電氣設(shè)備防爆基本知識

1、 在石油、化工、冶金、制藥、天然氣等生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)具有爆炸性物質(zhì)存在的危險(xiǎn)場所，這些場所使用的電氣設(shè)備必須遵 循有關(guān)爆炸性環(huán)境用的國家標(biāo)準(zhǔn)，并取得國家授權(quán)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。針對于集團(tuán)相關(guān)工廠而言，主要是浸出車間、生物柴油車間、氫化車間、脂肪酸車間、脂肪醇車間、制氫車間。代表性物質(zhì)物質(zhì)分組體系點(diǎn)燃特性中國 /IEC/ 歐洲國家GB3836.1/IEC60079-0/EN50014北美（美國、加拿大）NEC500乙炔 C級級 A組 易 難氫氣 C級級 B組乙烯 B 級級 C組 丙烷 A級 級 D組 甲烷(煤礦)（無分組）金屬粉塵待定（）級 E 組 煤塵級 F組農(nóng)業(yè)粉塵級 G組纖維（毛、棉屑）按照

2、我國國家防爆標(biāo)準(zhǔn) GB3836.1-2000 的有關(guān)規(guī)定,電氣設(shè)備的溫度組別與設(shè)備允許最高表面溫度和適用氣體引燃溫度的關(guān)系如下： 溫度組別最高表面溫度適用危險(xiǎn)氣體引燃溫度 T （）電氣安全性能T1 450450 T 低 高T2 300300 TT3 200200 TT4 135135 TT5 100100 TT6 8585 T中國、歐洲、IEC 及北美對危險(xiǎn)場所分類進(jìn)行區(qū)域劃分描述。具體表示如下： 中國的描述爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長時(shí)間存在在正常運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境在正常運(yùn)行時(shí)，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境，如出現(xiàn)也是偶爾發(fā)生并且僅是短時(shí)間存在參考標(biāo)準(zhǔn)（文獻(xiàn)）歐洲的量化描述 1000

3、小時(shí) / 年10 1000 小時(shí) / 10 小時(shí) / 年中國 / 歐洲/IEC 氣體Zone 0Zone 1Zone 2GB3836.14-2000IEC60079-10:2002EN1127-1中國 / 歐洲/IEC 粉塵Zone 20Zone 21Zone 22IEC61241-3:1997北美的描述在正常運(yùn)行條件下，連續(xù)地、間斷地或周期性地存在易燃?xì)怏w或蒸汽并達(dá)到危險(xiǎn)濃度危險(xiǎn)氣體、蒸汽僅在其容器或系統(tǒng)偶然破裂或發(fā)生故障時(shí)，或設(shè)備異常運(yùn)行時(shí)才能釋放形成危險(xiǎn)北美氣體或固體Division 1Division 2NECArticle 500-3(c) 目前我國可以接受的防爆型式如下: 防爆技術(shù)

4、防爆型式防爆標(biāo)準(zhǔn)及符號技術(shù)措施典型應(yīng)用隔離措施充油型o(GB3836.6)隔離存在的點(diǎn)火源變壓器、開關(guān)裝置正壓型p(GB3836.5)設(shè)法防止產(chǎn)生點(diǎn)火源控 制 室 、 儀 表 盤 、 馬達(dá) 、分 析儀 器 充砂型q(GB3836.7)限制點(diǎn)火源的能量儀表裝置澆封型m(GB3836.9)把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔開儀 表、 控 制 裝置 特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增安型e(GB3836.3)把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔開馬達(dá) 、 照 明燈 具、 接 線盒 n 型n(GB3836.8)把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔開馬達(dá)、燈具本質(zhì)安全型ia/ib(GB3836.4)限制點(diǎn)火源的能量儀表、控制裝置防爆保護(hù)外殼隔爆型d(GB3836.2

