仪表的本质安全电路课件

1、仪表的本质安全电路1 仪表的本质安全电路2 入厂三级安全教育中提到了我厂的特点中 包括：易燃、易爆。 我们仪表公司所管辖的仪表大部分带有电 源。 当电路由于某种原因，产生放电时，会有 电火花，发热、发光的现象。 如果周围有危险气体、且在爆炸极限之内， 会不会产生爆炸和燃烧？ 仪表的本质安全电路3 这里我们探究仪表如何做到防爆的。 仪表的本质安全电路4 防爆的概念 引起爆炸的三个必要条件，三个条件同时 具备 爆炸点火所需能量 ；空气或氧 气 ；可燃气体（粉尘）。 仪表的本质安全电路5 危险区域的分类 1、气体危险区域分类 0区（Zone 0）：易爆气体始终或长时间存在 （连续地存在危险性大于10

2、00小时/每年的 区域（国际电工委员会 ） 1区（Zone 1）：易燃气体在仪表的正常工作过 程中有可能发生或存在（断续地存在危险性 101000小时/每年的区域 ） 2区（Zone 2）： 一般情形下，不存在易燃气体 且即使偶尔发生，基存在时间亦很短（事故状态 下存在的危险性0.110小时/每年的区域） 仪表的本质安全电路6 危险区域的分类 2、粉尘危险区域的分类 20区（Zone 20）：易爆粉尘始终或长时间存在 21区（Zone 21）：易燃粉尘在仪表的正常工作 过程中有可能发生或存在 22区（Zone 22）： 一般情形下，不存在易燃粉 尘且即使偶尔发生，基存在时间亦很短 仪表的本质安

3、全电路7 防爆标志 防爆电气设备的防爆标志内容包括：防爆电气设备的防爆标志内容包括： 防爆型式防爆型式+设备类别设备类别+（气体组别）（气体组别）+温度组别温度组别 例如：仪表一般为：Ex ia II C T6 电机一般为：Ex d II C T4 仪表的本质安全电路8 1. 防爆型式 防爆型式 防爆标志 防爆型式 防爆标志 隔爆型 Ex d 充砂型 Ex q 增安型 Ex e 浇封型 Ex m 正压型 Ex p 型 Ex n 本安型 Ex ia 粉尘防爆型DIP A 本安型 Ex ib 粉尘防爆型DIP B 油浸型 Ex o 特殊性Ex s 仪表的本质安全电路9 2. 设备类别 I类：煤矿井

4、下用电气设备； II类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电 气设备。 II类隔爆型“d”和本质安全型“i”电气设备 又分为IIA、IIB、和IIC类。 可燃性粉尘环境用电气设备分为： A型尘密设备；B型尘密设备；A型防尘 设备；B型防尘设备。 仪表的本质安全电路10 3. 气体组别 气体组别 最大试验安全间隙 最小点燃电流比 MESG (mm) MICR IIA MESG0.9 MICR0.8 IIB 0.9MESG0.5 0.8MICR0.45 IIC 0.5MESG 0.45MICR 仪表的本质安全电路11 4. 温度组别 爆炸性气体混合物的引燃温度是能被点燃 的温度极限值。 电气设备按其最

5、高表面温度分为T1T6组， 使得对应的T1T6组的电气设备的最高表 面温度不能超过对应的温度组别的允许值。 温度组别、设备表面温度和可燃性气体或 蒸气的引燃温度之间的关系如下表所示。 仪表的本质安全电路12 温度级别 设备的最高表面温度 可燃性物质的点燃温度 IEC/EN /GB 3836 T T1 450 T 450 T2 300 450T300 T3 200 300T200 T4 135 200T135 T5 100 135T100 T6 85 100T85 仪表的本质安全电路13 目前仪表所使用的防爆技术 隔爆(Ex d)、增安(Ex e)、本质安全(Ex i)、 正压(Ex p)、浇封

