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安全栅怎么选型
发布时间:2012/12/8  阅读:1861

              如何选择合适的安全栅     

              S2000安全栅

一、概述
    ◆MTL700LB800LB900S2000系列齐纳安全栅是苏州倍加福防爆电气有限公司新推出的安全栅系列产品,该产品按照GB3836.4—2000[爆炸性气体环境用防爆电气设备本质安全型"i"]中有关规定制造生产。经国家防爆质量监督检验中心防爆检测合格,并取得防爆合格证书。
    ◆LB900系列齐纳式安全栅,可与各种现场一次仪表如变送器(数字通迅的智能变送器、4—20mA模拟信号的普通变送器、国产DDZ型变送器)、电气转换器、电气阀门定位器、各类热电偶、热电阻、开关(触点及模拟开关)、流量仪表(涡轮、腰轮、刮板、旋涡等流量变送器)、电磁阀及各种特殊仪表组成本质安全防爆系统,用于现代化工业的自动化过程控制,广泛地应用在石油、化工、医药、船舶等领域。以限制危险能量进入具有爆炸性危险气体环境的可靠设备。
    ◆S2000系列齐纳安全栅的用途和LB900系列相同,其特点是安全栅的端电阻降低了,给设计部门和用户选用安全栅的范围扩宽了。
二、安全栅与一次仪表配套要求
    1、所选配的安全栅与一次仪表都应取得经过国家防爆检验部门颁发的防爆合格证书,并经过防爆检验单位确认后可组成本安防爆系统。
    2、电缆和一次仪表都是贮能设备,必须按安全栅的防爆参数加以计算,审核无误方可配用。(此条件未考虑电源能量)
本安防爆系统基本组合条件为:
Uo≤Ui
Io≤li
Co≥Ci+Co
Lo≥Li+Lo
其中:Uo最高输出电压
Io最大输出电流
Co最大负载电容
Lo最大负载电感
Ui一次仪表允许的最高输入电压
li一次仪表允许的最大输入电流
Ci一次仪表最大内部等效电容
Li一次仪表最大内部等效电感
Cp连接导线(或电缆)允许的最大分布电容
Lp连接导线(或电缆)允许的最大分布电感
3、按国家标准规定本安能级限制为:
ⅡC级:20 µJ
ⅡB级:60 µJ   
 当一次仪表与安全栅的本安限制能级不同时,联合组成防爆系统后只能降级使用。安全栅结构

三、结构及工作原理
1、结构
LB900S2000系列齐纳安全栅采用统一的外形和安装尺寸,安全栅电路用阻燃环氧树脂浇封在壳体内,各接线端子问的爬电距离、电气间隙及材料的相对泄痕指数都符合GB3836.4GB3836.1中的有关规定。外形尺寸见图一(14)
2、工作原理
齐纳安全栅基本电路:见图3—1
电路由快速熔断器FAI,限压元件VDlVD2(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12之间所加的电压低于最高压Vma×(更低于齐纳二极管的齐纳电压),此时VDIVD2处于不导通状态,除有极微小的漏电流以外,是开路状态,安全栅电路等效于一个电阻串联在信号回路内,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12之间因某种原因混入高电压,使齐纳二极管VDlVD2反向击穿,呈导通状态,此时齐纳二管VDlVD2把混入的高电压限制在齐纳电压上,在安全栅的本安端34上不会出现高电压,齐纳二极管一旦导通以后,其电流急剧上升(雪崩过程)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,防止了高电压引爆现场爆炸性物质的危险,从而保护了现场设备及人员的安全。
当现场(危险区内)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一个电流值之内,这个电流值是安全值,故现场也是安全的。
齐纳安全栅的安全保护作用,实际上是对能量的限制作用,在本质安全防爆系统中对能量的限制作用。在本质安全防爆系统中,由于安全栅的功能,所以不论发生任何故障都保证传输到现场(危险区)的能量是一个安全值(不会点燃规定的分级、分组爆炸性气体混合物),从而确保现场安全。安全栅
四、技术规格及主要参数
a)防爆标志:[Ex(ia)]ⅡC[Ex(ib)]ⅡC[Ex(ib)]ⅡB
b)安装位置:安全区域
c)安装方式:DlN标准导轨(35mm)安装或导流条母线安装;M4螺栓间距11.5mm
d)最高允许电压:250VACDC
e)环境条件:连续使用温度-10℃+45℃;贮存温度-40℃+80℃;相对湿度595RH
f)主要参数见表4]4—24—34—44—5

