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防爆产品知识——主要防爆技术

2012/5/23 14:44:37点击:

隔爆型Exd
设备依据标准:GB3836.1-2000/GB3836.2-2000
隔爆外壳定义:能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力,并能阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播的电气设备外壳(I区防爆技术)。
允许危险气体进入隔爆外壳,外壳内可能产生爆炸。但要求外壳必须具有足够的强度;且各外壳接合面必须具有足够长的啮合长度和足够小的间隙,以确保内部爆炸不会穿过隔爆接合面而导致外部环境爆炸。
是间隙防爆技术,依靠间隙、啮合长度来达到降温、熄火效果。
欧洲和北美的区别:“Flameproof”- “Explosion-proof”。
主要防爆技术-隔爆型Exd(续)
强度设计:至少为参考压力的1.5倍。通常IIB为1MPa,IIC为1.5MPa。
隔爆接合面定义-为阻止内部爆炸向外壳周围爆炸性气体混合物传播。隔爆外壳各个部件相对表面配合在一起的接合面,称为隔爆接合面。
接合面结构形式与要求:
-平面接合面:表面粗糙度、啮合宽度、间隙
-圆筒接合面:表面粗糙度、啮合宽度、间隙
     -止口接合面:表面粗糙度、啮合宽度、间隙
-螺纹接合面:啮合精度、啮合扣数、螺距大于0.7mm
防锈措施:电镀、磷化、涂防锈油、不准涂刷油漆。
主要防爆技术-增安型Exe
设备依据标准:GB3836.1-2000/GB3836.3-2000
定义:对在正常运行条件不会产生电弧或火花的电气设备采取进一步措施,提高其安全程度,防止电气设备产生危险温度、电弧和电火花的可能性的型式(I区防爆技术)。
要求设备在正常工作和认可的过载条件下不会产生危险温度、电弧和危险温度。
增安型技术是一种德国技术。原则上可以适用于1区场所,但国际间或行业间认可程度略有不同。

主要防爆技术-增安型Exe(续)
主要技术措施:接线端子放松、电气间隙/爬电距离、外壳防护等级、绕组绝缘、温度保护等。
外壳不要求具有承受内部爆炸的强度、但至少应能承受规定的机械冲击,且具有IP54的外壳防护等级。
典型应用:接线盒、电磁线圈(阀)、照明灯具、变压器和无刷电机等。自动化仪表通常存在调零/调满度的电位器或选择开关,即认为正常情况下会产生电火花,因此一般不设计为Exe。

主要防爆技术-本质安全型Exi
设备依据标准:GB3836.1-2000/GB3836.4-2000
定义:在标准规定的条件(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(0/I区防爆技术)。
是一种以抑止点火源能量为防爆手段的“安全”技术。要求设备在正常工作和故障状态下可能产生的电火花或热效应分别小于爆炸性危险气体的最小点燃能量和自燃温度。例如:氢气19uJ 560℃。
本安技术实际上是一种低功率设计技术。因此它能很好地适用于工业自动化仪表。

主要防爆技术-本质安全型Exi(续)
基本设计技术措施(电路与结构设计方面):
-限制电压;
-限制电流;
-限制能量(含储能元件:电容和电感);
-合理选择元器件额定参数、载流导线截面等;
-电路和结构的分隔措施。
本安防爆的技术和商务特征:
-制造工艺简单、体积小、重量轻、造价低(开关回路1:4);
-易于实现较高防爆级别的设计;
-可带电操作与维护;
-安全可靠性高;
-可有效避免人员触电伤亡事故发生;
-适用范围广(ia等级是唯一的0区技术);
-简单设备只需满足通用要求,不需认证即可接入本安防爆系统。
主要防爆技术-本质安全型Exi(续)
电气设备类型
本质设备-其内部所有电路都是本质安全电路的电气设备。
关联设备-装有本安电路和非本安电电路,且结构使非本安电路不能对本安电路产生不利影响的电气设备(关联设备一般安装在安全场所)。
本质安全设备的类别
Exia-直至两个元件或其它类型的故障仍能保持防爆性能的设备。本质设备可安装在0区、1区、2区危险场所。本安关联设备可连接到0区、1区、2区危险场所。Exia本安设备是唯一可安装在0区的防爆电气设备。
Exib-直至一个元件或其它类型的故障仍能保持防爆性能的设备。本质设备可安装在1区、2区危险场所。本安关联设备可连接到1区、2区危险场所。