5、)隔離存在的點(diǎn)火源開關(guān)裝置、馬達(dá)、泵、閥、儀表、控制裝置特殊設(shè)計(jì)氣密型h(GB3836.10)用外殼保護(hù)和限制表面溫度氣體探測器工業(yè)領(lǐng)域自動化控制的電氣設(shè)備防爆最常用型式是：本質(zhì)安 全型、隔爆型和增安型。本質(zhì)安全型是唯一可適用于 0 區(qū)的防爆 技術(shù)。 本安防爆技術(shù)的基本原理本安防爆技術(shù)的基本原理是從限制能量入手，可靠地將電路 中的電壓和電流限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，以保證電氣設(shè)備在正 常工作或發(fā)生短接和元器件損壞等故障情況下產(chǎn)生的電火花和熱 效應(yīng)不致于引起其周圍可能存在的危險(xiǎn)氣體的爆炸。這類電氣設(shè) 備稱為本安電氣設(shè)備。 本安電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕； 可帶電維護(hù)、標(biāo)定和更換零件；不會因?yàn)?/p>

6、外結(jié)構(gòu)件損壞等原因降低電氣設(shè)備的安全可靠性；它是一種“弱電”技術(shù)，現(xiàn)場的應(yīng)用不會引起觸電傷亡等事故的發(fā)生；是唯一可適用于 0 區(qū)危險(xiǎn)場所的防爆技術(shù)； 簡單設(shè)備（如熱電阻、熱電偶等）不需特別認(rèn)證即可接入本安防爆回路系統(tǒng)。本安防爆技術(shù)的特點(diǎn)本安電氣設(shè)備的安全等級本安電氣設(shè)備及關(guān)聯(lián)設(shè)備，按其使用場所或相連場所的安全程度可分為ia和ib二個(gè)安全等級。ia 級是指在正常工作、一個(gè)計(jì)數(shù)故障和兩個(gè)計(jì)數(shù)故障情況下均不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物。ia 級的本安電氣設(shè)備可用在 0 區(qū)、1 區(qū)、2 區(qū)危險(xiǎn)場所。ib級是指在正常工作和一個(gè)計(jì)數(shù)故障情況下不能點(diǎn)燃爆炸性 氣體混合物。ib 級的本安電氣設(shè)備可用在 1 區(qū)、2

7、區(qū)危險(xiǎn)場所。 本安電氣設(shè)備溫度等級設(shè)備溫度等級規(guī)定了設(shè)備表面的最高允許溫度值。 設(shè)備溫度等級一定要小于使用在該危險(xiǎn)場所環(huán)境中可燃物質(zhì)的點(diǎn)燃溫度，否則會引起燃燒爆炸。溫度組別對照表電氣設(shè)備最高表面溫度( )45030020013510085溫度組別T1T2T3T4T5T6本安電氣設(shè)備防爆標(biāo)志 本安電氣設(shè)備防爆標(biāo)志關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）防爆標(biāo)志 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu) 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)： 國家標(biāo)準(zhǔn) GB3 836. 1-20 00爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第1 部分：通用要求（eqv IEC 60079-0：1998）和GB3836.4-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第4 部分：本質(zhì)安全型“i”（eqv IE

8、C60079-11：1999）國家標(biāo)準(zhǔn)是等效采用 IEC 60079 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于 2000-10-17 發(fā)布，2001-06-01 實(shí)施，替代原來的 GB3836-1983 標(biāo)準(zhǔn)。認(rèn) 證 機(jī) 構(gòu)和 認(rèn) 證標(biāo) 志： 國家級儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗(yàn)站（NE P SI ）。她是行使國內(nèi)及進(jìn)口儀器儀表防爆產(chǎn)品安全監(jiān)督和檢驗(yàn)認(rèn)可 工作的歸口單位。并分別與美國工廠聯(lián)研會（FMRC）、德國聯(lián)邦物 理技術(shù)研究院(PTB)等國外機(jī)構(gòu)取得防爆認(rèn)證技術(shù)互認(rèn)（參見網(wǎng)址 WWW.NEPSI.COM）。國外 認(rèn) 證機(jī) 構(gòu) 的認(rèn)證 標(biāo)志： 歐洲國家：美國：加拿大本安回路系統(tǒng)的基本構(gòu)成 本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)簡稱為本安回路系統(tǒng)