a)安全栅的最大允许负载参数是最大允许电容Co和最大允许电感Lo
b)表中所列的数值表示用于||c气氛(氢气),对于||Bll A气氛,其最大允许负载参数分别为表中气列数值3倍和8倍。
c)安全栅和贮能仪表(如变送器)连接时,这些仪表和连接导线都是安全栅的负载。导线的最大允许电缆参数CcLc
应等于或小于安全栅的最大允许负载参数CoLo减去仪表输入端未经保护的电容CiLi,即满足下列的条件:Cc≤Co—CiLc≤Lo—Li
d)电缆本身的分布参数一般由电缆生产厂给出,对于没有给出分布参数的仪表信号电缆可按Cc=60100PFmLR=250µHΩ来计算电缆长度。
e)仪表中未经保护的电容CiLi电感由防爆检测机构在认证仪表时予以给出。

安全栅的应用

 

六、安全栅的实际应用
LB900系列纳安全栅应用举例
1.变送器
智能变送器(ST3000SMAR1151SMOOR)
智能变送器和安全栅组成本安防爆系统时,要求安全栅具备数字通讯功能。当变送器供电电源电压波动范围大的情况下,选用LB901(LB901 R)齐纳安全栅。该安全栅内部具备电压浮动性能在供电电源电压2235VD(:变化时,都能保证提供变送器1 3V以上稳定电压(工作电流20mA,负载250Ω),同时具备数字通讯功能。但该安全栅的功耗为35mAmaX(工作电流20mA,供电电压35VDc),所以请注意供电系统的供电能力。如果要求提供变送器的电压在1 6VDC以上,请选用LB902(LB902R)安全栅。其功耗为50mAmax(工作电流20mA,供电申压35VDC)。见,图6—16—2当供电电源电压稳定的情况下(24VDC25.8VDC),选用LB987s安全栅最理想,该安全栅无功耗,在电源电压24VDC时,提供变送器的电压≥1 2VDC,并具备数字通讯功能。
普通型变送器
当供电电源电压稳定时(24v25 8VDC),选用LB930(LB930R)LB987s最合适。当供电电压24VDc时,LB930(LB930R)提供给变送器电压≥1 4VDCLB987S提供给变送器的电压≥1 2VDC。见图6—3当供电电源波动时22V35VDC范围内),请选用LB901(LB901R)LB902(LB902R)
见图6—16—2
国产DDZ型变送器:
国产DDZ型变送器要求供电电压在1 6V以上,和安全栅组成本安防爆系统时,选用LB902(LB902R)可以满足要求,该安全栅在供电电源电压2235VDC范围内都可提供变送器]6V以上电压。但该安全栅有功耗(50mAmaX),请注意系统供电能力。见图6—16—2
2、热电阻
热电阻测温时,请选用LB955安全栅,该安全栅为双通路交流极性型安全栅,提供对热电阻的二根线保护(见图6—4),若需要对三线制热电阻的三根线都提供保护,必须选用二只LB955安全栅,LB955为低内阻安全栅(14Ω+14Ω)便于和测量仪表配合。
在正常工作电压时的漏电流在1µA以下,不影响测量精度。见图6—4
3、热电偶
热电偶选用LB960安全栅,LB960为双通路交流性安全栅,其内阻在100Ω+100Ω。为消除环境条件对测量精度的影响,应把补偿导线一直连到二次仪表,并在那里进行冷端补偿,二次仪表选用高阻抗的测量仪表。见图6—5
4、调节器输出和电气转换器或电气阀门定位器配用
调节器输出为集电极输出回路:
LB987S双通路安全栅,提供双线保护,内阻350Ω。见图6—6
调节器输出为发射极输出回路:
选用LB928LB940安全栅,LB928安全栅内阻310 ΩLB940
安全栅限流电路采用集成化变阻器电路,内阻低,负载能力强。
见图6—7
 5、开关
开关量输入输出可选用LB987S安全栅,内阻比较大(350Ω),因此适用于小负载电流,例如CMoS电路,LED指示灯、小型继电器(12V20mA)等负载。
LB989安全栅可作为开关量输入,具有输入阻抗高,负载能力强,能驱动大电流负载。见图6—8LB985安全栅可作为接近开关输入,其端子56(另配)可直接作为干触点,接DCS的数字量输入卡。
6、电磁阀
单控电磁阀:选用LB907LB908安全栅,供电电源电压在22—35V范围内波动都可正常工作。控制开关在供电电源正端选用LB908,控制开关在负载选用LB907
