防爆设备基本原理及选型技巧之三本安条型电气设备.doc
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1、防爆设备基本原理及选型技巧之三本安型电气设备 2011-05-24 16:57:03| 分类: 默认分类 | 标签:安标参数 |字号大中小 订阅三 本安型电气设备1名词术语(最常用的)1)本质安全电路: 在规定的条件下(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均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。2)本质安全设备:其内部所有的电路都是本安电路的电气设备。3)关联设备:装有本质安全电路和非本质安全电路,而且结构使非本质安全电路不能对本质安全电路产生不利影响的电气设备。4)最小点燃电流:用火花试验装置,在电阻电路或电感电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最小电流。5)最低点燃电压
2、: 用火花试验装置,在电容电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最低电压。6)电气间隙:两导电部件在空气中的最短距离。7)空气中的爬电距离:两导电部件之间沿绝缘材料与空气的接触表面的最短距离。1.6 本质安全型设备的特点1)安全程度高,ia等级可用于0区,其他防爆型式均不能用于0区;2)体积小,重量轻,造价低;3)结构简单,易操作、维护。所以,在防爆产品选型上,应尽可能选择本质安全型。2本质安全型电路的参数设计2.1 设计依据:GB3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第1部分:通用要求GB3836.4-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第4部分:本质安全型“i”特别是GB3836.4
3、中的附录A最小点燃曲线,这些曲线是在专门的火花试验装置上进行大量的火花试验,确定了点燃爆炸性气体的临界参数,有了这些曲线,既方便了设计者和使用者,也为检验单位审查其本质安全性能提供了依据。一个电路不管多么复杂,都是由电阻、电容、电感等元器件组成的,当我们能把它简化成仅含有一个等效参数的简单电路时,就可以分别考虑其正常工作和故障状态下的电压、电流对点燃情况的影响,应用最小点燃曲线来计算电路的本质安全性能。2.2 查最小点燃曲线的方法1) 确定电路类型(R、C、L),并考虑最不利的因素(电源的波动、元件的容差),确定电气参数(U、I、R、C、L)值;2) 将相应的安全系数加在电压或电流上:ia等级
4、:正常工作和一个故障,安全系数K1.5;二个故障,安全系数K1.0;ib等级:正常工作和一个故障,安全系数K1.5;3)对应不同的电路类型,根据防爆级别不同,查相应的最小的点燃曲线,使考虑安全系数后的电压(Uk)或电流值(Ik)小于最小点燃电压(Umin)或最小点燃电流(Imin)值。否则应修改电路参数,使之满足本质安全要求。2.3 设计示例2.3.1简单的电阻电路一个20V的直流电源,选多大的限流电阻,才能适用于氢气危险场所? (1) 首先确认电路类型为电阻电路, 防爆级别为C,考虑电源波动10%的因素,电源U20V1.122V 查GB3836.4附录 图A1(C),22V对应的最小点燃电流
5、为337mA。(2) 将安全系数K1.5加在电流上,即Ik337mA/1.5224mA(3) 20V的直流电源串联的限流电阻R22V/224mA98.2 考虑电阻允许误差5%,限流电阻最小阻值至少为103.1。 当该电源(电池组)直接用于危险场所时,电池与限流电阻必须整体封装为一体,防止电池直接短路。电阻电路的本安措施:是通过限制电压和电流来控制火花能量的。 2.3.2简单的电容电路 评价一个用于类场所本质电路的安全性能。电路由一个30V电池组与可靠元件10K电阻、10uf电容器连接组成的。(在该示例中,30V和10uf值取最大值, 10K 电阻值取最小值)1电源电路(1)电池最高电压Uo30
