防爆、防护知识.doc

防爆知识1.1 本安型电路1.1.1 定义本质安全源于按GB3836.1-2000标准生产，专供煤矿井下使用的防爆电器设备的分类，防爆电器分为隔爆型、增安型、本质安全型等种类。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。作为通讯、监控、检测、报警以及控制系统的供电设备，本质安全电源主要应用在石油、化工、纺织和煤矿等含有爆炸性混合物环境中。本质安全电源电路必须符合本质安全电路标准的要求，本质安全电路是指在标准规定的条 件（包括正常工作和标准规定的故障条件）下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。其特点是：电源电路内部和引出线不论是在正常工作还是在故障状态下都是安全的，所产生的电火花不会点燃周围环境中的爆炸性混合物。人们对本质安全电路理论研究已经有一百多年的发展历史，目前本质安全产品和标准已经形成了较为完整的体系。本质安全电气设备防爆基本原理是：通过限制电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现电气防爆。山东中煤电器有限公司专业生产矿用防爆器材，山东中煤电器有限公司 地址：山东省济南市北园大街338号豪鲁电子大厦12楼1242室 邮编：250100 联系人：方超（销售经理） 联系电话0531-88618318Email：网址：/1.1.2 原理本质安全型电气设备根据其安全程度不同分为ia和ib两个等级。ia等级是指电路在正常工作、一个或两个计数故障时，都不能点燃爆炸性混合物的电气设备。ib等级是指电路在正常工作或一个计数故障时，不能点燃爆炸性混合物的电气设备。电路放电火花的基本形式为：火花放电、弧光放电、辉光放电和由三种放电形式组成的混合放电。火花放电是在接通和断开电容电路时，击穿放电间隙中的气体而产生的，其特点是低电压大电流放电。弧光放电是由某种形式的不稳定放电不断转化而产生的，如高压击穿时产生的放电形式，特点是：可以产生持续的电弧、电流密度大、放电能量集中、点燃周围爆炸性混合物的能力强，电感性电路放电形式属弧光放电。辉光放电是在高电压小电流的条件下产生的放电形式，其特点是：放电能量不集中、能量散失大、点燃周围爆炸性混合物的能力差。由于弧光放电是最危险的放电形式，因此电感性电路是研究本质安全电路的重要内容。1.1.3 理论发展在没有制定本质安全电路标准的时期，本质安全电气设备的设计结果是否被接受，主要取决于鉴定机构的辨别力，这是由当时煤矿立法给予鉴定机构的权力。在英国，大部分提交本质安全电气设备的检验必须由“部长批准”。随着本质安全设备的增加及其在采矿上的应用远远超出了需要“部长批准”的范围，社会各界都希望建立正式的本质安全鉴定程序。1901年英国标准学会正式建立，1905年提出矿用设备使用安装规程，1911年制定了煤矿法提出煤矿用电气设备安装与使用通用规程，并于1926年首次发表了英国标准229号，规定了隔爆外壳的要求，使本质安全电气 设备的检验必须由“部长批准”的形式于1928年宣告结束。1929年英国标准协会与皇家宪章（Royal Charter）合并为国家标准机构，1933年联邦德国制定了本质安全防爆国家标准VDE171。1945年英国国家标准机构颁布了本质安全方面国家标准“本质安全器件与电路”标准代号BS1259:1945。1949年发布了关于“本质安全信号变压器(主要用于煤矿)”的标准，代号为BS1538:1949。1958年对标准 BS1259进行了修订，修订后的标准代号为BS1259:1958。随着电子器件的更新和科学技术的进步，本质安全电气设备的种类和形式发生了巨大的变化，英国国家标准机构于1945年再一次修订BS1259：1958。1967年在IEC31G委员会布拉格会议期间，经过对火花放电提交的不同试验结论比较，决定采用联邦德国西门子公司一组工作人员设计的火花试验装置所作的试验结果，并将该试验装置推选为国际标准火花试 验装置。1978年国际电工委员会（IEC）发布了一系列相关标准，其中包括“本质安全和附属设备的构造和试验”标准，标准代号：IEC刊物79-11。在此期间，欧洲标准化组织CENELEC也制定了一系列关于“可燃性环境中电气设备的构造与试验”欧洲标准，本质安全型标准代号为： EN50020。欧洲电工标准协调委员会于1981年制定有关本质安全系统结构与测试的欧洲标准，代号为：EN50039，与之相当的英国标准为：BS5501：1982。美国在本质安全电路设计方面，先后制定了本质安全国家电气规程（NEC5042条），1995年保险商实验室（UL913）和美国仪表学会（ISA），出版了用于检验和安装本质安全设计的标准（ANSIISAPR12.61995）。