电气设备防爆基本知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电气设备防爆基本知识,在石油、化工、冶金、制药、天然气等生产过程中，经常会出现具有爆炸性物质存在的危险场所，这些场所使用的电气设备必须遵 循有关爆炸性环境用的国家标准，并取得国家授权机构的认证。针对于集团相关工厂而言，主要是浸出车间、生物柴油车间、氢化车间、脂肪酸车间、脂肪醇车间、制氢车间。,电气爆 炸性物 质 的分类、分 级、分组设备防爆基本知识,代表性物质,物质分组体系,点燃特性,中国,/IEC/,欧洲国家,GB3836.1/IEC60079-0/EN50014,北美（美国、加拿大）,NEC500,乙炔,C,级,级,A,组,易,难,氢气,C,级,级,B,组,乙烯,B,级,级,C,组,丙烷,A,级,级,D,组,甲烷,(,煤矿,),（无分组）,金属粉尘,待定（,）,级,E,组,煤尘,级,F,组,农业粉尘,级,G,组,纤维（毛、棉屑）,电气设备的最高表面温度组别,按照我国国家防爆标准,GB3836.1-2000,的有关规定,电气设备的温度组别与设备允许,最高表面温度和适用气体引燃温度的关系如下：,温度组别,最高表面温度,适用危险气体引燃温度,T,（,）,电气安全性能,T1,450,450,T,低,高,T2,300,300,T,T3,200,200,T,T4,135,135,T,T5,100,100,T,T6,85,85,T,危险场所的区域划分,中国、欧洲、,IEC,及北美对危险场所分类进行区域划分描述。具体表示如下：,中国的描述,爆炸性气体环境连续,出现或长时间存在,在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境,在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在,参考标准（文献）,欧洲的量,化描述,1000,小时,/,年,10,1000,小时,/,10,小时,/,年,中国,/,欧洲,/IEC,气体,Zone 0,Zone 1,Zone 2,GB3836.14-2000,IEC60079-10:2002,EN1127-1,中国,/,欧洲,/IEC,粉尘,Zone 20,Zone 21,Zone 22,IEC61241-3:1997,北美的描述,在正常运行条件下，连续地、间断地或周期性地存在易燃气体或蒸汽并达到危险浓度,危险气体、蒸汽仅在其容器或系统偶然破裂或发生故障时，或设备异常运行时才能释放形成危险,北美气体,或固体,Division 1,Division 2,NEC,Article 500-3(c),电 气 设 备 的 防 爆 型式,目前我国可以接受的防爆型式如下,:,防爆技术,防爆型式,防爆标准及符号,技术措施,典型应用,隔离措施,充油型,o(GB3836.6),隔离存在的点火源,变压器、开关装置,正压型,p(GB3836.5),设法防止产生点火源,控,制,室,、,仪,表,盘,、,马达,、分,析仪,器,充砂型,q(GB3836.7),限制点火源的能量,仪表装置,浇封型,m(GB3836.9),把危险物质与点火源隔开,仪,表、,控,制,装置,特定的结构设计,增安型,e(GB3836.3),把危险物质与点火源隔开,马达,、,照,明灯,具、,接,线盒,n,型,n(GB3836.8),把危险物质与点火源隔开,马达、灯具,本质安全型,ia/ib(GB3836.4),限制点火源,的能量,仪表、控制装置,防爆保护外壳,隔爆型,d(GB3836.2),隔离存在的点火源,开关装置、马达、泵、阀、仪表、,控制装置,特殊设计,气密型,h(GB3836.10),用外壳保护和限制表面温度,气体探测器,本安防爆技术,工业领域自动化控制的电气设备防爆最常用型式是：本质安 全型、隔爆型和增安型。,本质安全型是唯一可适用于,0,区的防爆 技术。