防爆电子称系统的设计与选用
防爆电子称系统的设计与选用
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 现场本质安 全设备——按本安防爆要求，对储能元件回路作特殊设计，使现场设备下会产生由火花或热源引起爆炸。
B 连接电缆——避免外界电磁场干扰影响，限制电缆分布参数。
C 关联设备——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. 安 全栅
2.1 基本形式
以功能可分为四种：模拟信号用、开关/数宇信号用、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 齐纳式安 全栅
齐纳安 全栅工作原理如下：齐纳安 全基本电路由快速熔断器FAI，限压元件VDl、VD2（齐纳二极管或二极管），限梳电阻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至高电压Vmax，此时VDl、VD2处于下导通状态，是“开路”状态，只要漏电流小于规定值，安 全栅电路下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VDl，VD2反向击穿，呈“导通”状态，此时齐纳：极管VDl、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上下会出现高电压。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FAl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目的安 全。当现场（危险区）发生故障，
例如负载短路了，安 全栅电路中的限梳电阻R1立即起限流作用，把短路电流限制在某一个电流值以内，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；一旦异常故障隋况下，熔断器熔断使安 全栅失效，造成更换频繁。
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、可靠隔离元件以及一个相当于具有限压、限梳功能的二极管安 全栅网络所组成。
隔离式安 全栅通过光、电、磁隔离技术来实现开关量、模拟量以及数字通信的电气隔离。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，而信号隔离固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，精度至高为0.1%，不适用于高精度的称重系统。
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） 明确至高输入电压、电流、功率和至大内部电容、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） 本安电气设备的至低工作电压及回路正常工作电流。
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下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至低工作电压。
（3） 关联设备在故障状态下的至高开路电压、至大短路电流、至大功率分别不大于本安设备故障状态下的至高输入电压、至大输入电流、至大输入功率；而关联设备在故障状态下的至大外部电容、至大外部电感分别不小于本安设备至大内部等效电容、至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。
5. 连接电缆的选用原则
（1） 连接电缆为铜芯绞线，且每根芯线的截面积积不小于0.5mm2；
（2） 介电强度应能承受2倍本安电路的额定电压，但下低于500V的耐压试验。
（3） 连接电缆长度的限制计算方法如下。
A 电缆至大允许分布电容Cc不大于关联设备在故障状态下的至大外部电容与本安设备至大内部等效电容之差；电缆至大允许分布电感Lc不大于关联设备在故障状态下的至大外部电感与本安设备至大内部等效电感之差。
B 按照：
电缆长度L=电缆至大允许分布电容Cc/电缆单位长度分布电容Ck
电缆长度L=电缆至大允许分布电感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。
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棍古物的爆炸压力，并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性棍古物传播。
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。
7. 正压型电气设备
设备外壳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装在内壳。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。
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