9、 簡單設(shè)備根據(jù)制造商的技術(shù)條件，電氣參數(shù)值均不超過 1.2V,0.1A,25mW,20 J 的電氣設(shè)備，它們無需防爆認(rèn)證?？梢宰杂傻嘏渲?在本安回路中。如：電阻（包括可變電阻）、發(fā)光二極管、開關(guān)、 熱電偶、熱電阻、應(yīng)變儀?，F(xiàn) 場 本 安 電 氣 設(shè)備簡單設(shè)備和一般本安設(shè)備。一般本安設(shè)備具有儲能元件，是需要防爆認(rèn)證的本安電氣設(shè)備，如變送器、接近開關(guān)等。本安設(shè)備本安性能認(rèn)證參數(shù)本安設(shè)備本安性能參數(shù)在防爆認(rèn)證給出, 參數(shù)含義如下：最高輸入電壓最高輸入電壓( Ui ): 施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上, 而不會使本質(zhì)安全性能失效的最高電壓( 交流峰值或直流) 。最大輸入電流最大輸入電流(Ii ):施加到

10、本質(zhì)安全電路連接裝置上,而不會 使本質(zhì)安全性能失效的最大電流( 交流峰值或直流) 。最大輸入功率最大輸入功率( Pi ): 當(dāng)電氣設(shè)備與外電源連接不使本質(zhì)安全 性能失效時(shí),可能在電氣設(shè)備內(nèi)部消耗的本質(zhì)安全電路的最大輸入 功率。最大內(nèi)部等效電容最大內(nèi)部等效電容( Ci ): 通過電氣設(shè)備連接裝置出現(xiàn)的電氣設(shè)備總等效內(nèi)電容。最大內(nèi)部等效電感最大內(nèi)部等效電感( Li ): 通過電氣設(shè)備連接裝置出現(xiàn)的電氣設(shè)備總等效內(nèi)電感。 裝有本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路, 且結(jié)構(gòu)使非本質(zhì)電路不能對本質(zhì)安全電路產(chǎn)生不利影響的電氣設(shè)備。安全柵本安性能認(rèn)證參數(shù)由產(chǎn)品防爆認(rèn)證時(shí)給出，參數(shù)含 義如下： 最高電壓最高電壓( 交

11、流有效值或直流交流有效值或直流 U m )：施加到關(guān)聯(lián)設(shè)備非本質(zhì)安全連接裝置上, 而不會使本質(zhì)安全性能失效的最高電壓。 安全柵本安性能認(rèn)證參數(shù)： 最高輸出電壓最高輸出電壓( Uo ): 在開路條件下, 在設(shè)備連接裝置施加電壓達(dá)到最高電壓(包括 U i和 U m )時(shí),可能出現(xiàn)的本質(zhì)安全電路的最高輸出電壓( 交流峰值或直流) 。 最大輸出電流最大輸出電流( Io): 來自電氣設(shè)備連接裝置的本質(zhì)安全電路的最大電流( 交流峰值或直流) 。 最大輸出功率最大輸出功率( Po ): 能從電氣設(shè)備獲得的本質(zhì)安全電路最大功率。 最大外部電容最大外部電容( Co ): 可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上, 而不會使

12、本質(zhì)安全性能失效的本質(zhì)安全電路的最大電容。 最大外部電感最大外部電感( Lo ): 可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上, 而不 會使本質(zhì)安全性能失效的本質(zhì)安全電路的最大電感。連接電纜 連接電纜存在分布電容和分布電感, 使連接電纜成為儲能元 件。它的本安性能的基本參數(shù)如下:k K電纜最大允許分布電容C =C L c k 電纜最大允許分布電感L =L L c k 式中 C - 電纜單位長度分布電容; L - 電纜單位長度分布電感; L - 實(shí)際配線長度。一般符合本安性能的電纜參數(shù):kC 0.1154 F/kmL 0.20mH/km k本安回 路 系統(tǒng)參數(shù) 防 爆認(rèn)證 為保證設(shè)備的安全正常使用, 本安回路

