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        1. 南通雙杰防爆電器有限公司

          供應:防爆正壓柜,防爆配電箱,防爆燈具,防爆儀表等防爆電器

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          防爆技術

          本質安全型現場總線的結構和安全要求

          發布時間:2019/11/6
            1.現場總線的結構和防爆安全水平
            (1)結構和組成
            在爆炸性氣體環境中使用的現場總線,
            ·現場總線電源;
            ·現場設備;
            ·現場總線終端器;
            ·適當長度的電纜。
            一般由以下幾部分組成(圖6):
            在本質安全型現場總線中,總線電源只應該設置一個,而且要設置在距總線一端不超過60m的非危險場所(當然,在用其他防爆型式保護起來時也可以設置在危險場所中);連接在分支線上的現場設備數量最多不得超過32臺;終端器最多兩個,設置在總線的兩端。
            
            圖6現場總線示意圖
            1-現場總線電源(矩形特性) 2-數據線3-鰓齲 4-主干線 5-分支線 6-手持終端器 7-現髯潮
            本質安全型現場總線的這些組成單元應該具有本質安全型防爆型式或其他適當的防爆型式。它們由電纜連接起來,分布在一定的空間中,數據信號通過傳輸線與計算機連接在一起,構成一個局域控制系統。
            本質安全型現場總線中所有組成單元的參數(包括電纜)都必須符合相應的規定,一經確定就不得任意更改。然而,人們可以替換某些符合相應參數要求的設備。這是本質安全現場總線的特征。
            (2)防爆安全水平
            本質安全型現場總線應該具有適合于它周圍環境的防爆安全水平,即應該滿足它周圍環境的危險區域(0區、1區或2區)及其中存在的可燃性氣體的防爆級別(ⅡA級、ⅡB級或ⅡC級)專溫度組別(T1組、T2組、T3組、T4組、T5組或I"6組)和相應的設備保護級別(“ai”級、“ib”級或“ic”級)的要求。
            在設計本質安全型現場總線時,人們應該根據總線預期使用的可燃性氣體環境情況來槲
          線應該具有的防爆安全水平。
            通常情況下,現場總線運行的環境可能會包括爆炸性危險場所的0區、1區和2區,有時候可能還會包含非危險區域。
            因而,人們在選擇總線上所連接的設備時就應該選擇與環境相適應的防爆型式、防爆級別、溫度組別以及合適的設備保護級別。
            例如,假若本質安全型現場總線預期使用環境中包含0區,那么總線上所連接的設備都必須是“ia”級的本質安全型設備;假若不包含0區,那么可以是“ia”級和(或)“ib”級甚至‘ib”級、“ic”級的本質安全型設備。
            這里有一個原則,那就是,對于某一特定場所,本質安全型現場總線的防爆安全水平是由總線中所連接設備中最低等級的設備決定的,不管總線中設備有幾種等級。例如,對于ⅡB級可燃性氣體的1區場所,當一個總線中包含防爆標志為Exia 1I BT5 Ga和Exib II CT4 Gb的兩種設備時,則總線的防爆安全水平應該按ExibⅡBT4 Gb來考慮。這一點是很容易理解的。
            當然,現場總線上所連接的現場設備有可能一部分運行在某種可燃性氣體的0區,而另一部分則運行在1區。此時,人們應該根據現場總線本質安全理論和現場情況作出具體的判斷和處理。
            2.現場總線中的設備
            在本質安全型現場總線中所連接的設備應該滿足本質安全型電氣設備和電路的基本性能和基本要求,而且還應該符合以下要求。
            (1)現場總線用電源
            在本質安全型現場總線中使用的電源應該具有線性輸出特性,或者,不規則四邊形輸出特性、矩形輸出特性。這種電源在本質安全電路中是一種關聯設備,它的最高電壓(U。)不應該大于250V。
            這種電源除應該符合關聯設備的規定外還必須滿足以下要求:
            ·最大輸出電壓:14小于等于Uo小于等于17.5V;
            ·最大輸出電流和最大輸出功率符合表2中所列數值(對于矩形特性電源);
            ·最大內部電容:C;小于等于5nF;
            ·最大內部電感:L;小于等于10uH。
            表2 矩形輸出特性電源在相應電壓條件下的最大輸出電流和最大輸出功率

