安全栅基础知识.ppt

2020年2月10日星期一 董洪伟库柏电气 上海 有限公司 1 防爆知识简介 点燃源 点燃能量 电火花 热表面等 爆炸性物质 可燃性物质或粉尘等 助燃剂 空气 氧气 具有潜在爆炸危险的环境产生爆炸必须具备下列三个条件 爆炸三角形原理 物质爆炸下限LEL爆炸上限UEL最小点燃能量uJ点燃特性 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 丙烷2 9 5 180uJ难 乙烯2 7 34 60uJ 氢气4 76 20uJ易 可燃物质的爆炸极限 火花点燃特性 爆炸下限LEL UEL爆炸上限 最小点燃能量MIE 点燃能量 体积浓度 1 0 0 1 0 01 0102030405060708090100 氢气 空气 1个大气压 丙烷 空气 1个大气压 乙烯 空气 1个大气压 可燃范围 在中国和IEC国家 爆炸性物质分为三类 I类 矿井甲烷II类 爆炸性气体混合物 含蒸气 薄雾 III类 爆炸性粉尘和纤维在北美 美国及加拿大 爆炸性物质分为三类 称为Class ClassI 爆炸性气体ClassII 爆炸性粉尘ClassIII 纤维 爆炸性物质的分类 爆炸性物质的分组体系 代表性气体 物质分组体系 点燃特性 中国 IEC国家 美国及加拿大 乙炔氢气乙烯丙烷甲烷金属粉尘煤尘农业粉尘纤维 毛 棉屑 GroupIICGroupIICGroupIIBGroupIIAGroupI 煤矿 待定 ClassI GroupAClassI GroupBClassI GroupCClassI GroupD 无分组 ClassII GroupEClassII GroupFClassII GroupGClassIII 易难 中国 IEC国家 0区 Zone0 在正常情况下 爆炸性气体混合物连续地或长期地存在的场合1区 Zone1 在正常情况下 爆炸性气体混合物有可能出现的场合2区 Zone2 在正常情况下 爆炸性气体混合物不可能出现 仅仅在不正常情况下 短时间存在的场所北美 美国及加拿大 1区 Division1 在正常情况下 可能出现危险环境的场所2区 Division2 在正常情况下 不可能出现危险环境的场所 危险场所的定义 常用数据 事故状态下存在 危险性0 1 10小时 年 连续存在 危险性大于1000小时 年 0区 气体 20区 粉尘 1区 气体 21区 粉尘 地区 IEC CENELEC 北美 美国及加拿大 中国 断续地存在 危险性10 1000小时 年 2区 气体 22区 粉尘 1区 气体 粉尘 2区 气体 粉尘 0区 气体 20区 粉尘 1区 气体 21区 粉尘 2区 气体 22区 粉尘 危险场所的区域划分 爆炸性气体的温度组别 中国 IEC T1450 T2300 T3200 T4135 T5100 T685 安全性更好的设备 温度组别 最高表面温度 环境温度 40 除非不同的状态在高于此环境温度下运行 会降低其温度组别 爆炸性气体的温度组别 北美 T1450T2300T2A280T2B260T2C230T2D215T3200T3A180T3B165T3C160T4135T4A120T5100T685 温度组别 设备应标记有温度级别或者最高表面温度 用户有责任确保电气设备的温度组别值低于引燃温度值 环境温度 40 气体 设备相容性 氨气630甲烷595氢气560丙烷470乙烯425丁烷365 气体点燃温度 700 600 500 400 300 200 100 T1 T2 T3 T6 T4 T5 电气设备温度组别 环己烷259乙醚170二硫化碳95 区域分类示例 隔离墙 罐通气孔 液体表面 对于固定罐顶的区域分类且有比空气重的蒸气 Zone1 Zone0 Zone2 热电偶在危险区域示例 管道或过程容器的内部 Zone0 Zone1 管道的外部 Zone2 Division2 Division1 电气设备的防爆型式 本质安全型电气设备 Exi 本质安全设备是指其内部的所有电路都是本质安全电路的电气设备 即该电路在标准规定条件下 产生的任何火花或热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境 本质安全是基于限制电气线路中储能原理为基础的防爆技术 按本安电路使用场所和安全程度分为ia和ib两个等级 本质安全是唯一考虑现场导线故障的保护概念 Exia 出现两个元件故障时仍具有安全特性 