13、系統(tǒng)各配置間必須滿 足以下條件。、本安電氣設(shè)備的防爆標(biāo)志級別不能高于安全柵的防爆標(biāo)志級別。、關(guān)聯(lián)設(shè)備、本安電氣設(shè)備與連接電纜認(rèn)證參數(shù)之間要符合以下不等式。 安全 柵 參 數(shù) 安全參 數(shù) 匹 配 條件 本 安 儀 表 參 數(shù) + 電 纜 參 數(shù) Uo Ui Io Ii Po Pi Co Ci+CcLo Li+Lc具體計(jì)算參照Section_11 4-ATEX_IS_Calculations.pdf，計(jì)算格式參照isIS-AI Loop Calculation REV01.xls。 安全柵主要有齊納式安全柵和隔離式安全柵兩大類。 齊納式安全柵 齊納式安全柵采用在電路回路中串聯(lián)快速熔斷絲、限流電 阻

14、和并聯(lián)限壓齊納二極管實(shí)現(xiàn)能量的限制，保證危險(xiǎn)區(qū)儀表與安 全區(qū)儀表信號連接時(shí)安全限能，見下圖 。它采用器件非常少、體 積小、價(jià)格低，但也有一些致命的缺陷，使應(yīng)用范圍受到較大的 限制。目前采用顯下降趨勢。 安全側(cè)安全側(cè) 、使用齊納式安全柵，工廠必須要有專門的本安接地系統(tǒng)，本安電路的接地電阻必須小于 1 。 、使用齊納式安全柵，危險(xiǎn)區(qū)現(xiàn)場本安儀表必須為隔離型 的， 非 隔離 型 的 儀 表 不能 采 用。 、使用齊納式安全柵，對供電電源電壓影響非常大，電 源電壓的波動可能會使齊納二極管的電流泄漏，從而引起信號的 誤差或者發(fā)出錯(cuò)誤電平，嚴(yán)重時(shí)會使快速保險(xiǎn)絲燒斷而永久損壞， 按規(guī)定齊納式安全柵內(nèi)部齊納管

15、、限流電阻、保險(xiǎn)絲整體澆封，一 旦損壞無法修復(fù)。 、使用齊納式安全柵，信號負(fù)極均要接至本安接地，這樣 大大降低系統(tǒng)信號抗干擾能力，影響系統(tǒng)的可靠性，特別對 DCS 系統(tǒng)影響尤為突出。 隔離式安全柵不但有限能功能，還有隔離功能，它主要由回 路限能單元、信號和電源隔離單元、信號處理單元組成。其基本 功能框圖見圖：危險(xiǎn)側(cè) 安全側(cè) 、隔離式安全柵與齊納式安全柵相比，雖然價(jià)格要高一 些，但是它許多優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)還是給用戶帶來許多方便，使越來越 多用戶偏向的選擇隔離式安全柵。 、使用隔離式安全柵，可以將危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場回路信號和安全區(qū)回路信號有效隔離。這樣本安自控系統(tǒng)不需要本安接地系統(tǒng)，簡化 了 本 安防 爆系

16、統(tǒng)應(yīng) 用 時(shí) 的施 工。 、使用隔離式安全柵，大大增強(qiáng)了檢測和控制回路的抗 干擾 能 力 ， 提 高 系 統(tǒng)可 靠 性。 、使用隔離式安全柵，允許現(xiàn)場儀表接地，允許現(xiàn)場儀表為非隔離型的。 、隔離式安全柵有許多保護(hù)功能電路，意外損壞的可能性 較小，允許現(xiàn)場儀表帶電檢修，這樣可縮短工程開車準(zhǔn)備時(shí)間和 減少停車時(shí)間。 、隔離式安全柵有較強(qiáng)的信號處理能力。如開關(guān)量輸入 狀態(tài)控制、mV、Pt100 變?yōu)?420mA 等等。這樣給現(xiàn)場儀表和控制 系統(tǒng)的應(yīng)用提供了更大的方便、合理和有效。 、當(dāng)用戶同時(shí)應(yīng)用 DCS 和 ESD 時(shí)，選用一進(jìn)二出的安全柵，可以有效地將兩個(gè)系統(tǒng)隔離開來，避免系統(tǒng)之間互相影響。 、

