防爆技术基础知识讲座.ppt

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1、热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China防爆技术基础知识防爆技术基础知识防爆技术基础知识防爆技术基础知识防爆技术基础知识 湖南百利工程科技有限公司电控室 陈学敏 0730-8501089热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,Ch

2、ina防爆技术基础知识防爆技术基础知识防爆技术基础知识内容提要内容提要 1、防爆基本概念 2、电气设备的防爆型式 3、本安防爆技术 热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理电气防爆基本原理电气防爆基本原理l产生爆炸的基本条件(爆炸三角形原理)1.爆炸性物质可燃气体、粉尘。2.助燃剂空气（氧气）。3.点燃源（点燃能量）电火花、热表面等。l当这三个条件同时存在,且当爆炸性物质与空

3、气的混合浓度处于爆炸极限范围内(即处于爆炸下限和爆炸上限之间)时,将不可避免地产生爆炸。l防爆设法避免上述三个条件同时存在。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China l防止爆炸发生的基本方法 1.避免形成爆炸性环境/电气设备远离爆炸环境 理想的方法 2.消除/削弱可能的点燃源 实际的方法。电气防爆基本原理电气防爆基本原理热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.X

4、u Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l火花点燃特性火花点燃特性 当爆炸性物质与空气的混合浓度处于爆炸极限范围内(即处于爆炸下限和爆炸上限之间)时，则存在一个最小点燃能量点（MIE）。如果点燃能量大于MIE值，则会引起火花点燃；反之，安全。l可燃物质的爆炸极限可燃物质的爆炸极限可燃性气体/空气混合物的整个可点燃的浓度范围称为“可燃范围”。物质 爆炸下限LEL 爆炸上限UEL 最小点燃能量J 点燃特性丙烷 2%9.5%180 J 难乙烯 2.7%34%60 J氢

5、气 4%76%20 J 易爆炸上、下限有可能根据环境条件的变化而变化。爆炸上、下限有可能根据环境条件的变化而变化。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l爆炸性物质的分类及分组体系爆炸性物质的分类及分组体系热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu

6、 Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l爆炸性物质的分类及分组体系爆炸性物质的分类及分组体系热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l危险场所的区域划分危险场所的区域划分 规定了危险场所划分的原则规定了危险场所划分的原则热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianpi

7、ng,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l爆炸性气体的引燃温度与温度组别爆炸性气体的引燃温度与温度组别 每一种爆炸性气体都有一个特定的温度，在该温度下，即使没有外每一种爆炸性气体都有一个特定的温度，在该温度下，即使没有外部点燃源，也将发生点燃部点燃源，也将发生点燃。这一温度称为该气体的引燃温度AIT。引燃温度是反映爆炸性气体点燃特性的重要特征参数。中国将爆炸性气体按其引燃温度分为T1T6六个组别。北美对温度组别的划分与IEC基本一致，只是将温度组别划分更细而已。热烈祝贺石油化工

8、自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l爆炸性气体的温度组别与引燃温度的关系爆炸性气体的温度组别与引燃温度的关系热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l欧洲防爆新指令欧

9、洲防爆新指令(94/9/E)规定的设备分组规定的设备分组/分类分类热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l在按新指令颁发的证书中规定的防爆标志及符号在按新指令颁发的证书中规定的防爆标志及符号 EX 2G EEx d B T6 T6温度组别温度组别 B级级 隔爆型隔爆型 适用于适用于1区工厂爆炸性气区工厂爆炸性气体环境体环境 热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工

10、自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l电气设备的最高表面温度分组电气设备的最高表面温度分组 电气设备温度组别与允许最高表面温度和适用气体引燃温度的对应关系电气设备温度组别与允许最高表面温度和适用气体引燃温度的对应关系 通常，防爆电气设备设计在环境温度为-20+40范围内使用。否则，应在检验机构规定的环境温度范围（铭牌或说明书中规定）内使用。用户负有保证电气设备的温度组别低于引燃温度的责任。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周

