主要內(nèi)容,5.1,防爆基礎(chǔ)理論,5.2,本質(zhì)安全防爆技術(shù),5.3,安全柵,5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,第五章 儀表本安防爆技術(shù),5.1,安全防爆的基本概念,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)境爆炸性環(huán)境分類：國(guó)際電工委員會(huì)劃分方法、北美劃分方法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)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,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5.1,防爆基礎(chǔ)理論,-,爆炸性物質(zhì)分類,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。

5.1,防爆基礎(chǔ)理論,-,爆炸性物質(zhì)分類,氣體名稱,甲烷,丙烷,乙烯,氫氣,乙炔,IEC,標(biāo)準(zhǔn),I,II A,II B,II C,北美標(biāo)準(zhǔn),D,C,B,A,點(diǎn)燃特性,難,易,爆炸性氣體分組,5.1,防爆基礎(chǔ)理論,-,爆炸性物質(zhì)分類,爆炸性氣體的引燃溫度的組別劃分,溫度是爆炸性氣體產(chǎn)生爆炸的重要點(diǎn)燃源由于自燃點(diǎn)不同，當(dāng)溫度超過(guò)某氣體引燃溫度時(shí)，在無(wú)任何外界點(diǎn)火源時(shí)，氣體會(huì)點(diǎn)燃溫度組別,T1,T2,T3,T4,T5,T6,引燃溫度,t,（,）,450,300t450,200t300,135t200,100t135,85t100,點(diǎn)燃特性,難,易,5.1,防爆基礎(chǔ)理論,-,爆炸性物質(zhì)分類,危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分為,0,區(qū)、,1,區(qū)、,2,區(qū)三個(gè)區(qū)域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)所危險(xiǎn)性最大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5.1,防爆基礎(chǔ)理論,-,危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆技術(shù),一般將所有可能存在產(chǎn)生點(diǎn)燃源的電氣設(shè)備安裝在安全場(chǎng)所必須安裝在危險(xiǎn)區(qū)域的電氣設(shè)備，必須具有防爆措施。

只有當(dāng)具有潛在爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中，同時(shí)具備,點(diǎn)燃源、爆炸性物質(zhì)、空氣,時(shí)，才可能產(chǎn)生爆炸5.1,防爆基礎(chǔ)理論,-,危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆技術(shù),電氣設(shè)備防爆形式,代號(hào),技術(shù)措施,適用區(qū)域,隔爆型,d,隔離存在的點(diǎn)火源,1,區(qū),增安型,e,設(shè)法防止點(diǎn)火源,1,區(qū),本質(zhì)安全型,ia,，,ib,限制點(diǎn)火源的能量,0,區(qū)，,1,區(qū),正壓型,p,把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔開(kāi),1,區(qū),充油型,o,把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔開(kāi),1,區(qū),充砂型,q,把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔開(kāi),1,區(qū),無(wú)火花型,n,設(shè)法防止產(chǎn)生點(diǎn)火源,2,區(qū),澆封型,m,設(shè)法防止產(chǎn)生點(diǎn)火源,1,區(qū),電氣設(shè)備防爆型式,5.1,防爆基礎(chǔ)理論,-,危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆技術(shù),（,1,）,隔爆型儀表,具有防爆外殼，儀表的電路和接線端子全部位于防爆殼內(nèi)防爆外殼能承受儀表內(nèi)部因故障產(chǎn)生爆炸性氣體混合物的爆炸壓力，并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物傳播適用于,1,區(qū)和,2,區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所，且要求在非通電運(yùn)行情況下進(jìn)行開(kāi)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，電路中的電壓和電流被限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，以保證儀表在正常工作或發(fā)生短路和元器件損壞等故障情況下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不會(huì)引起周圍爆炸性氣體混合物爆炸。

5.1,防爆基礎(chǔ)理論,-,危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆技術(shù),本安設(shè)備適用于氣體組別不高于,II,類,C,級(jí)，氣體引燃溫度不低于,T4,（,135,）的,0,區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆標(biāo)志,Ex,d II B T3,防爆型式,氣體級(jí)別,溫度組別,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)所防爆標(biāo)志,Exia,II CT4,5.2,本質(zhì)安全防爆技術(shù),引起爆炸性危險(xiǎn)氣體爆炸的主要點(diǎn)燃源,:,電火花和熱效應(yīng),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)燃源能量來(lái)實(shí)現(xiàn)它是唯一可適用于,0,區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所的防爆技術(shù)DDZ-,儀表中屬于本安防爆儀表的有：差壓變送器、溫度（毫伏）變送器、電,/,氣轉(zhuǎn)換器、電閥門(mén)和安全柵等5.2,本質(zhì)安全防爆技術(shù),-,基本原理,抑制點(diǎn)火能量方法,:,（,1,）對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所的回路，,選擇適當(dāng)?shù)?R,、,L,、,C,，,限制其火花能量；在回路中并聯(lián)二極管以消除不安全火花；,（,2,）加入,安全柵,，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電火花或熱效應(yīng)的能量小于最小點(diǎn)燃能量，將電路中的電壓和電流限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。

