儀表本安防爆技術(shù)

1、第五章 儀表防爆安全技術(shù),1.爆炸性物質(zhì)分類,在我國(guó)，爆炸性物質(zhì)分為三類： I類：礦井甲烷； II類：爆炸性氣體混合物； III類：爆炸性粉塵和纖維,II類爆炸性氣體分級(jí),a.爆炸性氣體分組,b.可燃性氣體出現(xiàn)的可能性分組,按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻度、持續(xù)時(shí)間和危險(xiǎn)程度，又可將危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分成不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū),1）0區(qū)：在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)、頻繁或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所。 （2）1區(qū)：在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能存在的場(chǎng)所。 （3）2區(qū)：在正常情況下，爆炸性氣體混合物不可能出現(xiàn)或偶爾、短時(shí)間存在的場(chǎng)所,2.危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆技術(shù),我國(guó)對(duì)電氣設(shè)備的防爆型式劃分為以下八種,1）隔爆型儀表具有

2、防爆外殼，儀表的電路和接線 端子全部位于防爆殼內(nèi),在非通電運(yùn)行情況下進(jìn)行開殼檢修或調(diào)整,2）本安型儀表的全部電路均為本質(zhì)安全電路,安全可靠性高，可在帶電工況下進(jìn)行維護(hù)和調(diào)整,電氣設(shè)備的防爆等級(jí)按照“Ex”、防爆型式、氣體級(jí)別和溫度組別的順序進(jìn)行標(biāo)記 . 防爆標(biāo)志Exd II BT3 表示隔爆型設(shè)備適用于氣體組別不高于II類B級(jí)，氣體引燃溫度不低于T3（200）的危險(xiǎn)場(chǎng)所,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,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),表4-1

3、 爆炸性混合物的最小引爆電流,本質(zhì)安全是通過(guò)限制電火花和熱效應(yīng)兩個(gè)可能的點(diǎn)燃源的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的,5.2 本質(zhì)安全防爆技術(shù),1. 本安防爆技術(shù)的基本原理,1）在電路設(shè)計(jì)上，對(duì)處于危險(xiǎn)場(chǎng)所的回路，選擇適當(dāng)?shù)腞、L、C，借以限制火花能量，使其只產(chǎn)生安全火花；同時(shí)，在較大R、L、C回路中并聯(lián)二極管以消除不安全火花； （2）在儀表品種中增加安全單元安全柵，從而對(duì)安全場(chǎng)所的高能量進(jìn)行限制和隔離，使其不會(huì)竄到危險(xiǎn)場(chǎng)所,本安型防爆儀表必須限制能量，措施,2. 本安儀表的分類,1）根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1，本安儀表可以分為兩類： I類：煤礦用本安儀表； II類：工廠用本安儀表。 （2）按本安儀表及關(guān)聯(lián)設(shè)備使用

4、場(chǎng)所的安全程度可分為ia和ib兩個(gè)級(jí)別。 ia級(jí)儀表：在最大考慮兩個(gè)計(jì)數(shù)故障情況下不會(huì)產(chǎn)生安全失效。 ib級(jí)儀表：僅考慮儀表產(chǎn)生一個(gè)故障時(shí)不會(huì)產(chǎn)生安全失效。 （3）本安儀表的溫度組別是允許儀表可能產(chǎn)生的最高表面溫度，它不能高于危險(xiǎn)氣體自燃溫度最小值，也被劃分為T1T6六個(gè)組別,電阻式安全柵 在信號(hào)通路上串聯(lián)一定電阻，起限流作用。其缺點(diǎn)是正常信號(hào)也衰減，且防爆定額低,5.3安全柵,如熱電偶溫度變送器的輸入端,安全柵（又稱防爆柵）是傳遞正常信號(hào)，是防止危險(xiǎn)電能從控制系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表的安全保護(hù)器,齊納式安全柵,R限流電阻 FU1、FU2快速熔斷器 Hr氬放電管 VS1、VS2齊納二極管,存在的

5、問(wèn)題,有兩點(diǎn)以上接地，會(huì)造成信號(hào)通過(guò)大地短路或形成干擾（除安全柵接地外，相連儀表也有接地,R1、R2對(duì)儀表正常的工作仍有影響，阻值過(guò)大影響儀表的恒流特性，過(guò)小起不到限流作用,用二極管VD1、VD2進(jìn)行限壓，用電阻R1、R2及熔斷絲F進(jìn)行限流,2）由VD1VD4和F1 F2組成限壓電路。背靠背的齊納管中點(diǎn)接地，改直接接地為保護(hù)時(shí)接地,1）用晶體管限流電路取代固定電阻。VT3工作于零偏壓，作為恒流源向VT1提供足夠的基極電流，保證信號(hào)在420mA范圍內(nèi)VT1處于飽和狀態(tài),改進(jìn)后的齊納式安全柵,正常時(shí)VT1飽和導(dǎo)通 VR1 = 0.1 0.5V VT2不通,過(guò)流時(shí)VR 1 0.6V VT2導(dǎo)通，分流