11、年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气防爆基本原理电气防爆基本原理l气体气体/设备相容性设备相容性 可燃性气体、蒸汽按引燃温度分为可燃性气体、蒸汽按引燃温度分为6组，而电气设备的温度组别与气体组，而电气设备的温度组别与气体的分组是相适用。设备选型时，应根据爆炸环境主要介质的成分，确定相的分组是相适用。设备选型时，应根据爆炸环境主要介质的成分，确定相应的电气设备温度组别。应的电气设备温度组别。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺

12、石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气设备的防爆型式电气设备的防爆原理电气设备的防爆原理l防止爆炸发生的基本方法 1.避免形成爆炸性环境/电气设备远离爆炸环境 理想的方法（主动式）2.消除/削弱可能的点燃源 实际的方法。（被动式）l间隙防爆原理（隔爆型）l减少点燃能量的原理（本安型）l阻止点火源与爆炸性混合物相接触的原理（充油、充砂、浇封、正压等）l在特定的条件下，提高电气安全措施的原理（增安）热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化

13、工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气设备的防爆型式l电气设备的防爆措施都是基于设法排除爆炸三角形中一个或多个要素，使电气设备的防爆措施都是基于设法排除爆炸三角形中一个或多个要素，使产生爆炸的危险减少到一个可以接受的程度。产生爆炸的危险减少到一个可以接受的程度。我国接受的防爆型式我国接受的防爆型式热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy

14、 Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气设备的防爆型式l隔爆型电气设备隔爆型电气设备“d”产品设计检验要素：隔爆结合面长度（接线口螺纹长度）、隔爆结合产品设计检验要素：隔爆结合面长度（接线口螺纹长度）、隔爆结合面间隙（密封）、壳体强度、最高表面温度。面间隙（密封）、壳体强度、最高表面温度。l增安型电气设备增安型电气设备“e”增安型电气设备是一种在正常条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温增安型电气设备是一种在正常条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温的设备结构上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下出现这些现象

15、的的设备结构上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下出现这些现象的电气设备。即：是一种依靠高质量的材料、设计和装配来消除电火花或局部过热的防爆技术。电气设备。即：是一种依靠高质量的材料、设计和装配来消除电火花或局部过热的防爆技术。典型应用：感应电动机、照明设备、电磁阀接线盒及加热器等。典型应用：感应电动机、照明设备、电磁阀接线盒及加热器等。产品设计检验要素：电气设备不允许产生火花、电弧或危险温度；电压产品设计检验要素：电气设备不允许产生火花、电弧或危险温度；电压低于低于11kV；标准规定的电气间隙、爬电距离；外壳防护等级不低于标准规定的电气间隙、爬电距离；外壳防护等级不低于IP

16、54；外壳具有耐冲击和抗溶解的能力；最高表面温度。外壳具有耐冲击和抗溶解的能力；最高表面温度。l本质安全型电气设备本质安全型电气设备“i”基于限制电气线路的储能技术。基于限制电气线路的储能技术。“L、C”；回路概念。参数匹配、电缆要求回路概念。参数匹配、电缆要求产品设计检验要素：电容储能、电感储能、最高表面温度、最大内部参数。产品设计检验要素：电容储能、电感储能、最高表面温度、最大内部参数。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Sh

17、anghai,China电气设备的防爆型式l正压型电气设备正压型电气设备“p”产品设计检验要素：最小正压值、最小换气量、保护装置、壳体强度。正压型是一种相对复杂的防爆技术，有时是唯一的解决方法（大型分析仪器）l充油型电气设备充油型电气设备“o”产品设计检验要素：保护液特性、保护液的最高和最低液面、外壳。通常用于开关装置和变压器。l充砂型电气设备充砂型电气设备“q”产品设计检验要素：充砂高度、填充材料的适用性（成分、尺寸、介电强度、耐热温度）、最高表面温度。l浇封型电气设备“m”产品设计检验要素：浇封剂的物理、化学、机械特性；浇封的工艺及其有效性；最高表面温度；保护措施（适用时）。ln型电气设备