,本安防爆技术的基本原理,本安防爆技术的基本原理是从限制能量入手，可靠地将电路 中的电压和电流限制在一个允许的范围内，以保证电气设备在正 常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下产生的电火花和热 效应不致于引起其周围可能存在的危险气体的爆炸。这类电气设 备称为本安电气设备。,本安电气设备结构简单、体积小、重量轻；可带电维护、标定和,更换零件；不会因为外结构件损坏等原因降低电气设备的安全可,靠性；它是一种“弱电”技术，现场的应用不会引起触电伤亡等事故,的发生；是唯一可适用于,0,区危险场所,的防爆技术；简单设备,（如热电阻、热电偶等）不需特别认证即可接入本安防爆回路系统。,本安防爆技术的特点,本安电气设备的安全等级,本安电气设备及关联设备，按其使用场所或相连场所的安全,程度可分为,ia,和,ib,二个安全等级。,ia,级是指在正常工作、一,个计数故障和两个计数故障情况下均不能点燃爆炸性气体混,合物。,ia,级的本安电气设备可用在,0,区、,1,区、,2,区危险场,所。,ib,级是指在正常工作和一个计数故障情况下不能点燃爆,炸性 气体混合物。,ib,级的本安电气设备可用在,1,区、,2,区危,险场所。,本安电气设备温度等级,设备温度等级规定了设备表面的最高允许温度值。设备温度等级,一定要小于使用在该危险场所环境中可燃物质的点燃温度，否则,会引起燃烧爆炸。,温度组别对照表,电气设备最高,表面温度,(,),450,300,200,135,100,85,温度组别,T1,T2,T3,T4,T5,T6,本安电气设备防爆标志,本安电气设备防爆标志,关联设备（安全栅）防爆标志,认证标准和认证机构,认证标准：,国家标准,GB3 836.1-20 00,爆炸性气体环境用电气设备 第,1,部分：通用要求（,eqv,IEC 60079-0,：,1998,）,和,GB3836.4-2000,爆炸性气体环境用电气设备 第,4,部分：本质安全型“,i”,（,eqv,IEC60079-11,：,1999,）,国家标准是等效采用,IEC 60079,标准，该标准于,2000-10-17,发布，,2001-06-01,实施，替代原来的,GB3836-1983,标准。,认 证 机 构和 认 证标 志：,国家级仪器仪表防爆安全监督检验站（,NE P SI,）。,她是行使国内及进口仪器仪表防爆产品安全监督和检验认可 工作的归口单位。并分别与美国工厂联研会（,FMRC,）、德国联邦物 理技术研究院,(PTB),等国外机构取得防爆认证技术互认（参见网址,WWW.NEPSI.COM,）。,国外 认 证机 构 的认证 标志：,欧洲国家：,美国,：,加拿大,本安回路系统的基本构成,本质安全防爆系统简称为本安回路系统,简单设备,根据制造商的技术条件，电气参数值均不超过,1.2V,0.1A,25mW,20 J,的电气设备，,它们无需防爆认证。可以自由地配置 在本安回路中。如：电阻（包括可变电阻）、发光,二极管、开关、热电偶、热电阻、应变仪。,现 场 本 安 电 气 设备,简单设备和一般本安设备。,一般本安设备,具有储能元件，是需要防爆认证的本安电气设备，如变送器、,接近开关等。,本安设备本安性能认证参数,本安设备本安性能参数在防爆认证给出,参数含义如下：,最高输入电压,(,U,i,):,施加到本质安全电路连接装置上,而不会使本质安全性能失效的最高电压,(,交流峰值或直流,),。,最大输入电流,(,I,i,):,施加到本质安全电路连接装置上,而不会,使本质安全性能失效的最大电流,(,交流峰值或直流,),。,最大输入功率,(,P,i,):,当电气设备与外电源连接不使本质,安全,性能失效时,可能在电气设备内部消耗的本质安全电路的最大输入,功率。,最大内部等效电容,(,C,i,):,通过电气设备连接装置出现的电气,设备总等效内电容。,最大内部等效电感,(,L,i,):,通过电气设备连接装置出现的电气设备总等效内电感。,关联设备（安全 栅）,装有本质安全电路和非本质安全电路,且结构使非本质电路不能对本质安全电路产生不利影响的电气设备。