6、VT3的電流,VT1退飽和 Vce1呈現(xiàn)較高的電阻,要求快速熔斷絲熔斷時(shí)間1mS,工作原理,過(guò)壓時(shí)VD1 VD4中至少有一個(gè)被擊穿，限壓并接地,它由光耦合器件、I/f轉(zhuǎn)換器、f/I轉(zhuǎn)換器和限流、限壓電路組成,光電隔離式安全柵,危險(xiǎn)側(cè)與安全側(cè)的一切聯(lián)系都通過(guò)電磁轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行,變壓器隔離式安全柵,隔離式安全柵 用變壓器作為隔離元件，分別將輸入、輸出和電源進(jìn)行隔離，可以對(duì)二線制變送器進(jìn)行隔離供電。因而分檢測(cè)端安全柵和執(zhí)行端安全柵。 1 檢測(cè)端安全柵 檢測(cè)端安全柵在向變送器提供電源的同時(shí)，將變送器的測(cè)量信號(hào)經(jīng)隔離變壓器傳給控制室儀表,檢測(cè)端安全柵是一個(gè)傳遞系數(shù)為1的傳送器，電源、變壓器、控制室儀表之間

7、用磁耦合，電路上是隔離的。簡(jiǎn)化原理圖如圖所示,2）晶體管限壓限流電路 串聯(lián)使用了兩套完全相同的限壓限流電路：VT3、VT4和VD15；VT5、VT6和VD16。 正常工作時(shí)VT4、VT6飽和，VT3、VT5截止,電源出現(xiàn)過(guò)電壓 VD15擊穿（30V）,VT3飽和,Vce30,VT4截止,VAB 限壓,晶體管限壓限流電路原理,變送器出現(xiàn)過(guò)電流,VR6 0.6V,VT3導(dǎo)通，分流,VT4退飽和,Vce4 限流,2 執(zhí)行端安全柵 用于控制室中調(diào)節(jié)器和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器之間，是420mA調(diào)節(jié)信號(hào)送往現(xiàn)場(chǎng)的安檢通道。與檢測(cè)端安全柵的區(qū)別： 信號(hào)傳輸方向相反， 不需給現(xiàn)場(chǎng)供電。 電路原理基本相似,5.4本安防爆系

8、統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,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,5.4.1本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求,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(guò)信號(hào)線傳入的能量是否安全則無(wú)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(guò)安全柵（防爆柵,現(xiàn)場(chǎng)本安儀表（如變送器、執(zhí)

9、行器） 連線電纜 關(guān)聯(lián)設(shè)備，常采用安全柵,1.本安防爆系統(tǒng)組成,1）現(xiàn)場(chǎng)本安儀表,表征儀表本安性能的參數(shù)主要包括：本安儀表在故障狀態(tài)下的最高輸入電壓Ua、最大輸入電流Ia、最大輸入功率Pa；本安儀表的最大內(nèi)部等效電容Ca、最大內(nèi)部等效電感La等,表征電纜本安性能的參數(shù)包括：電纜最大允許分布電容Cc、電纜最大允許分布電感Lc,2）連接電纜,3）關(guān)聯(lián)設(shè)備,表征關(guān)聯(lián)設(shè)備本安性能的基本參數(shù)包括：關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下的最高開路電壓Us、最大短路電流Is、最大功率Ps、允許的最大外部電容Cs和最大外部電感Ls,1）現(xiàn)場(chǎng)本安儀表的防爆標(biāo)志級(jí)別不能高于關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）的防爆標(biāo)志級(jí)別。 （2）關(guān)聯(lián)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)本安儀表之間必須同時(shí)滿足以下關(guān)系： （3）連接電纜長(zhǎng)度的分布參數(shù)必須同時(shí)滿足以下關(guān)系,2.本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求,1.本安現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng),5.4.2現(xiàn)場(chǎng)總線本安防爆技術(shù),1）關(guān)聯(lián)設(shè)備,采用隔離式安全柵,2）本安現(xiàn)場(chǎng)儀表,本安現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于降低每臺(tái)設(shè)備工作所需