18、“n”nA无火花型；nR限制呼吸外壳；nL限制能量设备；nZ简单正压；nC非点燃元件。特点：只适用2区；只考虑正常工作情况，不考虑短时存在的故障状况；降成本。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电气设备的防爆型式l防爆电气设备的选型防爆电气设备的选型选型原则：安全可靠、经济合理。选型原则：安全可靠、经济合理。依据：爆炸危险区域的等级和爆炸危险物质的类别、级别和组别。依据：爆炸危险区域的等级和爆炸危险物质

19、的类别、级别和组别。防爆型式选型表防爆型式选型表热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China主要的电气防爆技术主要的电气防爆技术主要的电气防爆技术主要的电气防爆技术l目前，中国接受的主要电气防爆技术有：目前，中国接受的主要电气防爆技术有：1.隔爆型(Exd)2.本安型(Exia/ib)3.增安型(Exe)4.正压型(Exp)5.充油型(Exo)6.充砂型(Exq)7.n型(ExnA,nC,nL,nR,nZ)8.

20、浇封型(Exm)9.气密型(Exh)已纳入Exn10.粉尘防爆(DIP)l解决的主要点燃源：由电气因素引起的电火花和热效应。解决的主要点燃源：由电气因素引起的电火花和热效应。l对于自动化仪表系统，本质安全防爆技术的应用最为广泛。对于自动化仪表系统，本质安全防爆技术的应用最为广泛。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China本质安全防爆基本概念本质安全防爆基本概念本质安全防爆基本概念本质安全防爆基本概念l本质安全

21、电路：在标准规定的条件（包括正常工作和规定的本质安全电路：在标准规定的条件（包括正常工作和规定的故障条件）下产生的任何电火花或任何热效应应均不能点燃故障条件）下产生的任何电火花或任何热效应应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。规定的爆炸性气体环境的电路。(0/1(0/1区防爆技术区防爆技术)l是一种以抑制是一种以抑制/削弱点火源能量为防爆手段的削弱点火源能量为防爆手段的“安全设计安全设计”技术。要求设备在正常工作和故障状态下可能产生的电火花技术。要求设备在正常工作和故障状态下可能产生的电火花和热效应分别小于爆炸性危险气体的最小点燃能量和自燃温和热效应分别小于爆炸性危险气体的最小点燃能量和自燃

22、温度。例如，度。例如，H2H2，19uJ19uJ，560560。l本安技术实际上是一种低功率设计技术。因此它能很好地适本安技术实际上是一种低功率设计技术。因此它能很好地适用于工业过程自动化仪表。用于工业过程自动化仪表。l依据标准：依据标准：热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China主要防爆技术措施和特征主要防爆技术措施和特征主要防爆技术措施和特征主要防爆技术措施和特征l基本设计技术措施（电路与结构设计方面）基

23、本设计技术措施（电路与结构设计方面）-限制电压限制电压 -限制电流限制电流 -限制能量（含储能元件：电容和电感）限制能量（含储能元件：电容和电感）-合理选择元器件额度参数、载流导线截面等合理选择元器件额度参数、载流导线截面等 -结构及电路的分隔措施结构及电路的分隔措施l本安防爆技术特征本安防爆技术特征 -制造工艺简单、体积小、重量轻、造价低制造工艺简单、体积小、重量轻、造价低(开关回路开关回路1:4)1:4)。-易于实现较高防爆级别的设计易于实现较高防爆级别的设计 -可带电操作与维护可带电操作与维护。-安全可靠性高。安全可靠性高。-可有效避免人员触电伤亡事故发生。可有效避免人员触电伤亡事故发生

24、。-适用范围广适用范围广（iaia等级是唯一的等级是唯一的0 0区技术）。区技术）。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China本安电气设备的分类本安电气设备的分类本安电气设备的分类本安电气设备的分类l电气设备类型电气设备类型 1 1、本安设备、本安设备-其内部所有电路都是本质安全电路的电气设备。其内部所有电路都是本质安全电路的电气设备。2 2、关联设备、关联设备 装有本安电路和非本安电路，且结构使非本安电路不