在本质安全电器产品检验方面，世界各国都有专门授权的防爆检验部门从事本质安全电路和电气设备及其关联设备的检验，例如英国的矿业安全研究院（SMRE）、德国的PTB、前苏联的马可尼安全研究院、全速防爆电器设备研究所。美国没有官方检验机构，UL（Underwriters Laboratories Inc）和FM（Factory Mutual Research Corp）均是私人企业组织。本质安全防爆方法是利用安全栅技术将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内，从而消除引爆源的防爆方法。对于仪表检测和控制回路而言，限制能量首先意味着限制电压和电流。又由于电容和电感能够储存和释放电能量，因此电容和电感也须限制。实践中，人们利用火花实验装置，通过实验确定对不同危险类别气体的电能量限制参数。国际标准和中国国家标准中给出的常用电能量引爆曲线有电压电流引爆曲线、电压电容引爆曲线和电流电感引爆曲线等。根据这些曲线，再参考1.5倍的保险系数，人们便可以确定在涉及某类气体时，对指定回路的电能量限制参数。例如，涉及IIC类气体(如氢气)时，对标准24VDC供电的回路(如，电气转换器，电磁阀等)通常设定限压值为28V。依此限压值查电压电流引爆曲线，并考虑1.5倍的保险系数，可确定此时的限流值，可确定此时的限流值应为119mA。依28V限压值并考虑1.5倍的保险系数后查电压电容引爆曲线，可确定回路电容值应限制在0.13F。依119mA限流值并考虑1.5倍的保险系数后查电流电感引爆曲线，可确定回路电感值应限制在2.55mH。为限制仪表的表面温度，除需限制回路的开路电压和短路电流外，还要限制回路的最大功率。本质安全防爆回路，总是由一个本安现场仪表和作为回路限能关联设备的安全栅配合组成。1.2 安全栅又称安全保持器。本安回路的安全接口，它能在安全区和危险区之间双向转递电信号，并可限制因故障引起的安全区向危险区和能量转递。一般安全栅有齐纳式、隔离式。本安型安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所并含有本安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路，它在本安防爆系统中称为关联设备，是本安系统的重要组成部分。本安防爆系统关联设备，是指安装在安全场所，本安电气设备与非本安电气设备之间的相连的电气设备。由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质安全的。中国国家仪器仪表防爆安全监督站是中华人民共和国地区监督生产安全防爆产品的权威机构，对本安型安全栅产品有着严格、科学、详细的规定，只有通过该监督站认证的企业及其所开发生产的产品才具备符合标准的安全性能，否则可能会给使用方的设备、人员和生产造成无可估量的损害。1.2.1 安装位置安全栅安装于安全场所，接收来自危险区的信号,输出安全信号到安全区或危险区。1.2.2 安全栅的分类齐纳式安全栅 电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制，从而保证输出到危险区的能量。它的原理简单、电路实现容易，价格低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围，其原因如下：（1） 安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分的苛刻并在实际工程应用中难以保证。（2） 要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相接后信号无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。（3） 齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动而造成齐纳式安全栅的损坏。（4） 由于齐纳式安全栅的电路原理需要吸收输入回路的能量，所以易造成输出不稳定。隔离式安全栅采用了将输入、输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路结构，同时符合本安型限制能量的要求。与齐纳式安全相比，虽然价格较贵，但它性能上的突出优点却为用户应用带来了更大的受益： 1 由于采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。（5） 对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无需采用隔离式的仪表。 （6） 由于信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个系统的可靠性。 （7） 隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等信号，这是齐纳式安全栅所无法做到的。 （8） 隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，并保证两设备信号不互相干扰，同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能。 因此，对比齐纳式和隔离式安全栅的特点和性能后可以看出，隔离式安全栅有着突出的优点和更为广泛用途，虽然其价格略高于齐纳式安全栅，但从设计、施工安装、调试及维护成本来考虑，其综合成本可能反而低于齐纳式安全栅。在要求较高的工程现场几乎无一例外地采用了隔离式安全栅作为主要本安防爆仪表，隔离式安全栅已逐渐取代了齐纳式安全栅，在安全防爆领域得到了日益广泛的应用。安装中的注意事项（1） 安全栅应安装在安全场所，并且环境条件满足安全栅选型样本中的“使用条件”的要求。（2） 隔离式安全栅本安端（蓝色端）和非本安端电路的连接导线在汇线槽中应分开铺设，各自采用独立的保护套管。本安侧的配线管道内不允许有其它电源线，包括其本安电路使用的电源线。（3） 通往危险场所的导线应选用有蓝色标记的本安导线，导线的软铜面积必须大于0.5mm2，绝缘强度应大于500V。（4） 在对隔离式安全栅进行通电调试前，必须注意隔离式安全栅的型号、接线方法、线路极性等是否符合设计及产品要求中的规定，否则可能对人身及设备造成伤害。（5） 严禁用兆欧表测试隔离式安全栅端子之间的绝缘强度。如要检查系统的绝缘强度，应先断开全部隔离式安全栅的接线，否则可能引起安全栅内部电路损坏。（6） 在现场对安全栅进行编程前，必须先将所有接线断开再接入编程器，然后通电编程，否则可能引起不良后果。（7） 与隔离式安全栅相连接的现场仪表，均应采用通过经国家认定的有关防爆检验部门进行防爆试验、并取得防爆合格证的仪表。（8） 在设计、安装、使用、维护隔离式安全栅时，应同时遵守本产品使用手册中的说明及GB3836.15-2000爆炸性气体环境用电气设备 第15部分：危险场所电气安装（煤矿除外）及GB50058-1992爆炸和火灾危险环境电力设置设计规范。1.3 防爆1.3.1 防爆概念爆炸必须具备的三个条件（1） 爆炸性物质（flammable air flammable dust）：能与氧气（空气）反应的物质，包括气体、液体和固体。（气体：氢气，乙炔，甲烷等；液体：酒精，汽油；固体：粉尘，纤维粉尘等。）。（2） 空气或氧气（air or oxygen）。（3） 点燃源（source of ignition）：包括明火、电气火花、机械火花、静电火花、高温、化学反应、光能等。客观上很多工业现场满足爆炸条件。当爆炸性物质与氧气的混合浓度处于爆炸极限范围内时，若存在爆炸源，将会发生爆炸。因此采取防爆就显得很必要了。 防爆措施防止爆炸的产生必从三个必要条件来考虑，限制了其中的一个必要条件，就限制了爆炸的产生。在工业过程中，通常从下述三个方面着手对易燃易爆场合进行处理：（1） 预防或最大限度地降低易燃物质泄漏的可能性；（2） 不用或尽量少用易产生电火花的电所元件；（3） 采取充氮气之类的方法维持惰性状态。1.3.2 危险区域的等级分类危险场所区域的含义，是对该地区实际存在危险可能性的量度，由此规定其可适用的防爆型式。国际电工委员会/欧洲电工委员会划分的危险区域的等级分类。中国划分的有效区域和以上相同。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1000小时/每年的区域；1区（Zone 1）：易燃气体在仪表的正当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。1.3.3 防爆标志解析气体组别典型的危险性气体欧洲电工标准化委员会EN50014EC北 美NEC500条款CLASS1表气中 国GB-3836-1最小点燃能量（微 焦）乙 炔CAC20氢 气CAC20乙 烯BCB60丙 烷ADA180注：中国GB3836标准规定C级最小点燃能量为19微焦耳,A级最小点燃能量为200微焦耳。气体分组和点燃温度，在一定环境温度和压力下与可燃性气体和空气的混合浓度有关。