17、回路供電隔離式安全柵既保持有源隔離式安全柵的優(yōu)點(diǎn)， 又有齊納式安全柵一樣的接線方便，不需要另外24V 電源供電，特 別適合配 I /O 卡直接供電的 D CS 系統(tǒng)。 本安電氣設(shè)備的選用原則 簡單設(shè)備: 按照 GB3836.4-2000 防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 對于電壓不超過 1.2V、 電流不超過 0.1 A,且其能量不超過 20 J 或功率不超過 25mW 的 電氣設(shè)備可視為簡單設(shè)備, 其中最常見的儀表設(shè)備有熱電偶、熱 電阻、pH 電極、應(yīng)變片和開關(guān)等, 它們的典型特點(diǎn)是儀表設(shè)備的內(nèi)部等效電感 Li =0,內(nèi)部等效電容 Ci =0。 、 是否已按照 GB3836.1-2000 和 GB3836.4

18、-2000 要求設(shè)計(jì)并已被國家授權(quán)的防爆檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)認(rèn)可的本安電氣設(shè)備。 、 防爆標(biāo)志規(guī)定的等級是否適用于使用的危險(xiǎn)場所的安全 要求 。 、明確 Ui、Ii、Pi、Ci 和 Li 認(rèn)證參數(shù)。 、本安電路是否接地或接地部分的本安電路是否與安全柵接口部分的電路加以有效隔離。 、 信 號 傳 輸 是以 何 種 方 式進(jìn)行 。 、本安電氣設(shè)備的最低工作電壓及回路正常工作電流。 、安全柵的防爆標(biāo)志等級必須不低于本安電氣設(shè)備的防爆標(biāo) 志 的等 級。 、確定安全柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安電氣設(shè) 備的最低工作電壓。 、安全柵的本安端安全參數(shù)能夠滿足本安參數(shù)防爆認(rèn)證的要求。 、根據(jù)本安電氣設(shè)備的電源極性及信號

19、傳輸方式選擇與之相匹配的安全柵。 、避免安全柵的漏電流影響本 安現(xiàn)場設(shè)備的正常工作。 、安全柵有兩大類，一類為齊納式安全柵，另一類為隔 離式安全柵（它們之間區(qū)別見 其性能介紹）。 用于本安系統(tǒng)中連接本安電氣設(shè)備與安全柵的連接電纜，其 分布參數(shù)在一定程度上決定了本安系統(tǒng)的合理性及使用范圍,因此 必須符合以下條件。 、連接電纜規(guī)格 連接電纜為銅芯絞線, 且每根芯線的截面積不小于 0 . 5 mm 2 。 介質(zhì)強(qiáng)度應(yīng)能承受 2 倍本安電路的額定電壓, 但不低于 5 00V 的耐壓試驗(yàn)。 、連接電纜長度的限制 在本安回路系統(tǒng)中, 現(xiàn)場本安儀表和連接電纜同為安全柵的 負(fù)載,當(dāng)安全柵與現(xiàn)場本安儀表選定后,也就決定了連接電纜的長 度。其具體方法如下： 根據(jù) Cc Co -Ci 和 Lc Lo -Li 公式計(jì)算電纜的最大外部分布參數(shù); 按照 L=Cc/Ck 和 L=Lc/Lk公式分別計(jì)算電纜長度,取兩者中的小值作為實(shí)際配線長度 L, 但多芯電纜, 應(yīng)考慮相互疊加影響。 、參考:KVV 電纜參數(shù)：Ck=0.115 /km,Lc=0.20mH/km。本安系統(tǒng)現(xiàn)場布線原則 、整個(gè)系統(tǒng)的接 線必須按檢驗(yàn) 機(jī)構(gòu)認(rèn)可的系 統(tǒng)組成。 、慎防本安回路與非本安回路混觸。 、從控制室到現(xiàn)場的本安電纜與非本安電纜分別敷設(shè)在各 自的匯線槽內(nèi),中間用隔板