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防爆技术在工业电子秤中的应用

发布时间:2019-04-30  来源:  作者: 查看:

本文就防爆技术在工业电子秤中的应用作一介绍。

1.防爆基础

1.1防爆电子秤应用范围要的易燃易爆场所如下:

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1.2电子秤引燃引爆的起因

电子秤的三大组成部分,电阻应变式称重传感器、接线盒与称重仪表电气回路及其周围环境可能引燃引爆的因素为:

2.1点燃源

(1)短路、断路,产生瞬间火花;

(2)铀点操作引起火花;

(3)静电放电、磨擦产生火花;

(4)导线、元器件过热造成表面温度升高。

1.2.2爆炸性物质一一可烩性气体或粉尘等;

1.2.3助燃剂一一空气(氧气)

1.3电子秤的防爆

(1)采取限流限压的:本质安全型(ia、ib);

(2)采取隔爆保护外壳:隔爆型(d);

(3)采取IP防护外壳设计的:粉尘类防爆(DIP);

(4)采取隔离措施的:正压型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、浇封型(m);

(5)采取特定结构的:增安型(e)、无火花型(n);

(6)采取特殊设计的:特殊型(s)。

电子秤常用的防爆型式为

本质安全型(包括复合本安型)、隔爆型、正压型、增安型以及无火花型等。

1.4易燃易爆危险场所的划分

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1.5电子秤宜选用的主要防爆型式

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1.6电子秤宜选用的防爆等级

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1.7可燃性气体易燃温度等级

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1.8主要爆炸性气体的分类

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1.9气体防爆标记

举例:Ex ib II B T4为ib类本质安全型,气体等级为II B类,引燃温度T4级,可适用于1区或2区的防爆设备。

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1.10粉尘防爆型式分类

以外壳保护的粉尘防爆电气设备与外壳防护等级(IP)直接有关。防护等级表示如下:

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一般情况下,防爆电气设备中带有裸露带电导体的外壳防护等级至少应为IP54,带有绝缘部件的外壳要求不低于IP44。户外使用的设备其外壳防护等要求IP54或更高一些。例如:IP54表示进入灰尘量不景响设备正常运行,向外壳各方面溅水无有害影响。

最新粉尘防爆标准简介(GB12476-2000)如下:

(1)防爆标志:以外壳保护的粉尘防爆电气设备新标准仍采用符号“DIP’取消了原标志符号DT/DP。

(2)可采用欧洲和北美标准规定的A,B两种设备分类方法。即欧洲A型设备采取适宜的防尘等级,并在5mm厚粉尘层堆积情况下确定设备表面温度;北美B型设备采用类似于隔爆面的防尘设计方法,并在12.5mm厚粉尘层堆积情况下确定设备表面温度。

(3)危险区域:区域划分由原来的10,11二个区修改为20,21,22三个区域,与气体环境划区方法(0,1,2)相适应。

(4)温度组别:由原来的温度分组方法(T11,T12,T13),改为与气体温度分组相同的分组方法(T1-T6)。

举例:DIP A21 T5表示采用欧洲A型、21类区域、T5温度组别的粉尘防爆设备;

DIP B22 T4表示采用北美B型、22类区域、T4温度组别的粉尘防爆电气设备。

2.防爆系统设计与选用

2.1本质安全电气设备及系统

本质安全电气设备指其内部所有电路在规定的条件下,产生的火花或热效应均不可能引爆。本质安全防爆系统由以下三部分组成:

A.本质安全设备——按本安防爆要求,对储能元件回路作特殊设计,使现场设备不会产生由火花或热源引起爆炸。

B.连接电缆一一避免外界电磁场干扰影响,限制电缆分布参数。

C.关联设备—一安全栅,将从安全区的非本安回路传到危险区的本安设备的能量限制在点火极限范围内。

2.2安全栅

2.2.1基本形式

以功能可分为四种:模拟信号用、开关/数字信号用、通讯功能用、现场总线用安全栅。

以结构形式可分为两种:齐纳式安全栅、隔离式安全栅。

安全栅是充当危险区仪表和控制室仪表之间的“界面”安全栅本身并不是本质安全的,不可以直接安装在危险区。安全栅必须安装在安全区或采用隔爆装置进行保护后安装在危险区。

2.2.2齐纳式安全栅

齐纳安全基本电路由快速熔断器FAI,限压元件VD1、VD2(齐纳二极管或二极管),限流电阻R1(电阻器或非线性元件)三部分组成。

正常操作条件下,非本安端1,2之间所加的电压低于最高电压Vmax,此时VD1、VD2处于不导通状态,是“开路”状态,只要漏电流小于规定值,安全栅电路不会影响系统的正常工作。当非本安端发生故障,例如在非本安端1、2之间混入高电压,使齐纳二极管VD1、VD2反向击穿,呈“导通”状态,此时齐纳二极管VD1、VD2把混入的高电压,限制在齐纳电压上,在安全栅的本安端3、4上不会出现高电压。齐纳二极管一旦导通后其电流急剧上升把串联在电路中的熔断器FA1瞬时熔断,切断了至现场的高电压,防止了高电压引爆的危险,从而保护了现场设备及人员的安全。当现场(危险区)发生故障,例如负载短路了,安全栅电路中的限流电阻R1立即起限流作用,把短路电流限制在某电流值以内,这个电流值是安全值,现场也是安全的。