6、(Ex m) 型等。 仪表的本质安全电路14 隔爆型电气设备（d）：是指把能点燃爆炸性混 合物的部件封闭在一个外壳内，该外壳能承受内 部爆炸性混合物的爆炸压力并阻止和周围的爆炸 性混合物传爆的电气设备。 增安型电气设备（e）：正常运行条件下，不会产 生点燃爆炸性混合物的火花或危险温度，并在结 构上采取措施，提高其安全程度， 以避免在正常 和规定过载条件下出现点燃现象的电气设备。 无火花型电气设备 （n）： 在正常运行条件下不 产生电弧或火花，也不产生能够点燃周围爆炸性 混合物的高温表面或灼热点，且一般不会发生有 点燃作用的故障的电气设备。 本质安全型电气设备（i）：在正常运行或在标准 试验条件

7、下所产生的火花或热效应均不能点燃爆 炸性混合物的电气设备。 仪表的本质安全电路15 本安电路的定义 即使线路发生短路或电火花，也不足 以点燃周围的易燃易爆气体，这样的电路 称为本质安全电路，简称本安电路。 仪表的本质安全电路16 本质安全电气设备防爆基本原理 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。 仪表的本质安全电路17 本安防爆技术的特点本安防爆技术的特点 本安电气设备结构简单、体积小、重量轻 可带电维护、标定和

8、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。 仪表的本质安全电路18 本安回路的组成 本安防爆系统由： 本安型现场设备、关联设备及二者之间的 连接电缆组成。 仪表的本质安全电路19 现场设备 现场设备主要分为简单设备和非简单设备： 将既不会产生也不会存储超过1.2V，0.1A，25mW和 20J的电气设备认定为简单设备，主要包括简单触点、热 电偶、RTDs，LEDs和电阻性元件等； 非简单设备是指可能产

9、生或存储的能量超过上述数值 的电气设备，典型产品有变送器、电磁阀、转换器、接近 开关等。通常国际上认证这些设备时给出它们的整体参数： Vmax最大允许电压； Imax最大允许电流； Ci内部电容； Li内部电感。 仪表的本质安全电路20 关联设备 关联设备作为限能设备能有效地保护危险场 所的现场设备，在正常工作条件下能使系统完好 地工作，而在故障条件下能限制到达危险场所的 电压、电流。其主要参数包括： Voc最高开路电压； Isc最大短路电流； Ca最大外部电容； La最大外部电感。 在实践应用中关联设备主要是指安全栅，它又 分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅。 仪表的本质安全电路21 MTL安全

10、栅 仪表的本质安全电路22 P+F 安全栅外形 仪表的本质安全电路23 连接电缆 由于关联设备与现场设备间的连接电缆 存在分布电容和分布电感，因此其储能势 必对本安系统的防爆性能造成影响。在实 践中通常将电缆按集中参数处理，其参数 主要包括： Cc本安系统最大允许电容； Lc本安系统最大允许电感。 仪表的本质安全电路24 本安电气设备的安全等级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。

11、正常工作时，安全系数为 2.0 ； 一个故障时，安全系数为 1.5 ； 二个故障时，安全系数为 1.0 。 注：有火花的触点须加隔爆外壳、气密外壳或 加倍提高安全系数。 仪表的本质安全电路25 本安电气设备的安全等级本安电气设备的安全等级 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。 正常工作时，安全系数为2.0； 一个故障时，安全系数为1.5。 正常工作时，有火花的触点须加隔爆外壳 或气密外壳保护，并且有故障自显示的措 施，一个故障时安全系数为1.0。 仪表的本质安全电路26 齐纳式安全栅齐纳式安全栅 齐纳式安全栅采用

12、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。 仪表的本质安全电路27 齐纳安全栅示意图： 仪表的本质安全电路28 使用齐纳式安全栅注意点使用齐纳式安全栅注意点 1、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。 2、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。 3、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

13、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。 4、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。 仪表的本质安全电路29 隔离式安全栅隔离式安全栅 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 本功能框图见下图。 仪表的本质安全电路30 隔离安全栅示意图 仪表的本质安全电路31 隔离式安全栅应用的优点隔离式安全栅应用的优

