電氣設(shè)備防爆基本知識(shí)

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1、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),*,電氣設(shè)備防爆基本知識(shí),在石油、化工、冶金、制藥、天然氣等生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)具有爆炸性物質(zhì)存在的危險(xiǎn)場(chǎng)所，這些場(chǎng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并取得國(guó)家授權(quán)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。針對(duì)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。,電氣爆 炸性物 質(zhì) 的分類、分 級(jí)、分組設(shè)備防爆基本知識(shí),代表性物質(zhì),物質(zhì)分組體系,點(diǎn)燃特性,中國(guó),/IEC/,歐洲國(guó)家,GB3836.1/IEC60079-0/EN50014,北美（美國(guó)、加拿大）,NEC500,乙炔

2、,C,級(jí),級(jí),A,組,易,難,氫氣,C,級(jí),級(jí),B,組,乙烯,B,級(jí),級(jí),C,組,丙烷,A,級(jí),級(jí),D,組,甲烷,(,煤礦,),（無(wú)分組）,金屬粉塵,待定（,）,級(jí),E,組,煤塵,級(jí),F,組,農(nóng)業(yè)粉塵,級(jí),G,組,纖維（毛、棉屑）,電氣設(shè)備的最高表面溫度組別,按照我國(guó)國(guó)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,T1,450,450,T,低,高,T2,300,300,T,T3,200,200,T,T4,135,135,T,T5,100,100

3、,T,T6,85,85,T,危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域劃分,中國(guó)、歐洲、,IEC,及北美對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所分類進(jìn)行區(qū)域劃分描述。具體表示如下：,中國(guó)的描述,爆炸性氣體環(huán)境連續(xù),出現(xiàn)或長(zhǎng)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,小時(shí),/,年,10,1000,小時(shí),/,10,小時(shí),/,年,中國(guó),/,歐洲,/IEC,氣體,Zone 0,Zone 1,Zone 2,GB3836.14-2000,IEC60079-10:2002,EN1127-1,中國(guó),/,歐洲,/IEC,粉塵,Zone 20,

4、Zone 21,Zone 22,IEC61241-3:1997,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 1,Division 2,NEC,Article 500-3(c),電 氣 設(shè) 備 的 防 爆 型式,目前我國(guó)可以接受的防爆型式如下,:,防爆技術(shù),防爆型式,防爆標(biāo)準(zhǔn)及符號(hào),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

5、,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),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

6、外殼保護(hù)和限制表面溫度,氣體探測(cè)器,本安防爆技術(shù),工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)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(jiǎn)單、體積小、重量輕；可帶電維護(hù)、標(biāo)定和,更換零件；不會(huì)因?yàn)橥饨Y(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(chǎng)的

7、應(yīng)用不會(huì)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(chǎng)所,的防爆技術(shù)；簡(jiǎn)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(jí),本安電氣設(shè)備及關(guān)聯(lián)設(shè)備，按其使用場(chǎng)所或相連場(chǎng)所的安全,程度可分為,ia,和,ib,二個(gè)安全等級(jí)。,ia,級(jí)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(jí)的本安電氣設(shè)備可用在,0,區(qū)、,1,區(qū)、,2,區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng),所。,ib,級(jí)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(jí)的本安電氣設(shè)備可用在,1,區(qū)、,2,區(qū)危,險(xiǎn)場(chǎng)所。,本安電氣設(shè)備

8、溫度等級(jí),設(shè)備溫度等級(jí)規(guī)定了設(shè)備表面的最高允許溫度值。設(shè)備溫度等級(jí),一定要小于使用在該危險(xiǎn)場(chǎng)所環(huán)境中可燃物質(zhì)的點(diǎn)燃溫度，否則,會(huì)引起燃燒爆炸。,溫度組別對(duì)照表,電氣設(shè)備最高,表面溫度,(,),450,300,200,135,100,85,溫度組別,T1,T2,T3,T4,T5,T6,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(guó)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