齐纳安全栅的特点是电路简单、安全可靠,模拟量精度损失极小,因可用于有精度要求的场合,例如称重传感器系统。其缺点是:现场必须要有可靠的接地;一旦异常故障情况下,熔断器熔断使安全栅失效,造成更换频繁。

2.2.3隔离式安全栅

隔离式安全栅基本电路由快速熔断器及其它保护元件或电路、可靠隔离元件以及相当于具有限压、限流功能的二极管安全栅网络所组成。

隔离式安全姍通过光、电、磁隔离技术来实现开关量、模拟量以及数字通信的电隔离。主要包括电源隔离和信号隔离两部分,其中电源隔离是由高效率DC/DC转换器构成的,而信号隔离因信号的种类不同有不同的实现方法,开关量信号由光电耦合器进行隔离;模拟量信号隔离通过模拟信号的调制解调来实现;高速数据通信隔离则由高速的磁隔离器件及相应的电子线路来实现。

隔离式安全栅的特点是不需要本安接地;三端口电隔离可构成全浮空系统,抗干扰能力极强;可将两线制变送器或操作器的4-20mA电流信号转换成与之隔离的4-20mA电流信号,或1=5V的电压信号输出。其缺点是电路复杂、造价高,精度最高为0.1%,不适用于高精度的称重系统。

2.3本安电气设备的选用原则

(1)防爆标志规定的等级是否适用使用危险场所的安全要求;

(2)明确最高输入电压、电流、功率和最大内部电容、电感等参数;

(3)接地部分的本安电路是否与安全栅接口部分的电路加以有效隔离;

(4)信号传输是以何种方式进行;

(5)本安电气设备的最低工作电压及回路正常工作电流。

2.4关联设备(安全栅)的选用原则

(1)关联设备的防爆等级必须不低于本安现场设备的防爆标志的等级。

(2)确定关联设备的端电阻及回路电阻可以满足本安现场设备的最低工作电压。

(3)关联设备在故障状态下的最高开路电压、最大短路电流、最大功率分别不大于本安设备故障状态下的最高输入电压、最大输入电流、最大输入功率;而关联设备在故障状态下的最大外部电容、最大外部电感分别不小于本安设备最大内部等效电容、最大内部等效电感的要求。

(4)确定关联设备类型,是齐纳式安全栅还是隔离型安全栅。

(5)根据本安现场仪表的电源及信号传输方式选择与之相匹配的关联设备。

2.5连接电缆的选用原

(1)连接电缆为铜芯绞线,且每根芯线的截面积不小于0.5mm2。

(2)介电强度应能承受2倍本安电路的额定电压,但不低于500V的耐压试验。

(3)连接电缆长度的限制计算方法如下。

A电缆最大允许分布电容Cc不大于关联设备在故障状态下的最大外部电容与本安设备最大内部等效电容之差;电缆最大允许分布电感Lc不大于关联设备在故障状态下的最外部电感与本安设备最大内部等效电感之差。

B.按照

电缆长度L=电缆最大允许分布电客Cc/电缆单位长度分布电容Ck

电缆长度L=电缆最大允许分布电感Lc/电缆单位长度分布电感Lk

取两者中的小值作为实际配线长度。但多芯电缆,应考虑相互叠加影响。

2.6隔爆型电气设备

具有隔爆外壳的电气设备其外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力,并阻止内部的爆炸冋外壳周围爆炸性混合物传播。

产品设计考核的基本结构参数为隔爆接合面长度和隔爆接合面的间隙。以往在我国衡器同行中,在隔爆型电气设备的内腔设计中,往往分为主腔与接线腔两部分,现根据最新GB3836.2-2000国家标准明确规定只需设置一个内腔,使隔爆型电气设备的体积大为减小。

2.7正压型电气设备

设备外壳能保持内部气体的压力高于周围爆炸环境的压力,且能阻止外部混合物的进入的具有正压外壳的电气设备。

正压型电气设备的最大特点是,壳体内部的气体压力高于大气压力,使得任何非防爆的设备均可裝在内壳。例如,目前市场上还没有防爆打印机,则在称重系统中就可将打印机置于正压型电气设备内。

文章来源:中国衡器网

作者:陈日兴

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