25、装有本安电路和非本安电路，且结构使非本安电路不能对本安电路产生不利影响的电气设备。能对本安电路产生不利影响的电气设备。(关联设备一般安装在安全场所关联设备一般安装在安全场所)l设备的级别设备的级别 1 1、ExiaExia 直至两个元件或其它类型的故障仍能保持防爆性能的设备。直至两个元件或其它类型的故障仍能保持防爆性能的设备。本安设备可安装在本安设备可安装在0 0区、区、1 1区、区、2 2区危险场所。本安关联设备可连接到区危险场所。本安关联设备可连接到0 0区、区、1 1区、区、2 2区危险场所。区危险场所。ExiaExia本安设备是唯一可安装于本安设备是唯一可安装于0 0区的防爆电气设备。

26、区的防爆电气设备。2 2、ExibExib 直至一个元件或其它类型的故障仍能保持防爆性能的设备。直至一个元件或其它类型的故障仍能保持防爆性能的设备。本安设备只能安装在本安设备只能安装在1 1区或区或2 2区危险场所。本安关联设备只能连接到区危险场所。本安关联设备只能连接到1 1区或区或2 2区危险场所。区危险场所。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China最小点燃曲线的概念最小点燃曲线的概念最小点燃曲线的概念

27、最小点燃曲线的概念l最小点燃电流：用标准火花试验装置，在电阻和电感电路中最小点燃电流：用标准火花试验装置，在电阻和电感电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最小电流。引起爆炸性试验混合物点燃的最小电流。l最低点燃电压：用标准火花试验装置，在电容电路中引起爆最低点燃电压：用标准火花试验装置，在电容电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最低电压。炸性试验混合物点燃的最低电压。l最小点燃曲线：最小点燃曲线：最小点燃曲线包括最小点燃电流曲线和最小最小点燃曲线包括最小点燃电流曲线和最小点燃电压曲线。点燃电压曲线。l国家标准国家标准附录附录A A分别给出了电阻、电容、电感性电路的分别给出了电阻、电容、电感性电路的II

28、AIIA、IIBIIB、IICIIC曲线。它们曲线。它们是设计人员设计本安电路的重要依据。是设计人员设计本安电路的重要依据。l注意：最小点燃曲线是通过大量电火花试验确定的点燃爆炸注意：最小点燃曲线是通过大量电火花试验确定的点燃爆炸性气体混合物的临界值曲线，不能直接使用。性气体混合物的临界值曲线，不能直接使用。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China电阻性、电感性、电容性等电路l电阻性电路电阻性电路 点燃爆炸

29、性混合气体的能力：开路电压点燃爆炸性混合气体的能力：开路电压和短路电流。和短路电流。l电感性电路电感性电路 电感电感L中的储能量中的储能量E=1/2 LI2。l电容性电路电容性电路 电容电容C中的储能量中的储能量E=1/2 CV2。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China安全系数的概念安全系数的概念安全系数的概念安全系数的概念l概念：是指最小点燃电流（或电压）与本安电路的允许设计电流概念：是指最小点燃电流（

30、或电压）与本安电路的允许设计电流（或电压）相比的倍数，即（或电压）相比的倍数，即 允许设计电流允许设计电流(或电压或电压)=)=最小点燃电流最小点燃电流(或电压或电压)/)/安全系数安全系数l安全系数安全系数 设备故障设备故障 Exia ExibExia Exib 正常工作正常工作 一个故障一个故障 两两个个故故障障 1.0 1.0 -l安全系数使用规则安全系数使用规则 -对于电感电路，安全系数加在电流上对于电感电路，安全系数加在电流上 -对于电容电路，安全系数加在电压上对于电容电路，安全系数加在电压上 -对于电阻电路，可加在电流上，也可加在电压上。对于电阻电路，可加在电流上，也可加在电压上。

31、热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China最小点燃曲线的应用举例最小点燃曲线的应用举例最小点燃曲线的应用举例最小点燃曲线的应用举例 例例1 1：找出一个与：找出一个与2828V V直流电源直流电源(蓄电池蓄电池)相串联的限流电阻的最小值，使该电相串联的限流电阻的最小值，使该电源输出可连接到氢气危险场所。源输出可连接到氢气危险场所。该电路属于该电路属于IICIIC电阻性电路。电阻性电路。考考虑虑电电源源波波动动

