第3章防爆安全栅PPT讲稿.ppt

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1、第3章防爆安全栅1第1页，共37页，编辑于2022年，星期一一、危险场所的划分一、危险场所的划分按国家按国家1987“爆炸危险场所电气安全规程爆炸危险场所电气安全规程”将爆炸危险场将爆炸危险场所分为两类所分为两类5级。级。1.第一类场所第一类场所爆炸性气体或可燃蒸汽与空气混合形成爆炸性气体的场所，按危爆炸性气体或可燃蒸汽与空气混合形成爆炸性气体的场所，按危险程度分为险程度分为3级：级：0级区域：爆炸性气体连续地、短时间频繁出现、长时间存级区域：爆炸性气体连续地、短时间频繁出现、长时间存在；在；1 1级区域：爆炸性气体可能出现；级区域：爆炸性气体可能出现；2 2级区域：仅在不正常情况下偶尔短时间

2、出现。级区域：仅在不正常情况下偶尔短时间出现。2第2页，共37页，编辑于2022年，星期一2.第二类场所第二类场所爆炸性粉尘或易燃纤维与空气混合形成爆炸性混合物的场所爆炸性粉尘或易燃纤维与空气混合形成爆炸性混合物的场所,按危险程按危险程度分为度分为2级：级：10级区域：爆炸性混合物连续地、短时间频繁出现、长时间存级区域：爆炸性混合物连续地、短时间频繁出现、长时间存在；在；11级区域：仅在不正常情况下偶尔出现爆炸性混合物。级区域：仅在不正常情况下偶尔出现爆炸性混合物。二、防爆仪表分类、分级和分组二、防爆仪表分类、分级和分组1.分类：分类：自动化仪表属于低压电气设备，在危险场所用的自动化仪表要按电

3、自动化仪表属于低压电气设备，在危险场所用的自动化仪表要按电气设备防爆规程管理。规程规定防爆电气可制成隔爆型、本安型等气设备防爆规程管理。规程规定防爆电气可制成隔爆型、本安型等10种结构类型。种结构类型。3第3页，共37页，编辑于2022年，星期一自动化仪表防爆结构主要有两种：自动化仪表防爆结构主要有两种：隔爆型：标志为隔爆型：标志为“d”；本安型：标志为本安型：标志为“i”。隔爆型仪表结构特点：隔爆型仪表结构特点：外壳耐压（外壳耐压（810）102Kpa；表壳温升低于爆炸性气体的自燃温度；表壳温升低于爆炸性气体的自燃温度；表壳结合面的缝隙宽度、深度按其容积和气体级别采取规定的值。表壳结合面的缝

4、隙宽度、深度按其容积和气体级别采取规定的值。本安型仪表是指正常状态和故障状态下，电路及设备产生的火花能本安型仪表是指正常状态和故障状态下，电路及设备产生的火花能量和达到的温度都不会引起易爆性气体爆炸的防爆类型。现代本安防爆量和达到的温度都不会引起易爆性气体爆炸的防爆类型。现代本安防爆概念是指整个自动化系统的防爆性能符合本质安全防爆要求。概念是指整个自动化系统的防爆性能符合本质安全防爆要求。4第4页，共37页，编辑于2022年，星期一不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同，煤矿井下用电气不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同，煤矿井下用电气设备属设备属类设备；有爆炸性气体的工厂用电气设备属类设备

5、；有爆炸性气体的工厂用电气设备属类设备；有爆类设备；有爆炸性粉尘的工厂用电气设备属炸性粉尘的工厂用电气设备属类设备。类设备。对对于于类类电电气气设设备备，电电路路电电压压限限制制在在30VDC时时，各各种种爆爆炸炸性性混混合物按最小引爆电流分为三级。合物按最小引爆电流分为三级。爆炸性混合物的最小引爆电流爆炸性混合物的最小引爆电流级级别别最小引爆电流最小引爆电流（mA）爆炸性混合物种类爆炸性混合物种类 i120120甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳碳 7070i120120乙烯、乙醚、丙烯晴等乙烯、乙醚、丙烯晴等 i7070氢、乙炔、