主要防爆技术-本质安全型Exi(续)
最小点燃曲线的概念
最小点燃电流:用标准电火花试验装置,在电阻和电感电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最小电流。
最低点燃电压:用标准电火花试验装置,在电容电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最低电压。
最小点燃曲线:最小点燃曲线包括最小点燃电流曲线和最低点燃电压曲线。它是通过大量电火花试验确定的点燃爆炸性气体混合物的临界值曲线。是设计人员设计本安电路的重要依据。国家标准GB3836.4-2000附录A给出了这些曲线。

主要防爆技术-本质安全型Exi(续)
安全系数
-由于点燃曲线中给出的最小点燃电流(或电压)值是点燃临界值。不能直接使用。使用时,应考虑相应的安全系数。
-所谓安全系数是指最小点燃电流(或电压)与本安电路的设计电流(或电压)相比的倍数。即最小点燃电流(或电压)/本安电路设计电流(或电压)。具体安全系数取值见下表:



通常情况下,对于电感电路利用降低电流、电容电路降低电压、电阻电路降低电流或电压的方法达到规定的安全系数。

主要防爆技术-本质安全型Exi(续)
最小点燃曲线的应用
例1:找出一个与28V直流电源(蓄电池)相串联的限流
电阻的最小值。使该电路适用于氢气危险场所。
-该电路属于IIC电阻性电路;
-考虑电源波动10%的因素,电源
E=28x(1+0.1)=30.8V。取E=31V。
-查电阻性IIC最小点燃曲线(GB3836.4附录A1曲线)可
知,电源电压最小点燃电流为140mA。取安全系数1.5,
则允许的最大电流=最小点燃电流/安全系数=70mA。
-由此可得出与28V直流电源串联的最小电阻值
R=28V/70mA=400Ώ
-考虑电阻器允许误差精度为5%,限流电阻的阻值
至少为420 Ώ。
主要防爆技术-正压型Exp
设备依据标准:GB3836.1-2000/GB3836.5-2004
定义:用保持外壳内部气体的压力高于周围爆炸性环境的压力,以阻止外部爆炸性气体进入的外壳。
现行标准所指的正压技术(I区防爆技术) 即通过换气使外壳内部的1区爆炸性环境置换为“安全区域”,并通过保持适当正压,使周围危险气体不能进入外壳。这样未经防爆设计和认可的普通电气设备可安全地安装在外壳内。
正压外壳分为“正压通风”、“正压补偿”和“静态正压”三种。
是一种较为复杂的防爆技术,但有时是唯一的技术。
主要防爆技术-正压型Exp(续)
主要技术措施:用空气或惰性气体换气。换气时间满足试验测定时间;用压力检测控制器监控内部压力,当压力高于设计规定值(50Pa)时,外壳内部电气设备自动得电;主电源与压力互锁联动,当压力低于规定值时就切断主电源;监控设备通常需要采用其他防爆技术。
典型应用:控制柜、仪表盘、分析仪器、正压小屋等。
注意:换气取风口和出风口的安全(在危险区内,取风口高于地面9m或爆炸危险区1.5m以上)。
最新IEC标准规定的主要型式有3种:
-px:将正压外壳内的危险等级从1区降到非危险区域
-py:将正压外壳内的危险等级从1区降到2区
-pz:将正压外壳内的危险等级从2区降到非危险区域

