǎo)線電阻公式為,式中,導(dǎo)線電阻率，查表得銅導(dǎo)線的,S導(dǎo)線截面積。已知S=1.5mm2。,于是,得 d=720m,從上面的計算中知道，按式(2-1)和式(2-2)算得的導(dǎo)線長度相差不多。為保險起見，取d=650m，即變送器信號傳輸導(dǎo)線的最大長度(信號最大傳輸距離)不應(yīng)大于650m。,2.6 防爆型儀表的選型、安裝、維護(hù)和檢修,2.6.1 選型 (1)根據(jù)儀表安裝、使用場所的危險區(qū)域來選擇儀表的防爆型式： 0區(qū)只能選ia型、s型(指專為0區(qū)設(shè)

32、計的型)； 1區(qū)可選除n型以外的其他型式； 2區(qū)所有防爆型式均可選。 (2)根據(jù)可能出現(xiàn)的可燃性氣體、蒸氣的傳爆級別和引燃溫度組別，選擇儀表的防爆等級和最高表面溫度組別。,2.6.2 安裝,(1)爆炸危險場所的儀表安裝要求 安裝在爆炸危險場所的儀表和安裝材料應(yīng)有銘牌和防爆標(biāo)志，安裝前應(yīng)檢查其型號、規(guī)格是否符合設(shè)計要求，其外部應(yīng)無損傷、裂紋。,爆炸危險場所1區(qū)內(nèi)的儀表配線，必須保證在萬一發(fā)生接地、短路、斷線等事故時，也不致形成點火源。因而電纜、電線必須用鍍鋅鋼管穿管敷設(shè)。 穿線保護(hù)管之間，保護(hù)管與接線箱、拉線盒之間，均應(yīng)采用圓柱管螺紋連接，螺紋有效嚙合部分應(yīng)在5扣以上。 螺紋處要涂導(dǎo)電性防銹脂，

33、并用鎖緊螺母鎖緊。連接處應(yīng)保證良好的電氣連續(xù)性。 在2區(qū)內(nèi)的儀表配線，一般也應(yīng)穿管，但主要是為了保護(hù)電纜、電線的絕緣層不受外傷。,保護(hù)管、匯線槽、電纜溝穿過不同等級的爆炸危險區(qū)域分界處時，應(yīng)采取密封措施(如用防爆阻火器、密封組件隔離，充填密封等)，以防止爆炸性氣體從一個危險場所串入另一個危險場所。 保護(hù)管與現(xiàn)場儀表、檢測元件、電氣設(shè)備、儀表箱、接線盒及拉線盒連接時，應(yīng)在連接處0.45m以內(nèi)安裝隔爆密封管件，必要時做充填密封。密封管件與現(xiàn)場儀表、檢測元件、電氣設(shè)備之間可采用撓性管連接。,(2)本質(zhì)安全型儀表的安裝要求,本安型儀表安裝和線路敷設(shè)，除應(yīng)按上述(1)中、項的規(guī)定執(zhí)行外，還應(yīng)符合下列規(guī)定

34、。 不同系列的本質(zhì)安全型儀表及安全柵等關(guān)聯(lián)設(shè)備不能隨便混用，必須經(jīng)有關(guān)部門鑒定，確認(rèn)其技術(shù)性能具有兼容性后方可互相替換。 本安關(guān)聯(lián)設(shè)備如安全柵、電流隔離器等，應(yīng)安裝在安全場所一側(cè)，并可靠接地。,本安線路及其附件，應(yīng)有耐久性的藍(lán)色標(biāo)志。 為防止本安系統(tǒng)的配線與本安關(guān)聯(lián)回路、一般回路的配線間發(fā)生混觸、靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而引起危險，應(yīng)采用穿管敷設(shè)。本安線路和非本安線路不應(yīng)共用同一根電纜或保護(hù)管。兩個以上不同系統(tǒng)的本安回路，也不應(yīng)共用同一根電纜(芯線分別屏蔽者除外)或共用同一根保護(hù)管(用屏蔽導(dǎo)線者除外)。 本安線路與非本安線路在同一匯線槽、電纜溝內(nèi)敷設(shè)時，應(yīng)當(dāng)用接地的金屬板或絕緣板隔離，否則應(yīng)分開排列

35、，間距大于50mm，并分別固定。,儀表盤內(nèi)本安和非本安線路的端子板應(yīng)互相分開，間距大于50mm，否則應(yīng)用絕緣板隔離，兩類線路應(yīng)分開敷設(shè)，綁扎牢固。 采用屏蔽電纜(線)時，屏蔽層不應(yīng)接到安全柵的接地端子上。 本安線路的長度應(yīng)使其分布電容和分布電感不超過儀表制造廠規(guī)定的最大允許值。 本安線路一般不應(yīng)接地，但當(dāng)需要設(shè)置信號接地基準(zhǔn)點時則接地，此接地點應(yīng)是所有本安儀表系統(tǒng)接地導(dǎo)體的單一接地點，并與電源接地系統(tǒng)分開。,(3)本安和隔爆型儀表的電纜引入裝置,電纜引入裝置是指將供電和信號電纜引入儀表接線口的一種裝置。 本安型儀表的電纜引入裝置和非防爆型儀表一樣，電纜通過防水接頭和金屬撓性管接入，或者將電纜直

36、接引至接線端。 但是隔爆型儀表不同，電纜引入裝置必須是防爆的，因為隔爆型儀表的表殼是密封的，以防表殼內(nèi)部的爆炸能量向外擴散，所以應(yīng)采用防爆型電纜密封接頭。,防爆型電纜密封接頭一般有兩種型式：一種是電纜布線密封接頭，另一種是鋼管布線密封接頭,圖2-2 防爆型電纜密封接頭,(a)電纜布線密封接頭； (b)鋼管布線密封接頭,1壓緊螺母；2金屬墊圈； 3橡膠密封圈；4聯(lián)通節(jié),兩種布線安裝方式都是先將聯(lián)通節(jié)4擰入儀表的接線口，然后通過壓緊螺母1將金屬墊圈2和橡膠密封圈3緊緊壓住。這樣，穿過墊圈和密封圈的電纜就被擠緊和密封，阻止了儀表殼體內(nèi)外的連通。 不同的電纜密封接頭適配不同的電纜直徑，如果電纜太細(xì)，就不可能擠緊和密封；太粗，則無法從墊圈和密封圈中穿過。,(4)關(guān)于充填密封,充填密封又稱灌膠密封或膠泥密封，即灌入膠泥進(jìn)行的密封。 下屬場合須對防爆型電纜密封接頭做充填密封： 由于電纜直徑和密封接頭直徑不配套，小于密封接頭直徑而出現(xiàn)松動、縫隙時；23根電纜同時經(jīng)一個密封接頭接入時。,2.6.3 維護(hù)和檢修,(1)在爆炸危險場所進(jìn)行儀表維護(hù)時的注意事項 應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查維護(hù)，檢查時應(yīng)察看儀表外觀、環(huán)境(溫度、濕度、粉塵、腐蝕)、振