6、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤气氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤气等等5第5页，共37页，编辑于2022年，星期一 2、安全火花防爆系统安全火花防爆系统 构成安全火花防爆系统的二要素：构成安全火花防爆系统的二要素：在危险现场使用的仪表必须是安全火花防爆仪表（本安仪表）。在危险现场使用的仪表必须是安全火花防爆仪表（本安仪表）。现场仪表与危险场所之间的电路连接必须经过安全栅（防爆栅）。现场仪表与危险场所之间的电路连接必须经过安全栅（防爆栅）。6第6页，共37页，编辑于2022年，星期一3.本安自动化（安全火花）防爆系统的组成本安自动化（安全火花）防爆系统的组成它包括两部分：它包括两

7、部分：安装在危险场所（现场）的本安电路；安装在危险场所（现场）的本安电路；安装在非危险场所的非本安电路。安装在非危险场所的非本安电路。如图所示。为了防止非本安电路中过大能量进入危险场所的本安电路，两者如图所示。为了防止非本安电路中过大能量进入危险场所的本安电路，两者之间采用防爆安全栅。使整个系统具有本安防爆性能。之间采用防爆安全栅。使整个系统具有本安防爆性能。7第7页，共37页，编辑于2022年，星期一4.本安防爆系统的特点本安防爆系统的特点1）工作电压低，工作电流小；）工作电压低，工作电流小；正常工作电压正常工作电压24VDC，工作电流，工作电流20mADC,故障电压故障电压35VDC，故障

8、电流，故障电流35mADC。仪表所用的电阻、电感、电容参数，保证在正常或故障状态所产仪表所用的电阻、电感、电容参数，保证在正常或故障状态所产生的火花能量不足以点燃爆炸性混合物；生的火花能量不足以点燃爆炸性混合物；2）危险场所和非危险场所的电路用防爆安全栅隔离；）危险场所和非危险场所的电路用防爆安全栅隔离；3）现场仪表到控制室仪表的连线不得形成大的分布电容和电感；）现场仪表到控制室仪表的连线不得形成大的分布电容和电感；8第8页，共37页，编辑于2022年，星期一5.本安型防爆仪表的标志本安型防爆仪表的标志本安型防爆仪表的标志为本安型防爆仪表的标志为“i”，按等级分为，按等级分为“ia”适用于适用

9、于0区，区，“ib”适用于适用于1区。区。标志铭牌上的防爆标志分为四段：标志铭牌上的防爆标志分为四段：ExABC其中其中Ex:防爆仪表；防爆仪表；A:防爆类型，例如防爆类型，例如d、ia、ib等；等；B:防爆类和级，例如防爆类和级，例如级、级、A、B、C等；等；C:仪表外面温度级别，例如仪表外面温度级别，例如T1T6。例如防爆仪表标志铭牌上标志为例如防爆仪表标志铭牌上标志为ExdiaCT6，指兼有隔爆和本，指兼有隔爆和本安功能，可在安功能，可在C级级T6组以下级别使用的防爆仪表。组以下级别使用的防爆仪表。9第9页，共37页，编辑于2022年，星期一3.3防爆安全栅原理防爆安全栅原理防爆安全栅按

10、结构分类：防爆安全栅按结构分类：齐纳安全栅，齐纳安全栅，变压器隔变压器隔离式安全栅。离式安全栅。按用途分类：按用途分类：输入端用，输入端用，输出端用。输出端用。一一.齐纳安全栅齐纳安全栅10第10页，共37页，编辑于2022年，星期一1.输入端用齐纳安全栅输入端用齐纳安全栅1）配二线制变送器齐纳安全栅）配二线制变送器齐纳安全栅其原理电路及系统组成如图所示。图中主要由两部分组成：其原理电路及系统组成如图所示。图中主要由两部分组成：齐纳栅，齐纳栅，变送器变送器齐纳栅包括：齐纳栅包括：电子集成化浮动电源电子集成化浮动电源ED，齐纳二极管齐纳二极管VD1、VD2，电子变电子变阻式限流电路阻式限流电路Z