32、10%,10%,电电源源最最大大电电压压，取取E=31VE=31V。查查电电阻阻性性IICIIC最最小小点点燃燃曲曲线线（附附录录A1A1曲曲线线）可可知知，电电源源电电压压为为3131V V时时最最小小点点燃燃电电流流为为140140mAmA，取取安安全全系系数数1.51.5，则则允允许许的的最最大大电电流流=最最小小点点燃燃电电流流/安安全全系系数数=70=70（mAmA）。）。由由此此可可得得出出与与28 28 V V直直流流电电源源串串联联的的最最小小电阻值为电阻值为2828V V70 mA=40070 mA=400。考考虑虑电电阻阻器器允允许许误误差差精精度度5%5%，限限流流电电阻

33、的阻值至少为阻的阻值至少为420420。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China本质安全防爆系统的基本概念本质安全防爆系统的基本概念本质安全防爆系统的基本概念本质安全防爆系统的基本概念l本质安全防爆技术是一个本质安全防爆技术是一个系统的概念系统的概念。本质安全系统一般由。本质安全系统一般由以下三个部分组成：以下三个部分组成：1 1、关联设备，、关联设备，即安全栅即安全栅 2 2、现场设备，即、现场设备，即本

34、质安全设备本质安全设备 3 3、本质安全系统用、本质安全系统用电缆电缆l依据系统设备配置的特点，通常可将本安系统分为两类：依据系统设备配置的特点，通常可将本安系统分为两类：1 1、传统的、传统的“点对点点对点”式本质安全系统：一个关联设备与式本质安全系统：一个关联设备与一个现场设备连接一个现场设备连接(传统的模拟量信号、开关信号传输回路传统的模拟量信号、开关信号传输回路)；2 2、现场总线本质安全系统：一个关联设备与多个现场设、现场总线本质安全系统：一个关联设备与多个现场设备相连。备相连。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianpin

35、g,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China本安系统的组成l本质安全是一个系统概念。本质安全是一个系统概念。危 险 区 安 全 区 电缆 现场本安设备 关联设备安全栅 关联设备也可置于危险场所，但其必须同时符合本安防爆结构兼具有与其安装场所相适用的防爆外壳。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China安全栅的基本型式l安全栅是一种限

36、制过大的能量从非本安电路流入本安电路的装安全栅是一种限制过大的能量从非本安电路流入本安电路的装置。置。l按安全栅的功能分类：模拟信号用、开关按安全栅的功能分类：模拟信号用、开关/数字信号用、带通数字信号用、带通讯功能（讯功能（HART）的、适合现场总线的。的、适合现场总线的。l按安全栅的结构分类：齐纳式、隔离式按安全栅的结构分类：齐纳式、隔离式。l齐纳式齐纳式简单的无源网络，关键部件：快速熔丝、限压二极简单的无源网络，关键部件：快速熔丝、限压二极管、限流电阻。管、限流电阻。其接地系统极为关键（独立、接地电阻小）。其接地系统极为关键（独立、接地电阻小）。l隔离式隔离式电流隔离式有源安全栅。电流隔

37、离式有源安全栅。实质上是一个隔离的供电实质上是一个隔离的供电电源和信号调整器，且以隔离的方式传送或接受来自危险场所电源和信号调整器，且以隔离的方式传送或接受来自危险场所的信号的信号。其优点：。其优点：接地不要求、可配接现场接地的传感器、具接地不要求、可配接现场接地的传感器、具有高的共模抑制比、较高的系统精度、输出信号可直接连接到有高的共模抑制比、较高的系统精度、输出信号可直接连接到过程控制回路。过程控制回路。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping

38、,NEPSI,Shanghai,China本质安全防爆系统的基本参数l现场本安设备现场本安设备表征设备具备本安性能的主要参数：表征设备具备本安性能的主要参数：Ui最高输入电压；最高输入电压；Ii最大输入电流最大输入电流Pi最大输入功率；最大输入功率；Ci最大内部电容；最大内部电容；Li最大内部电感。最大内部电感。l连接电缆连接电缆表征连接电缆本安性能的主要参数：表征连接电缆本安性能的主要参数：Cc电缆最大允许分布电容；电缆最大允许分布电容；Lc电缆电缆最大允许分布电感。最大允许分布电感。l关联设备关联设备安全栅安全栅表征关联设备本安性能的主要参数：表征关联设备本安性能的主要参数：Uo最高输出电