6、V, 电池最大短路电流IoUo/R30V/10K 3mA(1) 取安全系数K1.5, Ik1.53mA4.5mA(2) 查A1曲线(I), 30V对应最小点燃电流Imain700mA(3) 评定:因为Ik(4.5mA)远小于Imain(700mA), 安全系数超过了100倍,所以,该电源是本质安全的.2 电容器(1) C10uf, , U30V(2) 取安全系数K1.5, Uk1.530V45V(3)查A2曲线(I), 10uf 对应最小点燃电压Vmain26V(4)评定:因为Uk(45V)大于Umain(26V), 所以,该电路不是本质安全的.(5)修改方案方案1:电容值不变,降低电压:因为
7、C10uf, 对应最小点燃电压Vmain26V所以电压应降低为UkVmain(26V)/1.526V/1.5 17.3V方案2:电压值不变,减小电容值: 因为U30V ,取安全系数K1.5, Uk1.530V45V 查A2曲线(I), 45V最小点燃电压对应的最小电容值为3uf方案3: 电容、电压值不变,电容串联可靠电阻(取R5.6): 因为U30V,取安全系数K1.5, Uk1.530V45V 查A2曲线(I), 根据10uf5.6 这条曲线,得到最小点燃电压(Umain)为48V,因为Uk(45V)小于Umain(48V), 所以,该电路是本质安全的。 U30V C10uf 26 48 U
8、min(V)R10K R5.6 图A2 I类电容电路 电容电路的本安措施:尽可能降低电源电压或电容值,当仍达不到要求时,可将电容串接可靠电阻并浇封为一体。2.3.3简单的电感电路 U20V L100mH R300 R1100如上图所示,假定由一个C电路,是由一个20V电池组与可靠元件300限流电阻组成的电源,并向一个1100、100mH的电感器馈电,评价该电路的本安性能。该示例中,300和1100取为最小值,100mH取为最大值,电池组的最高电压假定为22V。 1电源电路(1) 电池最高电压Uo22V, 电池最大短路电流IoUo/R22V/30073.3mA(忽略电池内组)(2)取安全系数K1
9、.5, Ik1.573.3mA110mA(3)查A1曲线(C ), 22V对应最小点燃电流Imain337mA(4)评定:因为Ik(110mA)小于Imain(337mA),所以,该电源是本质安全的.2 电感器(1) 电感中的最大电流IUo/R22V/3001100 15.7mA(2)取安全系数K1.5, Ik1.515.7mA23.6mA(3)查A4曲线(C ), 100mH 对应最小点燃电流Imain28mA(4)评定:因为Ik(23.6mA)小于Imain(28mA), 所以,该电路是本质安全的.电感电路的本安措施:尽量减小电路的电感量或电流值,当仍达不到要求时,电感两端可并接分流保护性
10、元件,而且要双(三)重化,并与电感浇封为一体.例如: 电感两端可并接续流二极管保护性元件,ib等级需双重化,ia等级需三重化。 3 结构要求3.1 外壳一般类外壳不低于IP54,类不低于IP20,但也应与环境条件相适应,对于恶劣环境,应适当提高防护等级。例如户外,一般不低于IP54。3.1.1防护等级依据标准:GB4208-1993 外壳防护等级(IP代码)3.1.2 外壳材质a 塑料外壳:热稳定性:塑料外壳允许的工作温度高于设备外壳最高表面温度。表面绝缘电阻:1G不燃型或难燃型材料b 轻金属外壳:类:含镁量(质量百分比)6%。3.2 设备的外部连接3.2.1 接线端子同一接线盒内,本安与非本
11、安接线端子的间距不小于50mm,否则应加绝缘板或接地金属板进行隔离。而且本安接线端子应为浅蓝色或有本安标记。各本安电路接线端子的裸露导体部件之间的电气间隙应等于或大于GB3836.4表4给出值。另外,接线端子之间的电气间隙在按GB3836.4图1测量时,连接外部导体的裸露导电部件之间的电气间隙应不小于6mm。连接到端子的外部导体的裸露导体部件和接地金属或其它导体部件之间的最小电气间隙应不小于3mm。3)接线端子应具有放松措施(加弹垫),确保连接可靠。3.2.2 插接件1)用于连接外部本安与非本安电路的插头和插座应是分开的,而且不能互换。2)外部连接配备有一个以上的插头和插座时,应有防互换、防误
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