11、，快速熔断器快速熔断器FU。注意：只能用于变送器和电源共地的测量系统，一般是单独电源供电。注意：只能用于变送器和电源共地的测量系统，一般是单独电源供电。11第11页，共37页，编辑于2022年，星期一2）双通道保护的齐纳安全栅）双通道保护的齐纳安全栅12第12页，共37页，编辑于2022年，星期一阻抗匹配问题：阻抗匹配问题：设设Ra:负载仪表阻抗，负载仪表阻抗，RL=r1+r2:传输线路阻抗，传输线路阻抗，R0:变送器元件负载阻抗变送器元件负载阻抗Ra+RL+RBR0式中式中R0（E-V0）/0.02其中：其中：V0变送器无负载工作电压，例如变送器无负载工作电压，例如12V;E：电源电压，一般

12、：电源电压，一般2226VDC，按，按22V考虑。考虑。则则R0500 一般一般Ra250，RB130（20mA），），则要求则要求RBRL250 这类齐纳安全栅仅适用于这类齐纳安全栅仅适用于V0较低的变送器。选用时要特别注意阻较低的变送器。选用时要特别注意阻抗匹配问题。抗匹配问题。输入端齐纳安全栅还有：输入端齐纳安全栅还有：不接地热电偶和高内阻二次仪不接地热电偶和高内阻二次仪表配用，表配用，不接地热电偶和低内阻二次仪表配用，不接地热电偶和低内阻二次仪表配用，三线制热三线制热电阻配用，电阻配用，脉冲输入量，带电容隔离开关量输入用等。脉冲输入量，带电容隔离开关量输入用等。13第13页，共37页，

13、编辑于2022年，星期一2.输出端用齐纳安全栅输出端用齐纳安全栅齐纳安全栅在安全侧接调节器类仪表的输出。在危险侧的负载仪表一般为电气转齐纳安全栅在安全侧接调节器类仪表的输出。在危险侧的负载仪表一般为电气转换器或电动阀门定位器。换器或电动阀门定位器。按调节器输出电路形式分为两种：按调节器输出电路形式分为两种：发射极输出，发射极输出，集电极输出集电极输出（1）配发射极输出型调节器的齐纳安全栅）配发射极输出型调节器的齐纳安全栅14第14页，共37页，编辑于2022年，星期一（2）配集电极输出型调节器的齐纳安全栅）配集电极输出型调节器的齐纳安全栅其电路和系统如图所示。调节器的两个输出端均不接地。其电路

14、和系统如图所示。调节器的两个输出端均不接地。需要用双通道齐纳安全栅。安全栅的需要用双通道齐纳安全栅。安全栅的1和和3（安全侧）接调节器（安全侧）接调节器输出，输出，2和和4接负载（现场危险侧），接负载（现场危险侧），1和和3端出现危险的高电压分端出现危险的高电压分别由两组安全栅保护。别由两组安全栅保护。15第15页，共37页，编辑于2022年，星期一 S2000系列齐纳安全栅能与各种现场的一次仪表如：系列齐纳安全栅能与各种现场的一次仪表如：420mA的压力、温的压力、温度、流量、电信号变送器；电器转换器、电气阀门定位器、各类热电偶、热电度、流量、电信号变送器；电器转换器、电气阀门定位器、各类热

15、电偶、热电阻、开关量、报警器、脉冲信号等各种特殊仪表，组成本质安全防爆系统，用阻、开关量、报警器、脉冲信号等各种特殊仪表，组成本质安全防爆系统，用于现代化工业的自动化过程控制，广泛地用于石油化工、冶金、医药、船舶等于现代化工业的自动化过程控制，广泛地用于石油化工、冶金、医药、船舶等领域。可限制危险能量进入具爆炸性危险气体环境的可靠设备。领域。可限制危险能量进入具爆炸性危险气体环境的可靠设备。16第16页，共37页，编辑于2022年，星期一 典型用途：典型用途：S2003:开关、变送器、继电器。开关、变送器、继电器。S2004：报警器、开关、变送器。：报警器、开关、变送器。S2005、S2006