39、压；最高输出电压；Io最大输出电最大输出电流；流；Po最大输出功率；最大输出功率；Co最大外部电容；最大外部电容；Lo最大外部电感。最大外部电感。l本安系统的组合条件本安系统的组合条件1。现场本安设备的防爆标志级别、安全栅的防爆标志级别均不得低于本安防爆。现场本安设备的防爆标志级别、安全栅的防爆标志级别均不得低于本安防爆系统防爆标志级别。系统防爆标志级别。2。关联设备、现场本安设备及连接电缆必须同时满足：。关联设备、现场本安设备及连接电缆必须同时满足：UoUi、Io Ii、Po Pi、CoCc+Ci、Lo Lc+Li。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By

40、Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China本安系统组件的选用l本安电气设备的选用原则本安电气设备的选用原则1）电气设备按电气设备按GB3836标准设计，且取得国家指定的防爆检验机构的认证标准设计，且取得国家指定的防爆检验机构的认证。2）防爆标志的等级满足使用危险场所的环境要求。防爆标志的等级满足使用危险场所的环境要求。3）明确的安全参数：明确的安全参数：Ui、Ii、Pi、Ci、Li。4）本安电路接地方式。本安电路接地方式。5）信号传输方式。）信号传输方式。6）本安电气设备的最低工作电

41、压及回路正常工作电流。）本安电气设备的最低工作电压及回路正常工作电流。l关联设备的选型原则关联设备的选型原则1）关联设备的防爆标志等级须不低于本安现场设备防爆标志的等级。关联设备的防爆标志等级须不低于本安现场设备防爆标志的等级。2）确定关联设备的端电阻及回路电阻，以满足本安现场设备的最低工作电压。）确定关联设备的端电阻及回路电阻，以满足本安现场设备的最低工作电压。3）关联设备的安全参数须满足系统组合条件。关联设备的安全参数须满足系统组合条件。4）确定关联设备类型。）确定关联设备类型。5）根据本安现场设备的电源极性及信号传输方式选择相匹配的关联设备。）根据本安现场设备的电源极性及信号传输方式选择

42、相匹配的关联设备。6）确认关联设备的漏电流不影响本安现场设备的正常工作。）确认关联设备的漏电流不影响本安现场设备的正常工作。l连接电缆的选型原则连接电缆的选型原则1）连接电缆规格）连接电缆规格 mm；电缆的绝缘应能承受导体对地、导体对屏蔽、屏蔽对地耐压交流电缆的绝缘应能承受导体对地、导体对屏蔽、屏蔽对地耐压交流500V。2）连接电缆长度连接电缆长度 根据根据Cc Co-Ci、Lc Lo-Li计算电缆的最大外部分布参数；按照计算电缆的最大外部分布参数；按照LC=Cc/Ck、LL=Lc/Lk计算电缆长度，取二者中的较小值作为实际配线长度。计算电缆长度，取二者中的较小值作为实际配线长度。热烈祝贺石油

43、化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China传统的本安系统认可方法传统的本安系统认可方法传统的本安系统认可方法传统的本安系统认可方法l系统认可，即系统认可，即回路认可回路认可(System ApprovalSystem Approval，or Loop or Loop Approval)Approval)是指对本安设备和关联设备按具体的组合方式进行的检验是指对本安设备和关联设备按具体的组合方式进行的检验认可。这种组合的系统

44、一经认可，其本安设备的关联设备就认可。这种组合的系统一经认可，其本安设备的关联设备就不能用未经检验机构按这样的组合认可过的其它型号规格的不能用未经检验机构按这样的组合认可过的其它型号规格的设备代用。设备代用。(83(83版标准版标准)l参量认可参量认可(Parametric Approval)Parametric Approval)北美称之为北美称之为“整体概念整体概念”Entity ConceptEntity Concept。其核心思想是：本安设备和关联设备都可单独进行认可，其核心思想是：本安设备和关联设备都可单独进行认可，防爆认证机构将分别给出一组防爆认证机构将分别给出一组“安全参数安全参