根据可能引爆的最小火花能量，我国和欧洲及世界上大部分国家和地区采用的国际电工委员会(IEC)标准将爆炸性气体分为四个危险等级：温度组别级别T1T2T3T4T5T6 A甲烷、甲苯、甲酯、乙烷、丙烷、丙酮、丙烯酸、苯、苯乙烯、一氧化碳、醋酸乙酯、醋酸、氯苯、醋酸甲酯、氨甲醇、乙醇、乙苯、丙醇、丙烯、丁醇、丁烷、醋酸丁酯 、醋酸戊酯、环戊烷、戊烷、戊醇、己烷、己醇、庚烷、辛烷、环乙醇、松节油、石脑油、石油（包括汽油）、燃料油、戊醇四氯乙醛、三甲胺亚硝酸乙酯 B丙烯酯、二甲醚、市用煤气丁二烯、环氧丙烷、乙烯二甲醚、丙烯醛、碳化氢乙醚、二乙醚 C氢、水煤气乙炔二硫化碳硝酸乙酯美国和加拿大首先将散布在空气中的爆炸性物体分成三个CLASS(类别)：CLASS气体和蒸气；CLASS尘埃；CLASS 纤维。然后再将气体和尘埃分成Group(组)，组名代表性气体或尘埃A 乙炔、B 氢气、C 乙烯、D 丙烷、E 金属尘埃、F 煤炭尘埃、G 谷物尘埃。温度组别（T组）这是与气体点燃温度有关的电气设备（假定环境温度为40时）的最高表面温度，点燃能量与点燃温度无关。在标准BS5345第一部分中列出了所有可燃性气体和其组别。最高表面温度（）温度组别常见爆炸性气体IEC79-8GB3836-1450T1T1氢气、丙烯腈等46 种300T2T2乙炔、乙烯等47 种200T3T3汽油、丁烯醛等36 种135T4T4乙醛、四氟乙烯等6 种100T5T5二硫化碳85T6T6硝酸乙酯和亚硝酸乙酯防爆标志IEC 防爆等级标准格式:Ex(ia)C T4E：按CENELEC标志认可Ex：防爆公用标志ia：防爆型式（本质安全）：设备组别C：气体组别T4：温度组别1.3.4 防爆标准及选型各种防爆型式的对应标准防爆型式在英国允许使用的场所中国标准GB3836防爆型式符 号IEC标准79-CENELEC标准EN50增安型1或23e7019本质安全型0，1或24ia或ib11020（设备）隔爆型d2d1018特殊型s无s无无气体爆炸危险场所用电气设备防爆类型选型表爆炸危险区域适用的防护型式电气设备类型符 号0区本质安全型（ia级）ia限制点火源的能量其他特别为0区设计的电气设备（特殊型）s1区适用于0区的防护类型隔爆型d隔离存在的点火源增安型e设法防止产生点火源本质安全型ib限制点火源的能量充油型o危险物质与点火源隔开正压型p危险物质与点火源隔开充砂型q危险物质与点火源隔开浇封型m设法防止产生点火源气密型h设法防止产生点火源2区适用于0区或1区的防护类型无火花型n设法防止产生点火源1.3.5 外壳防护等级（IP）代码（BS EN60529；1992）作为应用于易爆危险区的仪表，对其外壳的保护等级亦应作出规定，赋予一定的代码，即IP等级号。IEC144规定的壳体保护等级由一个对应其抗外界物体冲击与穿刺能力及防水能力的代码表示。例如：本安型仪表测量电路板不应从其壳体中取出，否则会违反IP40所提出的最低要求。保护等级由两位数字组成，在其前加上IP字样。第一位特征数字防止固定导体异物进入，第二位特征数字防止进水造成有害影响。0无防护1固定异物直径大于50mm2固定异物直径大于12mm3固定异物直径大于2.5mm4固定异物直径大于1.0mm5防尘6尘密0无防护1垂直滴水2倾角75-90滴水3淋水（水以60角度喷射）4溅水（从各方面喷射）5喷水（550升/分的水束）6猛烈喷水（6100升/分的水束）7短时间侵水（以1米/分的速度浸入水中）8连续侵水（以预先商定的方式浸入水中）1.3.6 EH仪表所遵循的主要防爆标准（1）IEC / CENELEC / EUrOPE及NORTH AMERICA / FM标准为经常选用，而CANADA / CSA标准几乎在中国不使用。例：CENELEC：Eex de/Eex d ib IIC T2-T6、FM：NI/I/Z/ABCD DIP/II, III/1/EFG、XP/I/1/ABCD DIP/II, III/1/EFG、CSA：Class I, Div 2, ABCD。（2）新的欧洲防爆标准ATEX100a将取代原CENELEC标准（截止2003年）。ATEX100a： II IG Eex ia IIB T6、I II 1G Zone 0 1D, 2D,3D dust explosion、Mining other 2G Zone 1、Industry industry 3G Zone 21.3.7 防爆等级标准术语安全栅安全参数定义（8226）：（1）安全栅最高允许电压（Um）：保证安全栅本安端的本安性能，允许非本安端可能输入的最高电压。（2）安全栅最高开路电压（Uoc）：在最高允许电压范围内本安端开路时电压最大值。（3）安全栅最大短路电流（Isc）：在最高允许电压范围内本安端短路时的电流最大值。（4）安全栅允许分布电容（Ca）：保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电容。（5