9、分：本質(zhì)安全型“,i”,（,eqv,IEC60079-11,：,1999,）,國(guó)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(lái)的,GB3836-1983,標(biāo)準(zhǔn)。,認(rèn) 證 機(jī) 構(gòu)和 認(rèn) 證標(biāo) 志：,國(guó)家級(jí)儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗(yàn)站（,NE P SI,）。,她是行使國(guó)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(guó)工廠聯(lián)研會(huì)（,FMRC,）、德國(guó)聯(lián)邦物 理技術(shù)研究院,(PTB),等國(guó)外機(jī)構(gòu)取得防爆認(rèn)證技術(shù)互認(rèn)（參見(jiàn)網(wǎng)址,WWW.NEPSI.COM,）。,國(guó)外 認(rèn) 證機(jī) 構(gòu) 的認(rèn)證 標(biāo)志：,歐洲國(guó)家：,

10、美國(guó),：,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(jiǎn)稱為本安回路系統(tǒng),簡(jiǎn)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(guò),1.2V,0.1A,25mW,20 J,的電氣設(shè)備，,它們無(wú)需防爆認(rèn)證。可以自由地配置 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。,現(xiàn) 場(chǎng) 本 安 電 氣 設(shè)備,簡(jiǎn)單設(shè)備和一般本安設(shè)備。,一般本安設(shè)備,具有儲(chǔ)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,(,U,i,):,施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上,而不會(huì)使本質(zhì)安全

11、性能失效的最高電壓,(,交流峰值或直流,),。,最大輸入電流,(,I,i,):,施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上,而不會(huì),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,(,P,i,):,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,(,C,i,):,通過(guò)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,(,L,i,):,通過(guò)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。,關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全 柵）,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(duì)本質(zhì)安全電路產(chǎn)生不利影響的電氣設(shè)

12、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,(,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(huì)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,(,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,(,I,o):,來(lái)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,(,P,o,):,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,(,C,

13、o,):,可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上,而不會(huì)使本質(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,(,L,o,):,可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上,而不,會(huì)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(chǔ)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(zhǎng)度分布電容,;,L,-,電纜單位長(zhǎng)度分布電感,;,L,-,實(shí)際配線長(zhǎng)度。,一般符合本安性能的電纜參數(shù),:,k,C,0.1154,F/km,L,0.20mH/km,k

14、,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(jí)別不能高于安全柵的防爆標(biāo),志級(jí)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),U,o,U,i,I,o,I,i,P,o,P,i,C,o,C,i+,C,c,L,o,L,i+,L,c,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,。

15、,安全柵,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(hào)連接時(shí)安全限能，見(jiàn)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(shì)。,安全側(cè),使用齊納式安全柵注意點(diǎn),、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(chǎng)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(duì)供電電源電壓影響非常大，電 源電壓

16、的波動(dòng)可能會(huì)使齊納二極管的電流泄漏，從而引起信號(hào)的 誤差或者發(fā)出錯(cuò)誤電平，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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、限流電阻、保險(xiǎn)絲整體澆封，一 旦損壞無(wú)法修復(fù)。,、使用齊納式安全柵，信號(hào)負(fù)極均要接至本安接地，這樣 大大降低系統(tǒng)信號(hào)抗干擾能力，影響系統(tǒng)的可靠性，特別對(duì),DCS,系統(tǒng)影響尤為突出。,隔 離式安 全柵,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(hào)和電源隔離單元、信號(hào)處理單元組成。其基本 功能框圖見(jiàn)圖：,危險(xiǎn)側(cè) 安全側(cè),隔離式安全柵應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn),、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(lái)許多方便，使越來(lái)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(chǎng)回路信號(hào)和安全區(qū)回路信號(hào)有效隔離。這樣本安自控系統(tǒng)不需要本安接地系統(tǒng)，簡(jiǎn)化 了 本 安防 爆系 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(cè)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(chǎng)儀表接地，允許現(xiàn)場(chǎng)儀表為非隔離型的。,、隔離式安全柵有許多保護(hù)功能電路，