45、数”。用户可根据一。用户可根据一定的安全评定规则合法地组成本安系统。定的安全评定规则合法地组成本安系统。(2000(2000版标准版标准)热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China“系统认可系统认可系统认可系统认可”的特征及回路安全性评定的特征及回路安全性评定的特征及回路安全性评定的特征及回路安全性评定l“系统认可系统认可”的特征：认可的本安设备通常在其铭牌、使用说明书的特征：认可的本安设备通常在其铭牌、使用

46、说明书或防爆合格证书文件中明确规定具体的关联设备名称、型号和制造或防爆合格证书文件中明确规定具体的关联设备名称、型号和制造厂商。此外，在认可产品的使用说明书和厂商。此外，在认可产品的使用说明书和/或防爆合格证书文件中或防爆合格证书文件中会规定本安系统连接电缆的分布参数限值会规定本安系统连接电缆的分布参数限值(CcCc、Lc)Lc)。l基于基于“系统认可系统认可”的回路安全性评定要求的回路安全性评定要求 -确认使用关联设备与认证文件规定要求的一致性。确认使用关联设备与认证文件规定要求的一致性。-依据实际使用电缆分布参数依据实际使用电缆分布参数(CpCp，Lp)Lp)，核算使用电缆的总，核算使用电

47、缆的总的分布电容和电感是否符合规定的限值。要求：的分布电容和电感是否符合规定的限值。要求：允许电缆长度允许电缆长度 minCc/Cp,Lc/Lp minCc/Cp,Lc/Lp 注：注：1 1、实际使用电缆的分布参数典型值为：、实际使用电缆的分布参数典型值为：电缆电容电缆电容-200-200pF/mpF/m；uH/muH/m。2 2、电缆分布参数一般应经专业防爆检测机构检测。电缆分布参数一般应经专业防爆检测机构检测。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianp

48、ing,NEPSI,Shanghai,China“参量认可参量认可参量认可参量认可”的特征的特征的特征的特征 1)1)对于本安设备给出以下一组对于本安设备给出以下一组“安全参数安全参数”和相应的防爆标志：和相应的防爆标志：-最最高高输输入入电电压压（ViVi）一一 在在正正常常工工作作和和故故障障条条件件下下，可可以以施施加加到到本本安安现现场场设设备备，且且不不会会导导致致其其本本质质安安全全性性能能失失效效的的最最高高交交流流或或直直流流峰峰值值电电压；压；-最最大大输输入入电电流流（IiIi）在在正正常常工工作作和和故故障障条条件件下下，可可以以施施加加到到本本安安现现场场设设备备，且且

49、不不会会导导致致其其本本质质安安全全性性能能失失效效的的最最大大交交流流或或直直流流峰峰值值电电流；流；-最最大大内内部部电电容容（CiCi）指指在在本本安安现现场场设设备备连连接接端端子子上上呈呈现现的的设设备备总的内部等效电容；总的内部等效电容；-最最大大内内部部电电感感（LiLi）一一 指指在在本本安安现现场场设设备备连连接接端端子子上上呈呈现现的的设设备备总的内部等效电感；总的内部等效电感；-最最大大输输入入功功率率（PiPi ）一一 当当设设备备与与外外部部电电源源连连接接时时，设设备备内内本本质质安安全电路能消耗、且不会导致其本质安全性能失效的最大输入功率。全电路能消耗、且不会导致

50、其本质安全性能失效的最大输入功率。热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年热烈祝贺石油化工自动化创刊四十周年!By Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,ChinaBy Prof.Xu Jianping,NEPSI,Shanghai,China“参量认可参量认可参量认可参量认可”的特征的特征的特征的特征(续续续续)2)2)对于关联设备给出以下一组对于关联设备给出以下一组“安全参数安全参数”和相应的防爆标志：和相应的防爆标志：-最最高高开开路路电电压压（V VO O）在在正正常常工工作作和和故故障障条条件件下下，当当设设备备施施加加电电压压达达到到最最高高允允许许电电压压时时