,安全栅本安性能认证参数由产品防爆认证时给出，参数含 义如下：,最高电压,(,交流有效值或直流,U,m,),：施加到关联设备非本质安全连接装置上,而不会使本质安全性能失效的最高电压。,安全栅本安性能认证参数,：,最高输出电压,(,Uo,):,在开路条件下,在设备连接装置施加电压达到最高电压,(,包括,U,i,和,U,m,),时,可能出现的本质安全电路的最高输出电压,(,交流峰值或直流,),。,最大输出电流,(,I,o):,来自电气设备连接装置的本质安全电路的最大电流,(,交流峰值或直流,),。,最大输出功率,(,P,o,):,能从电气设备获得的本质安全电路最大功率。,最大外部电容,(,C,o,):,可以连接到电气设备连接装置上,而不会使本质安全性能失效的本质安全电路的最大电容。,最大外部电感,(,L,o,):,可以连接到电气设备连接装置上,而不,会使本质安全性能失效的本质安全电路的最大电感。,连接电缆,连接电缆存在分布电容和分布电感,使连接电缆成为储能元 件。,它的本安性能的基本参数如下,:,k,K,电缆最大允许分布电容,C,=,C ,L,c k,电缆最大允许分布电感,L,=,L,L,c k,式中,C,-,电缆单位长度分布电容,;,L,-,电缆单位长度分布电感,;,L,-,实际配线长度。,一般符合本安性能的电缆参数,:,k,C,0.1154,F/km,L,0.20mH/km,k,本安回 路 系统参数 防 爆认证,为保证设备的安全正常使用,本安回路系统各配置间必须满,足以下条件。,、本安电气设备的防爆标志级别不能高于安全栅的防爆标,志级别。,、关联设备、本安电气设备与连接电缆认证参数之间要符,合以下不等式。,安全,栅,参,数,安全参,数,匹,配,条件,本,安,仪,表,参,数,+,电,缆,参,数,U,o,U,i,I,o,I,i,P,o,P,i,C,o,C,i+,C,c,L,o,L,i+,L,c,具体计算参照,Section_11 4-ATEX_IS_Calculations.pdf,，计算格式参照,isIS-AI Loop Calculation REV01.xls,。,安全栅,安全栅主要有齐纳式安全栅和隔离式安全栅两大类。,齐纳式安全栅,齐纳式安全栅采用在电路回路中串联快速熔断丝、限流电 阻和并联限压齐纳二极管实现能量的限制，保证危险区仪表与安 全区仪表信号连接时安全限能，见下图。它采用器件非常少、体 积小、价格低，但也有一些致命的缺陷，使应用范围受到较大的 限制。目前采用显下降趋势。,安全侧,使用齐纳式安全栅注意点,、使用齐纳式安全栅，工厂必须要有专门的本安接地系统，本安电路的接地电阻必须小于,1,。,、使用齐纳式安全栅，危险区现场本安仪表必须为隔离型 的，非 隔离 型 的 仪 表 不能 采 用。,、使用齐纳式安全栅，对供电电源电压影响非常大，电 源电压的波动可能会使齐纳二极管的电流泄漏，从而引起信号的 误差或者发出错误电平，严重时会使快速保险丝烧断而永久损坏，按规定齐纳式安全栅内部齐纳管、限流电阻、保险丝整体浇封，一 旦损坏无法修复。,、使用齐纳式安全栅，信号负极均要接至本安接地，这样 大大降低系统信号抗干扰能力，影响系统的可靠性，特别对,DCS,系统影响尤为突出。,隔 离式安 全栅,隔离式安全栅不但有限能功能，还有隔离功能，它主要由回 路限能单元、信号和电源隔离单元、信号处理单元组成。其基本 功能框图见图：,危险侧 安全侧,隔离式安全栅应用的优点,、隔离式安全栅与齐纳式安全栅相比，虽然价格要高一 些，但是它许多优点和特点还是给用户带来许多方便，使越来越 多用户偏向的选择隔离式安全栅。,、使用隔离式安全栅，可以将危险区的现场回路信号和安全区回路信号有效隔离。这样本安自控系统不需要本安接地系统，简化 了 本 安防 爆系 统应 用 时 的施 工。,、使用隔离式安全栅，大大增强了检测和控制回路的抗 干扰 能 力，提 高 系 统可 靠 性。,、使用隔离式安全栅，允许现场仪表接地，允许现场仪表为非隔离型的。,、隔离式安全栅有许多保护功能电路，