保證危險(xiǎn)場(chǎng)所的儀表不產(chǎn)生非安全火花,保證安全場(chǎng)所的不安全火花到不了危險(xiǎn)場(chǎng)所,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）5.2,本質(zhì)安全防爆技術(shù),-,分類,I,類,：煤礦用本安儀表；,II,類,：工廠用本安儀表使用場(chǎng)所的安全程度,ia,級(jí)儀表,：在最大兩個(gè)故障下不會(huì)產(chǎn)生安全失效ib,級(jí)儀表,：儀表產(chǎn)生一個(gè)故障時(shí)不會(huì)產(chǎn)生安全失效溫度組別：,T1,T6,5.2,本質(zhì)安全防爆技術(shù),-,設(shè)計(jì)要求,（,1,）必須,把本安電路與非本安電路完全、可靠隔離,；,（,2,）本安電路中所有器件或?qū)Ь€的,最高表面溫度不大于所規(guī)定的組別溫度,要求；,（,3,）電路在規(guī)定等級(jí)相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)定時(shí)，,不點(diǎn)燃相應(yīng)的爆炸性氣體混合物,5.3,安全柵,-,安裝在安全場(chǎng)所，是,安全場(chǎng)所儀表,（如調(diào)節(jié)器、計(jì)算機(jī)、顯示記錄儀等）和,危險(xiǎn)場(chǎng)所儀表,（如變送器等）的關(guān)聯(lián)設(shè)備，傳輸信號(hào),-,控制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量在爆炸氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下5.3,安全柵,-,基本形式,（,1,）電阻式安全柵,精確、可靠、小型和價(jià)廉；防爆額定電壓低。

利用電阻的限流作用，把流入危險(xiǎn)側(cè)的能量限制在臨界值以下限流電阻要挨個(gè)計(jì)算，數(shù)值太大會(huì)影響回路原有性能，數(shù)值太小達(dá)不到防爆要求5.3,安全柵,-,基本形式,（,2,）齊納式安全柵,體積小、重量輕、工作可靠、防爆定額高；通用性好，價(jià)格便宜；快速熔斷器制作困難且工藝和材料要求都較高利用齊納二極管的反向擊穿性構(gòu)成,齊納式二極管,齊納二極管,zener,diodes(,又叫穩(wěn)壓二極管,):,此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件,.,在這臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值,在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來(lái)分檔的,因?yàn)檫@種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用,.,其伏安特性,穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用,通過(guò)串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓齊納二極管不同于鍺二極管的是：如果反向電壓，有時(shí)簡(jiǎn)稱為“偏壓”增加到某個(gè)特殊值，對(duì)于一個(gè)微小偏壓的變化，就會(huì)使電流產(chǎn)生一個(gè)可觀的增加引起這種效應(yīng)的電壓稱為“擊穿”電壓或“齊納”電壓5.3,安全柵,-,基本形式,（,3,）光電隔離式安全柵,良好的重復(fù)性、高線性度和低漂移性，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,為安裝在危險(xiǎn)側(cè)的二線制變送器提供隔離電源，供電電路帶有限壓、限流電路，防止了因電源電壓故障引起過(guò)電壓、過(guò)電流。

5.3,安全柵,-,基本形式,良好的重復(fù)性、高線性度和低漂移性，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,光電隔離式安全柵將變送器輸出的,4-20mA,電流轉(zhuǎn)換成,1-5kHz,的頻率，再通過(guò)光耦合器件耦合到安全柵，然后利用,f/I,轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成,4-20mA,電流由于危險(xiǎn)側(cè)與安全柵之間只有光的耦合而無(wú)電的聯(lián)系，且光耦合器件具有數(shù)千伏以上的高隔離電壓，所以即使在安全側(cè)產(chǎn)生高電壓時(shí)，也不會(huì)傳輸?shù)轿ｋU(xiǎn)側(cè)5.3,安全柵,-,基本形式,（,4,）變壓器隔離式安全柵,可靠性高、防爆定額高，但是電路復(fù)雜、體積較大,將危險(xiǎn)側(cè)的儀表與安全側(cè)的所有儀表通過(guò)隔離變壓器進(jìn)行嚴(yán)格電氣隔離，切斷安全側(cè)的電源高壓竄人危險(xiǎn)側(cè)的通道危險(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5.3,安全柵,-,輸入式安全柵,本質(zhì)為一類,隔離式安全柵,，用于為危險(xiǎn)側(cè)的二線制變送器提供直流,24V,電源；同時(shí)把來(lái)自于變送器的,4,20mA.DC,電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成,4,20mA.DC,和,1,5V.DC,信號(hào)輸出，從而將輸入電信號(hào)與輸出電信號(hào)相互隔離，限制流入危險(xiǎn)側(cè)的火花能量5.3,安全柵,-,輸入式安全柵,5.3,安全柵,-,輸入式安全柵,5.3,安全柵,-,輸出式安全柵,一類,隔離式安全柵,，用于把來(lái)自于安全場(chǎng)所的電流輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電氣隔離的電流輸出信號(hào)，送至危險(xiǎn)場(chǎng)所。