双控电磁阀:
选用LB973双通路安全栅,分别驱动两个电磁阀线圈。
使用一台LB973和一台LB979安全栅可以和LLF300系列本安型阀门控制箱及本安型阀门回讯器组成一个本安型阀门自动控制系统,使用安全又方便。
7、应变电桥
应变电桥被广泛用于各种称重系统中,当与齐纳安全栅组成一个本安系统时,一般要用二只或二只以上的齐纳安全栅。可选用一只或二只并联LB966(LB965)交流极性齐纳安全栅作为供电回路保护。信号输出回路可选用内阻大的LB964交流极性齐纳安全栅。
七、选择合适的安全栅
为一个特定的应用实例选择合适的齐纳安全栅通常并不困难,只要对LB900S2000系列齐纳安全栅的特性有基本的了解,并充分注意应用情况的具体要求就可以准确选型,在本样本中,就许多应用场合提供了标准的选型方案和应用实例,而对一些具体的应用场合难以确定选型时,可按以下步骤逐步进行,将使问题最终得到解决。
1、首先应确认,LB900S2000系列齐纳安全栅适用的现场所属防爆分区、分级、分组为防爆区域气体分级(1l A||Bll C)和温度组别(T1T 6);其次要确定该现场仪表与LB900系列齐纳安全栅是否经防爆检测机构取证认可。
2、在选定采用LB900S2000系列齐纳安全栅后,还应该考察该应用场合是否已配备有完善的本安地,否则,应考虑新建立一个本安地。
3、选择所需极性的齐纳安全栅,安全栅的极性有正极性(+)、负极性(-)和交流极性(ac)
4、按要求保护的线路数量(单路,双路),选用单通路,双通路以实现最经济的选型,当然,也可用它们的组合形式。
5、按需要传输到危险区域现场仪表所需的电压和电流值,确定所选齐纳安全栅的工作电压和端电阻,以保证现场仪表对电源的最低需要。在选择端电阻时,如果回路中有较大的电流时,要确认端电阻不致引起过大的回路压降。在高阻抗回路中,通常是电压转换电路,该电阻与仪表的输入电阻之比不应过大。例如,对于热电偶检测回路来说,当检测仪表的输入电阻为1 M Ω时,一个端电阻为1 KΩ的齐纳安全栅会导致0.1%的测量误差。
6、根据选用仪表在联合取证时给出的最大允许电缆参数值,CcLcLR的大小和选用电缆的型号及其
八、安装与接地
A)安装方式:二种安装方式
1)DlN标准导轨(35mm)安装,直接将安全栅卡到DlN导轨上。
2)导流条安装
a)在宽20mm的铜排上,横向钻两个间距11.5 mm、孔径为ø4.5 mm的安装孔,将安全栅两接地螺栓插入拧紧,并将铜排可靠接地。
b)安装位置:无腐蚀性气体、无强烈振动的安全场所。
c)接线端子序号
  非本安端子:12本安端子:34
d)端子56接地电阻应不大于4 Ω,接地线电阻应不大于
e)安全栅安装示意图见图一。
九、接线图
1LB900.系列接线图见第六部分:安全栅的实际应用中的图形。
2S2000系列接线图,见图9—1
十、注意事项
a)安全栅应安装在非危险区。
b)安全栅的本安端和非本安端的接线不可接错,导线需分开敷设。
c)禁止用兆欧表直接测试安全栅端子之间的绝缘。如果检查系统线路时,必须断开全部安全栅接线。
d)安全栅一旦损坏,用户不得自己修复,应予以更换。
e)禁止利用齐纳安全栅的地线进行电焊等强电操作,以免造成大批齐纳安全栅同时烧毁。
f)选用二次仪表时,必须确认与安全栅相连所有二次仪表的工作电压或其内部可能产生的电压最高值不超过齐
纳安全栅的最高允许电压250VDCAC
g)系统联调时(现场无危险气体)应把安全栅的全部接线断开,确认系统调试成功后,再将安全栅接线接上并投入使用。
h)务必注意对本安电路的配线方法及连接导线的限制条件:
])本质安全线路与非本质安全线路在汇线槽及保护管中须分开敷设;
2)本安端导线选用兰色;
3)连接导线的绝缘强度应大于500V
4)热电偶引线应用补偿导线;
i)安全栅的安装使用和维护除应遵守本说明书以外,还必须严格遵守GB3836.15—2000《爆炸性气体环境电气设备第1 5部分:危险场所电气安装(煤矿除外)》的有关规定。
    注意:齐纳安全栅一旦损坏,用户不得修复重用,应予以更换。

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