防爆電子稱系統的設計與選用
防爆電子稱系統的設計與選用
1. 本質安 全電氣設備及系統
本質安 全電氣設備指其內部所有電路在規定的條件下，產生的火花或熱效應均不可能引爆。本質安 全防爆系統由以下三部分組成：A 現場本質安 全設備——按本安防爆要求，對儲能元件回路作特殊設計，使現場設備下會產生由火花或熱源引起爆炸。
B 連接電纜——避免外界電磁場干擾影響，限制電纜分布參數。
C 關聯設備——安 全柵，將從安 全區的非本安回路傳到危險區的本安設備的能量限制在點火極限范圍內。
2. 安 全柵
2.1 基本形式
以功能可分為四種：模擬信號用、開關/數宇信號用、通訊功能用、現場總線用安 全柵。
以結構形式可分為兩種：齊納式安 全柵、隔離式安 全柵。安 全柵是充當危險區儀表和控制室儀表之間的“界面”。安 全柵本身并不是本質安 全的，不可以直接安裝在危險區。安 全柵必須安裝在安 全區或采用隔爆裝置進行保護后安裝在危險區。
2.2 齊納式安 全柵
齊納安 全柵工作原理如下：齊納安 全基本電路由快速熔斷器FAI，限壓元件VDl、VD2（齊納二極管或二極管），限梳電阻R1（電阻器或非線性元件）三部分組成。
正常操作條件下，非本安端1．2之間所加的電壓低于至高電壓Vmax，此時VDl、VD2處于下導通狀態，是“開路”狀態，只要漏電流小于規定值，安 全柵電路下會影響系統的正常工作。當非本安端發生故障，例如在非本安端1、2之間混入高電壓，使齊納二極管VDl，VD2反向擊穿，呈“導通”狀態，此時齊納：極管VDl、VD2把混入的高電壓限制在齊納電壓上，在安 全柵的本安端3、4上下會出現高電壓。齊納二極管一旦導通后，其電流急劇上升把串聯在電路中的熔斷器FAl瞬時熔斷，切斷了至現場的高電壓，防止了高電壓引爆的危險，從而保護了現場設備及人目的安 全。當現場（危險區）發生故障，
例如負載短路了，安 全柵電路中的限梳電阻R1立即起限流作用，把短路電流限制在某一個電流值以內，這個電流值是安 全值，現場也是安 全的。
齊納安 全柵的特點是電路簡單、安 全可靠，模擬量精度損失極小，因可用于有精度要求的場合，例如稱重傳感器系統。其缺點是：現場必須要有可靠的接地；一旦異常故障隋況下，熔斷器熔斷使安 全柵失效，造成更換頻繁。
2.3 隔離式安 全柵
隔離式安 全柵基本電路由快速熔斷器及其它保護元件或電路、可靠隔離元件以及一個相當于具有限壓、限梳功能的二極管安 全柵網絡所組成。
隔離式安 全柵通過光、電、磁隔離技術來實現開關量、模擬量以及數字通信的電氣隔離。主要包括電源隔離和信號隔離兩部分，其中電源隔離是由高效率DC/DC轉換器構成的，而信號隔離固信號的種類不同有不同的實現方法，開關量信號由光電耦合器進行隔離；模擬量信號隔離通過模擬信號的調制解調來實現；高速數據通信隔離則由高速的磁隔離器件及相應的電子線路來實現。隔離式安 全柵的特點是不需要本安接地；三端口電隔離可構成全浮空系統，抗干擾能力極強；可將兩線制變送器或操作器的4-20mA電流信號轉換成與之隔離的4-20mA電流信號，或1=5v的電壓信號輸出。其缺點是電路復雜、造價高，精度至高為0.1%，不適用于高精度的稱重系統。
3. 本安電氣設備的選用原則
（1） 防爆標志規定的等級是否適用使用危險場所的安 全要求；
（2） 明確至高輸入電壓、電流、功率和至大內部電容、電感等參數；（3） 接地部分的本安電路是否與安 全柵接口部分的電路加以有效隔離；
（4） 信號傳輸是以何種方式進行；
（5） 本安電氣設備的至低工作電壓及回路正常工作電流。
4. 關聯設備（安 全柵）的選用原則
（1） 關聯設備的防爆等級必須下低于本安現場設備的防爆標志的等級。（2） 確定關聯設備的端電阻及回路電阻可以滿足本安現場設備的至低工作電壓。
（3） 關聯設備在故障狀態下的至高開路電壓、至大短路電流、至大功率分別不大于本安設備故障狀態下的至高輸入電壓、至大輸入電流、至大輸入功率；而關聯設備在故障狀態下的至大外部電容、至大外部電感分別不小于本安設備至大內部等效電容、至大內部等效電感的要求。
（4） 確定關聯設備類型，是齊納式安 全柵還是隔離型安 全柵。
（5） 根據本安現場儀表的電源及信號傳輸方式選擇與之相匹配的關聯設備。
5. 連接電纜的選用原則
（1） 連接電纜為銅芯絞線，且每根芯線的截面積積不小于0.5mm2；
（2） 介電強度應能承受2倍本安電路的額定電壓，但下低于500V的耐壓試驗。
（3） 連接電纜長度的限制計算方法如下。
A 電纜至大允許分布電容Cc不大于關聯設備在故障狀態下的至大外部電容與本安設備至大內部等效電容之差；電纜至大允許分布電感Lc不大于關聯設備在故障狀態下的至大外部電感與本安設備至大內部等效電感之差。
B 按照：
電纜長度L=電纜至大允許分布電容Cc/電纜單位長度分布電容Ck
電纜長度L=電纜至大允許分布電感Lc/電纜單位長度分布電感Lk
取兩者中的小值作為實際配線長度。但多芯電纜，應考慮相互疊加影響。
6. 隔爆型電氣設備
具有隔爆外殼的電氣設備其外殼能承受內部爆炸性氣體棍古物的爆炸壓力，并阻止內部的爆炸向外殼周圍爆炸性棍古物傳播。
產品設計考核的基本結構參數為隔爆接合面長度和隔爆接合面的間隙。以往在我國衡器同行中，在隔爆型電氣設備的內腔設計中，往往分為主腔與接線腔兩部分，現根據新GB3836.2-2000國家標準明確規定只需設置一個內腔，使隔爆型電氣設備的體積大為減小。
7. 正壓型電氣設備
設備外殼保持內部氣體的壓力高于周圍爆炸環境的壓力，且能阻止外部混合物的進入的具有正壓外殼的電氣設備。
正壓型電氣設備的特點是，殼體內部的氣體壓力高于大氣壓力，使得任何非防爆的設備均可裝在內殼。例如，目前市場上還沒有防爆打印機，則在稱重系統中就可將打印機置于正壓型電氣設備內。
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