可用于0区 1区 2区 它是唯一能用于0区的防爆方式 Exib 出现一个元件故障时仍具有安全特性 可用于1区 2区 隔爆型电气设备 Exd 具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备 其隔爆外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力 并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物的传播 基本结构参数为隔爆接合面的长度和隔爆接合面的间隙 增安型电气设备 Exe 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的电气设备 即它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结构技术 典型应用为 感应电动机 照明设备 接线盒及防冻加热器等 正压型电气设备 Exp 具有正压外壳的电气设备称为正压型电气设备 即该外壳能保持内部气体的压力高于周围爆炸性环境的压力 且能阻止外部混合物的进入 正压型是一种相对复杂的防爆技术 但有时它是唯一的解决方法 它通过消除外壳内部的爆炸性气体 使其内部形成一个 安全区域 未经认可的电气设备可以不受约束地在外壳内使用 充油型电气设备 Exo 充油型电气设备是一种将全部或部分部件浸在油内 使设备不能点燃油面以上或外壳以外的爆炸性混合物的电气设备 它是借助浸油的方法 阻止可能的点燃源与爆炸性混合物相接触 通常用于开关装置和变压器等 在充油型电气设备中 允许接点动作和产生断开火花 其充入的油品 只允许使用矿物绝缘油 不允许使用硅油 充砂型电气设备 Exq 充沙型电气设备是一种外壳内充填砂粒材料 使之在规定的使用条件下 壳内产生的电弧 传播的火焰 外壳壁或砂粒材料表面的过热均不能点燃周围爆炸性混合物的电气设备 充沙型电气设备是基于阻止点燃源与爆炸性混合物相接触的防爆原理 其填充物通常是碎玻璃或石英砂 常用于危险场所所用电话和照明器中的电子组件 浇封型电气设备 Exm 浇封型电气设备是一种将整台设备或其中部分浇封在浇封剂中 在正常运行和认可的过载或认可的故障下不能点燃周围的爆炸性混合物的电气设备 浇封型电气设备采用的是典型的阻止点燃源与爆炸性混合物相接触的防爆方法 浇封设备以前被认证为Exs特殊型防爆电气设备 通常可和Exi一起使用 用来处理储能或功率耗散元件 无火花型电气设备 Exn 无火花型电气设备在正常工作条件下 不得产生火花及超过温度组别的最高表面温度 但在特定外壳 限制呼吸外壳 内允许火花或热表面存在 目前无火花型电气设备可分为以下五种类型 1 ExnA 无火花型设备 传统技术 2 ExnR 限制呼吸外壳3 ExnL 限制能量设备4 ExnZ 简单正压5 ExnC 有火花设备无火花型电气设备只适用2区危险场所 在2区使用时 只考虑正常工作情况 不必考虑短时存在的故障情况 在2区使用可有效地降低成本和费用 ATEX防爆认证 1 ATEX防爆新指令是欧共体国家于2003年7月1日起强制执行的防爆新标准 ATEX认证对仪表制造厂的生产条件和生产质量评估设置了更严格的标准 ATEX分组 I组为矿井用设备 II组为除矿井以外其它爆炸性环境用设备 II组设备需标明设备使用环境种类 G 指用于气体 蒸汽或薄雾环境 D 指用于粉尘环境 I组设备分类 M1 爆炸性环境用设备在极少发生的设备故障情况下 仍具有一定的安全等级 它必须具有以下安全等级 一个故障发生时 至少应有两个相互独立的保护措施 两个独立的故障发生时 设备是安全的 ATEX防爆认证 2 M2 当爆炸性环境出现时 设备能自动断电 在正常工作条件下和极端的恶劣的环境下能保持有效的防爆方式 II组设备分类 1类 用于Zone0和Zone20 在正常工作 一个故障和二个单独的计数故障时均不能点燃爆炸性混合物的设备 2类 用于Zone1和Zone21 在正常工作 一个故障时均不能点燃爆炸性混合物的设备 3类 用于Zone2和Zone22 在正常工作时不能点燃爆炸性混合物的设备 ATEX规定设备的分组 分类 设备分组 Group I 矿井用 II 工厂用 粉尘 无符号 设备分类CategoryM1M21G2G3G1D2D3D 设备适用的危险区域 IECZone 01012202122 ATEX设备标志 外壳保护等级 