14、点 1、 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。 2、 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。 3、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。 4、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。 5、 隔离式安全栅有许多保护功能电路，意外损坏的可能 性较小，允许现场仪表带电检修，这样可缩短工程开车准 备时间和减少停车时间。 仪表的本质安全电路32

15、 隔离式安全栅应用的优点隔离式安全栅应用的优点 6、隔离式安全栅有较强的信号处理能力。如开关 量输入状态控制、mV、Pt100变为420mA等等。 这样给现场仪表和控制系统的应用提供了更大的 方便、合理和有效。 7、当用户同时应用DCS和ESD时，选用一进二 出的安全栅，可以有效地将两个系统隔离开来， 避免系统之间互相影响。 8、回路供电隔离式安全栅既保持有源隔离式安全 栅的优点，又有齐纳式安全栅一样的接线方便， 不需要另外24V电源供电，特别适合配I/O卡直接 供电的DCS系统。 仪表的本质安全电路33 本安电气设备的选用原则本安电气设备的选用原则 简单设备简单设备: 按照GB3836.4-

16、2000防爆标准规定,对于电压不超过1.2V 、电流不 超过0.1A, 且其能量不超过20J或功率不超过25mW 的电气设备可视 为简单设备,其中最常见的仪表设备有热电偶、热电阻、pH电极、应 变片和开关等,它们的典型特点是仪表设备的内部等效电感Li=0, 内部 等效电容Ci=0。 一般本安电气设备一般本安电气设备: 是否已按照GB3836.1-2000和GB3836.4-2000要求设计并已被 国家授权的防爆检验机构认可的本安电气设备。 防爆标志规定的等级是否适用于使用的危险场所的安全要求。 明确Ui、Ii、Pi、Ci 和Li认证参数。 本安电路是否接地或接地部分的本安电路是否与安全栅接口部

17、 分的电路加以有效隔离。 信号传输是以何种方式进行。 本安电气设备的最低工作电压及回路正常工作电流。 仪表的本质安全电路34 安全栅的选用原则安全栅的选用原则 1、安全栅的防爆标志等级必须不低于本安电气设备的防 爆标志的等级。 2、确定安全栅的端电阻及回路电阻可以满足本安电气设 备的最低工作电压。 3、安全栅的本安端安全参数能够满足本安参数防爆认证 的要求。 4、根据本安电气设备的电源极性及信号传输方式选择与 之相匹配的安全栅。 5、避免安全栅的漏电流影响本安现场设备的正常工作。 6、安全栅有两大类，一类为齐纳式安全栅，另一类为隔 离式安全栅。 仪表的本质安全电路35 本安系统现场布线原则本安

18、系统现场布线原则 1、整个系统的接线必须按检验机构认可的系统组成。 2、慎防本安回路与非本安回路混触。 3、从控制室到现场的本安电缆与非本安电缆分别敷设在各自的汇线 槽内,中间用隔板分开,汇线槽带盖,以防外部机械操作损伤。 4、从现场接线盒或汇线槽引到本安仪表的电缆敷设在钢管内,以防机 械损伤及电磁感应引起的危险。 5、本安电缆和非本安电缆不公用一根金属线管和同一个现场接线盒。 6、连接电缆及其钢管、端子板应有蓝色标志(或缠上蓝色胶带),以便 识别。(一般机柜内本安的颜色) 7、齐纳式安全栅的接地汇流条及接地装置须满足安全栅的使用说明 书及国家有关电气安全规程的要求。 8、多个本安电路或关联电路不应共用同一电缆(电缆线芯分别屏蔽者 除外)或共处同一钢管内(用屏蔽导线除外)。 仪表的本质安全电路36 安全栅的接地分析安全栅的接地分析 齐纳式安全栅不接地齐纳式安全栅不接地,大电流可能引入危险区大电流可能引入危险区 齐纳式安全栅如果不接地，如下图示。若当安全 区内配电故障导致一个对地高电势（交流220V的 相线）落在安全栅上时, 齐纳管只限