16、、S2007：热电偶、热电阻。：热电偶、热电阻。S2008:信号传输。信号传输。S2009:电源、信号。电源、信号。S2014、S2015、S2016、S2017:交直流供电、信号。交直流供电、信号。S2022:电气阀门、定位器、电气转换器。电气阀门、定位器、电气转换器。420mA温度、温度、压力、液位、物位变送器。压力、液位、物位变送器。接线端子序号：接线端子序号：非本安端子为非本安端子为1、2；本安端子为本安端子为3、45、6接地。接地。17第17页，共37页，编辑于2022年，星期一18第18页，共37页，编辑于2022年，星期一19第19页，共37页，编辑于2022年，星期一 安全栅与

17、一次仪表的配套要求安全栅与一次仪表的配套要求1.安全栅应安装在非危险区；安全栅应安装在非危险区；2.导流条和机壳绝缘，各导流条之间要用线芯截面积导流条和机壳绝缘，各导流条之间要用线芯截面积4mm以上的铜导线或电缆线相以上的铜导线或电缆线相互连接；互连接；3.使用前请认真核对安全栅的型号、极性和工作电压；使用前请认真核对安全栅的型号、极性和工作电压；4.禁止用兆欧表直接测量安全栅端子之间的绝缘。检查系统线路时，必须断开全部安全禁止用兆欧表直接测量安全栅端子之间的绝缘。检查系统线路时，必须断开全部安全栅的接线；栅的接线；5.安全栅的本安端和非本安端的接线不允许接错；安全栅的本安端和非本安端的接线不

18、允许接错；6.一旦安全栅损坏，用户不得自已修复，应及时更换；一旦安全栅损坏，用户不得自已修复，应及时更换；7.本安防爆系统的基本组合条件为：本安防爆系统的基本组合条件为：UoUIoICoCp+CLoLp+Li其中：其中：Uo为最高输出电压为最高输出电压;Io为最大输出电流为最大输出电流;Co为最大负载电容为最大负载电容;Lo为最大为最大负载电感负载电感;U为一次仪表允许的最高输入电压为一次仪表允许的最高输入电压;I为一次仪表允许的最大输入电为一次仪表允许的最大输入电流流;C为一次仪表的最大内部等效电容为一次仪表的最大内部等效电容;Li为一次仪表的最大内部等效电感为一次仪表的最大内部等效电感;C

19、p为连接导线（或电缆）允许的最大分布电容为连接导线（或电缆）允许的最大分布电容;Lp为连接导线（或电缆）允许的最大分为连接导线（或电缆）允许的最大分布电感。布电感。20第20页，共37页，编辑于2022年，星期一二、二、变压器隔离式安全栅变压器隔离式安全栅它分为输入端用和输出端用两种形式。它分为输入端用和输出端用两种形式。（一）输入端用隔离式安全栅（一）输入端用隔离式安全栅DC21第21页，共37页，编辑于2022年，星期一它的作用：它的作用：为二线制变送器提供直流电源电压为二线制变送器提供直流电源电压24VDC，用，用实线表示，实线表示，将来自变送器的将来自变送器的420mA电流信号转换为与

20、之电气电流信号转换为与之电气隔离的隔离的420mA（或（或15V）DC的电信号，用虚线表示。的电信号，用虚线表示。1.信号传输通道信号传输通道2.能量传输通道能量传输通道22第22页，共37页，编辑于2022年，星期一（二）输出端用隔离式安全栅（二）输出端用隔离式安全栅其作用是将来自安全场所电流信号（其作用是将来自安全场所电流信号（420mA）转换为电气隔）转换为电气隔离的电流信号（离的电流信号（420mA）输出，送至危险场所。）输出，送至危险场所。23第23页，共37页，编辑于2022年，星期一信号传输通道：信号传输通道：能量传输通道：能量传输通道：24第24页，共37页，编辑于2022年，