IP 0无防护 1固体异物直径大于50mm 5防尘 6尘密 0无防护 1垂直滴水 2倾斜15度滴水 3淋水 4溅水 5喷水 6猛烈喷水 7短时间浸水 8连续浸水 2固体异物直径大于12 5mm 3固体异物直径大于2 5mm 4固体异物直径大于1 0mm 第一位特征数字防止固体异体异物进入 第二位特征数字防止进水造成有害影响 例如 IP65 Ingressprotection 即要求具有尘密及对喷水的外壳防护功能 NEMA外壳与IP代码对比 NEMA 美国全国电气制造厂商协会 NEMA外壳123 3R3S 44X 612 13 IP23IP30IP32P64IP65IP66IP67 主要防爆认证机构 NEPSI 中国国家级仪器仪表防爆安全监督检验站ATEX 欧洲防爆新指令 2003年7月1日起实施IEC 国际电工技术委员会CENELEC 欧洲电工技术委员会BASEEFA 英国防爆检验机构FM 美国工厂联合会UL 美国保险商实验室NEC 美国国家电气规范NEMA 美国电气制造商协会CSA 加拿大防爆检验机构PTB 德国防爆检验机构 2 本质安全的原理 本质安全的起源 煤矿电铃系统 大约1910年 断路火花 裸导线 电铃 电池 绞车操作人员 本质安全设计的基本目标 限制电压2 限制电流3 限制贮存的电能 本质安全的目的是防止安全区的危险电压传到危险区 从而引起爆炸 主要有三个方面 电压和电流特性 短路电流 点燃不发生 V o c I s c 简单的电阻性电源的输出特性 V o c I s c R Ignitionoccurs 点燃发生 开路电压 定义 是指一个由设备和连接导线组成的系统 其中系统中任何一部分的电火花或热效应都不会导致危险场所的爆炸 本质安全系统 Exia 二个故障保持本质安全 0区 1区和2区 本质安全是唯一考虑现场导线故障的保护概念 是指决定设备安全性的元器件的故障 本质安全的等级 本质安全的等级 本质安全是唯一考虑现场导线故障的保护概念 是指决定设备安全性的元器件的故障 Exia Exib 二个故障保持本质安全 一个故障保持本质安全 0区 1区和2区 1区和2区 本质安全系统 危险场所安全场所 认证的危险场所设备 认证的安全场所设备 本质安全接口 危险场所安全场所 认证的危险场所设备 认证的危险场所设备 认证的安全场所设备 认证的接口 未经认证的安全场所设备 简单设备 简单设备定义 危险场所设备可以是认证的贮能设备 例如 仪表 或未经认证的 简单设备 例如 根据制造商的技术条件 电气参数值均不超过1 2V 0 1A 20mJ或25mW的电气设备 它们无需认证或标志 简单本质安全系统 危险场所安全场所 认证的接口 未经认证的危险场所简单设备 未经认证的安全场所设备 本安系统的基本参数 1 现场本安设备Ui 本安设备在故障状态下的最高输入电压Ii 本安设备在故障状态下的最高输入电流Pi 本安设备在故障状态下的最高输入功率Ci 本安设备最大内部等效电容Li 本安设备最大内部等效电感2 连接电缆Cc 电缆最大允许分布电容Lc 电缆最大允许分布电感其中 Cc CkxLCk 电缆单位长度分布电容L 实际配线长度Lc LkxLLk 电缆单位长度分布电感L 实际配线长度 本安系统的基本参数 2 3 关联设备Uo 关联设备在故障状态下的最高开路电压Io 关联设备在故障状态下的最大短路电流Po 关联设备在故障状态下的最高输出功率Co 关联设备在故障状态下允许的最大外部电容Lo 关联设备在故障状态下允许的最大外部电感 本安系统的组合条件 为确保系统的正常安全运行 本安系统各配置间必须满足以下条件 现场本安设备的防爆标志级别不能高于安全栅的防爆标志级别 关联设备与现场本安设备之间必须同时满足 Uo UiIo IiPo Pi3 连接电缆的分布参数参数必须同时满足 Cc Co CiLc L0 Li 电压和电流限制网络 限流电阻 箝位齐纳二极管 最大输出电流 Vz R V Z 输出 输入 R 危险场所 安全场所 基本的并联二极管安全栅 Vz 本质安全等级 ia ib 的评定 需要考虑元件故障 电阻通常为线绕电阻 被认为是故障开路型 二级管应按试验等级要求设计成双重化或三重化 熔断器 安全场所接线端 非本安端 危险场所接线端 本安端 安全栅熔断器 熔断器额定值的选择应起到保护二极管的作用 但它与安全栅的短路电流没有直接关系 250Vrms最大值 CENELEC和其它标准要求将熔断器浇封在安全栅内 以使熔断器不