主要防爆技术-浇封型Exm
设备依据标准:GB3836.1-2000/GB3836.9-2004
是一种较新的隔离防爆技术(I区防爆技术) 。将电火花用环氧树脂封装起来。在没有形成专门标准前,将这种技术称为特殊型(Exs)。
典型应用:电子组件单元(电子整流器)、线圈部件、超声波探头等产品。
可用作对本安技术的补充措施。如降低功率元件温升、结构间距保护等。
浇封材料必须具有较好的热稳定性。
浇封表面不应出现裂痕、龟裂等现象。
主要防爆技术-充砂型Exq
设备依据标准:GB3836.1-2000/GB3836.7-2004
(I区防爆技术)。字母“q”表示“quarz-石英砂”。
原理:危险气体可能与电火花接触并产生爆炸,但足够的石英砂厚度能阻止爆炸传播到周围环境。
适用于各种电子部件,如启辉器等。
采用石英砂保护可能产生电火花的设备或部件。
主要防爆技术-充油型Exo
设备依据标准:GB3836.1-2000/GB3836.6-2004
(I区防爆技术)。字母“o”表示“oil-油”。
原理:通过充油的方法,防止设备可能产生的电火花与可燃性气体环境的接触。
允许电气设备存在移动触头、电弧、电火花或危险温度。适用于大电流开关装置、变压器等产品。
主要防爆技术-n型Exn(2区防爆技术)
设备依据标准:
中国:GB3836.1-2000/GB3836.8-2003(IEC60079-15:p2001)
欧洲:EN50021:2000
IEC: IEC60079-15:p2001
IEC 2区定义:在正常情况下,爆炸性气体混合物不可能出现,只有在故障情况下短时间存在的场所。
2区分布比例:欧洲将典型的爆炸性危险场所将划分为0区(zone 0)、1区(zone 1)和2区(zone 2),出现所占百分比分别约为2%、28%和70%;而按北美被划分为Division 1和Division2,出现所占百分比分别约为5%和95%。欧洲的实践表明:2区的比例仍呈增长趋势。
主要防爆技术-n型Exn(2区防爆技术续)
n型防爆技术:是电气设备的一种防爆型式。这种型式的电气设备在正常运行时和标准规定的一些异常条件下,不能点燃周围爆炸性气体。它包括以下5种具体的防爆型式:
ExnA-无电火花型设备
ExnR-限制呼吸外壳(密封外壳)
ExnL-限制能量设备(简单本安、不考虑故障状态)
ExnZ-具有简单正压
ExnC-封闭式结构(有火花型设备),电火花触头采用除nR、nL和nZ之外的保护技术(封闭、密封外壳,简单隔爆技术)。
注意:序号1)适用于正常工作,不产生电弧、电火花或过热表面的设备。
序号2)-5)适用于正常工作,产生电弧、电火花或过热表面的设备。它通过采取规定标准的措施,使其不会产生点燃。

主要防爆技术-粉尘防爆型DIP
国际上,正加紧粉尘环境防爆技术的标准化工作。其趋势正朝着气体防爆技术标准化方向发展(ExtD、ExpD、mD、iD…)。中国将不断跟踪IEC粉尘标准化发展趋势,完善粉尘防爆系列标准。
中国最新粉尘标准:GB12476.1-2000可燃性粉尘环境用电气设备 第一部分 用外壳和限制表面温度保护的电气设备 第一节 电气设备的技术要求
原标准:GB12476.1-1990 爆炸性粉尘环境用电气设备
危险区域:新的粉尘标准将区域划分由原来的10、11两个区修改为20、21、22三个区域。与气体区域划分方法相对应。
温度组别:取消了原温度分组(T11、T12、T13)方法,采用GB3836.1规定的气体温度分组方法(T1-T6)分组。
防爆电气设备分组为A型、B型。
主要防爆技术-粉尘防爆型DIP(续)
欧洲和北美是左右IEC粉尘防爆标准化工作重要因素。标准规定的A、B两种设备实际上就是分别代表了各自的粉尘防爆思想,两者具有同等安全程度。
A型设备(欧洲):防尘方法采取适宜的防尘等级,并在5mm厚粉尘层堆积的情况下确定设备表面温度。
B型设备(北美):采用类似于隔爆面的防尘设计方法,并在12.5mm粉尘层堆积的情况下确定设备表面温度。
防爆标志:以外壳保护的粉尘防爆电气设备新标准仍采用防粉尘点燃符号“DIP”;取消了原尘密和防尘结构标志符号DT/DP。直接以区域代号标志,相当于隔爆型。