5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,由本質(zhì)安全型防爆儀表所構(gòu)成的過(guò)程控制系統(tǒng)，并不一定,是本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng),只起到信號(hào)的隔離作用，可以防止控制室直流高壓竄入危險(xiǎn)場(chǎng)所，而其本身不具有限壓限流功能,5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,判斷一個(gè)控制系統(tǒng)是否屬于安全火花型防爆系統(tǒng)的充要條件：,1,）危險(xiǎn)場(chǎng)所的儀表必須設(shè)計(jì)成安全火花型；,2,）安全場(chǎng)所的儀表與危險(xiǎn)場(chǎng)所的儀表之間必須有安全柵，限制送往危險(xiǎn)場(chǎng)所的電壓、電流，保證進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所的電功率在安全范圍內(nèi)5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,-,組成,將從安全場(chǎng)所的非本安回路傳到危險(xiǎn)場(chǎng)所本安儀表的能量抑制在點(diǎn)火極限以下實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離；限壓、限流按照本安防爆等級(jí)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，不會(huì)產(chǎn)生由火花和熱源引起的點(diǎn)燃限制布線長(zhǎng)度，及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所帶來(lái)的附加能量1,）現(xiàn)場(chǎng)本安儀表：從現(xiàn)場(chǎng)儀表的儲(chǔ)能元件角度考慮，要求處于氣體爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中的現(xiàn)場(chǎng)儀表必須按照本安防爆等級(jí)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)在減少儀表中的電感和電容等儲(chǔ)能元件回路的同時(shí)，兼顧元件的功耗及溫升問(wèn)題，從而保證儀表不論處于正常工作狀態(tài)還是事故狀態(tài)，均不會(huì)產(chǎn)生由火花和熱源引起的點(diǎn)燃,2,）連接電纜：存在分布電容和分布電感，本質(zhì)上也是儲(chǔ)能元件，當(dāng)線路出現(xiàn)開(kāi)路或者短路時(shí)，這部分能量就會(huì)以電火花或熱效應(yīng)的形式釋放，影響系統(tǒng)的本安性能。

在保證連接電纜,5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,-,組成,不受外界電磁場(chǎng)干擾的同時(shí)，還要限制布線長(zhǎng)度以及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的附加能量3,）關(guān)聯(lián)設(shè)備：必須在系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)或事故狀態(tài)時(shí)，能夠從安全場(chǎng)所的非本安回路傳到危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安儀表能量限制在點(diǎn)火極限以下要求除了具備信號(hào)隔離作用，還要有限壓、限流功能,5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,-,組成,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：,5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,-,要求,5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,現(xiàn)場(chǎng)總線本安防爆技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的,多負(fù)載特性,與,本安防爆要求,之間存在矛盾現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)，將設(shè)備掛接在總線上，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享一方面要求總線上可掛接的設(shè)備數(shù)越多越好；另一方面，根據(jù)本安防爆系統(tǒng)要求，向掛接設(shè)備供電的關(guān)聯(lián)設(shè)備的輸出電壓和輸出電流必須控制在一個(gè)安全等級(jí)上，且關(guān)聯(lián)設(shè)備允許外接的等效電容和電感有限，從而限制了本安現(xiàn)場(chǎng)儀表的允許輸入電容和電感然而，隨著掛接設(shè)備的增多，現(xiàn)場(chǎng)本安儀表的輸入電容和電感增大。

5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,現(xiàn)場(chǎng)總線本安防爆技術(shù),美國(guó)儀表學(xué)會(huì)防爆電氣設(shè)備委員會(huì)：基于參量認(rèn)可技術(shù)，制訂,多負(fù)載本安系統(tǒng)的評(píng)定規(guī)范；,德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院：基于參量認(rèn)可技術(shù)，提出,F1SCO(Fieldbus,Intrinsical,Safe Concept),5.4,本安防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,現(xiàn)場(chǎng)總。