21、星期一WP5000-Ex系列隔离式安全栅系列隔离式安全栅 外壳上贴有接线图标签。端子上贴有序号标签，并分为蓝、黄两外壳上贴有接线图标签。端子上贴有序号标签，并分为蓝、黄两色，蓝色端子（本安侧）色，蓝色端子（本安侧）接线通往危险区（接线通往危险区（现场）现场），黄色端子（非黄色端子（非本安侧）接线通往安全区。本安侧）接线通往安全区。25第25页，共37页，编辑于2022年，星期一 产品采用高品质的半导体器件和产品采用高品质的半导体器件和SMT贴片工艺，广泛适用于石油、化工、贴片工艺，广泛适用于石油、化工、冶金、电力等本安防爆系统。不仅可以与国内外多家仪表公司制造的各种冶金、电力等本安防爆系统。不

22、仅可以与国内外多家仪表公司制造的各种二、三线制变送器、二线制智能（二、三线制变送器、二线制智能（HART）变送器、智能（）变送器、智能（HART）电磁流量）电磁流量计、电气转换器、电气阀门定位器、本安电磁阀、液位开关、计、电气转换器、电气阀门定位器、本安电磁阀、液位开关、NAMUR接近接近开关、现场总线（开关、现场总线（FF）协议本安仪表等配套使用，还可以与干接点开关、热）协议本安仪表等配套使用，还可以与干接点开关、热电偶（电偶（J、K、T、E、B、S等）等）、应变仪、热电阻、应变仪、热电阻(Pt100)等简单设备配套使用。等简单设备配套使用。品种全、应用广：支持品种全、应用广：支持HART和

23、和FF数字信号双向通信；承担对现场仪表的供电；数字信号双向通信；承担对现场仪表的供电；强大的信号变换功能：直接将强大的信号变换功能：直接将Pt100热电阻信号、热电偶、热电阻信号、热电偶、mV信号转换成信号转换成420mA或或15V输出；一进二出检测端隔离式安全栅；完全独立二路隔离式安全栅，输出；一进二出检测端隔离式安全栅；完全独立二路隔离式安全栅，包括开包括开关量输入关量输入/输出、模拟量输入输出、模拟量输入/输出隔离栅；一路模拟量输入、一路模拟量输出隔离输出隔离栅；一路模拟量输入、一路模拟量输出隔离式安全栅；报警和量程设定功能。式安全栅；报警和量程设定功能。26第26页，共37页，编辑于2

24、022年，星期一 安装注意事项：1）安装在安全场所。）安装在安全场所。2）通往现场（危险场所）的软铜导线截面积必须大于）通往现场（危险场所）的软铜导线截面积必须大于0.5mm。3）连接导线的绝缘强度应大于）连接导线的绝缘强度应大于500V。4）隔离式安全栅本安端（有蓝色标记）和非本安端电路配线，不得接错和混）隔离式安全栅本安端（有蓝色标记）和非本安端电路配线，不得接错和混淆。本安导线宜选用蓝色作为本安标记。本安导线和非本安导线在汇线槽中应淆。本安导线宜选用蓝色作为本安标记。本安导线和非本安导线在汇线槽中应分开铺设、采用各自保护套管。隔离式安全栅的本安侧，不允许混有其它电源，分开铺设、采用各自保

25、护套管。隔离式安全栅的本安侧，不允许混有其它电源，包括其它本安电路的电源。包括其它本安电路的电源。5）隔离式安全栅与一次仪表组成本安安全防爆系统时，必须经国家指定的防爆检）隔离式安全栅与一次仪表组成本安安全防爆系统时，必须经国家指定的防爆检验机构检验认可。验机构检验认可。WP5000-EX系列隔离式安全栅由国家仪器仪表防爆安全监督检验站（系列隔离式安全栅由国家仪器仪表防爆安全监督检验站（NEPSI）给出的给出的Ca、La分布参数是相对于分布参数是相对于C级（氢气级）的最大允许值，对于级（氢气级）的最大允许值，对于B级环级环境可把该参数乘以境可把该参数乘以3，对于，对于A级环境可把该参数乘以级环

26、境可把该参数乘以8。传输线选用不同规格。传输线选用不同规格的电缆时，其本身的电缆参数应予高度重视，不得超过规定值。的电缆时，其本身的电缆参数应予高度重视，不得超过规定值。27第27页，共37页，编辑于2022年，星期一6）对隔离式安全栅进行单独通电调试时，必须注意隔离式安全栅的型号、）对隔离式安全栅进行单独通电调试时，必须注意隔离式安全栅的型号、电源极性、电压等级及隔离式安全栅外壳接线端上的标号。电源极性、电压等级及隔离式安全栅外壳接线端上的标号。7）严禁用兆欧表测试隔离式安全栅端子之间的绝缘性。若要检查系统线路绝）严禁用兆欧表测试隔离式安全栅端子之间的绝缘性。若要检查系统线路绝缘性时，应先断

27、开全部隔离式安全栅接线，否则会引起内部快速熔断器熔断。缘性时，应先断开全部隔离式安全栅接线，否则会引起内部快速熔断器熔断。8）凡与隔离式安全栅相连接的现场仪表，均应为有关防爆部门进行防爆试验）凡与隔离式安全栅相连接的现场仪表，均应为有关防爆部门进行防爆试验并取得防爆合格证的仪表，和并取得防爆合格证的仪表，和WP5000-EX安全栅联合取证。安全栅联合取证。9）如隔离式安全栅内部模块损坏需要更换时，需会同制造厂共同修理，）如隔离式安全栅内部模块损坏需要更换时，需会同制造厂共同修理，经检修后方能重新投入运行。经检修后方能重新投入运行。10）隔离式安全栅的安装、使用和维护应严格遵照隔离式安全栅的安装

28、、使用和维护应严格遵照中华人民共和国爆炸中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程危险场所电气安全规程的有关条款。的有关条款。28第28页，共37页，编辑于2022年，星期一29第29页，共37页，编辑于2022年，星期一30第30页，共37页，编辑于2022年，星期一31第31页，共37页，编辑于2022年，星期一32第32页，共37页，编辑于2022年，星期一33第33页，共37页，编辑于2022年，星期一34第34页，共37页，编辑于2022年，星期一隔离安全栅的特点：隔离安全栅的特点：1.隔离栅不需要特别本安接地隔离栅不需要特别本安接地,使用方便；使用方便；2.隔离栅实现输入隔离栅实现输入

29、/输出信号的完全隔离，使现场设备的工作更加安输出信号的完全隔离，使现场设备的工作更加安全可靠；全可靠；3.隔离栅信号完全浮空，在系统中大大增强信号的抗干扰能力；隔离栅信号完全浮空，在系统中大大增强信号的抗干扰能力；4.隔离栅容易实现信号变换；隔离栅容易实现信号变换；5.隔离安全栅不需要本安接地，适应面广；隔离安全栅不需要本安接地，适应面广；6.隔离安全栅是以高频作为基波，将信号进行调制解调，信号隔离安全栅是以高频作为基波，将信号进行调制解调，信号有了变动，精度会受到安全栅电路的影响；有了变动，精度会受到安全栅电路的影响；7.隔离安全栅由于具有高频震荡电路，将产生出射频干扰，对系统隔离安全栅由于

30、具有高频震荡电路，将产生出射频干扰，对系统不利，而且隔离安全栅也比较容易损坏；不利，而且隔离安全栅也比较容易损坏；8.隔离安全栅价格较齐纳安全栅贵很多。隔离安全栅价格较齐纳安全栅贵很多。35第35页，共37页，编辑于2022年，星期一总结总结安全火花防爆安全火花防爆系统系统隔离式安全栅隔离式安全栅安全火花防爆仪表安全火花防爆仪表安全栅安全栅齐纳式安全栅齐纳式安全栅36第36页，共37页，编辑于2022年，星期一1.如如DDZ仪表防爆等级标志为仪表防爆等级标志为He，则最小引爆电流，则最小引爆电流应小于（应小于（）A70mAB60mAC50mAD30mA2.构成安全火花防爆系统的充要条件有哪二条？构成安全火花防爆系统的充要条件有哪二条？第三章第三章 结结 束！束！第三章第三章练练习习37第37页，共37页，编辑于2022年，星期一