          輸出電壓

          Uo/V

          C

          B

          iaib

          ic

          iaib

          ic

          電流/mA

          功率/W

          電流/mA

          功率/W

          電流/mA

          功率/w

          電流/mA

          功率/W

          14

          183

          2.562

          274

          3.836

          300

          5.32

          570

          7

          15

          133

          1.995

          199

          2.985

          354

          5.3l

          53l

          7.965

          16

          103

          1.648

          154

          2.464

          288

          4.608

          432

          6.912

          17

          81

          1.377

          121

          2.057

          240

          4.08

          360

          6.12

          17.5

          75

          1.3125

          112

          1.960

          213

          3.7275

          319

          5.5825

            注:1.矩形輸出特性電源,實際上,是一種恒壓恒流電源。它的輸出電壓和輸出電流是恒定的,只要符合本質安全性能要求,不管負載是否出現短路或斷路非正常工作狀態,電路都是安全的。例如,穩壓二極管(兩只并聯)穩壓電路輸出潰加上電子限流控制環節就構成這種矩形輸出特性電源。
            z對于“ia”級和…ib級總線電源,表中所列的電流值已施加了1.5倍安全系數。另外,現場總線的最大輸出電流,除按照本表外,也可以按照GB 3836.4(爆炸性環境第4部分:由本質安全型…i 保護的設備)中的規定確定,但是不得大于本表所列相應電壓下的最大值,例如380mA(在輸出電壓為14V的條件下)。
           ?、僖訥B 3836.19(爆炸性環境第19部分:現場總線本質安全概念(FISCO))??刂?、保護和啟動裝置安裝應按圖紙要求進行,一般應裝在電動機的附近。電動機應裝設過電流和短路保護裝置、單相接地保護、差動保護和低電壓保護
          電動機保護元件的選擇丑熱元件時,熱元件一般按電動機額定電流的1.1~1.25倍選擇。丑熔絲(片)時,熔絲(片)一般按電動機額定電流的1.5~2.5倍來選擇。電動機的啟動方式戔式感應電動機的啟動。繞線式感應電動機在啟動時,為了減少啟動電流和增!,可通過轉子串接電阻或頻敏變阻器啟動?;\式感應電動機的啟動。分為直接啟動(全壓啟動)和降壓啟動。
            (2)現場總線用設備
            本質安全型現場總線用設備就是連接到現場總線上的設備或裝置(包括終端器)。這樣的備或裝置,除應該符合本質安全型設備和電路的各項要求外,還應該滿足以下規定:
            ·額定電壓:Ui大于等于17.5V:
            ·額定電流:li大于等于表10.2中的規定值,例如,在電壓為14V時,對于ⅡB級的“ia”級“ib”級設備,Ii>380mA;
            ·額定功率:Pi大于等于表10.2中的規定值,例如,在電壓為14V時,對于lIB級的“ia”級“ib”級設備。Pi大于等于5.32W;
            ·最大內部電容:Ci小于等于5nF;
            ·最大內部電感:對于“ia”級和“ib”級設備,Li小于等于10μH;對于“ic”級設備,Li小于等于20μH;
            ·所有接線端子都應該與地保持絕緣。
            這里需要指出的是,假若某些現場設備還由其他電源供電時,連接現場總線的接線端子和;其他電源的接線端子之間必須有可靠的隔離;而且,這樣的設備還應該符合其他防爆型式的相應規定。
            (3)現場總線用終端器
            本質安全型現場總線應該設置兩個終端器。
            終端器,顧名思義,應該設置在現場總線的兩端,是一段現場總線的終結。
            這樣的終端器,從原理上講,就是一個簡單的“阻容吸收裝置”。它的主要作用是能夠避免總線信號在長距離傳輸時可能會在總線兩端產生信號波反射,造成信號失真。對于本質安全型現場總線來說,它還能夠吸收總線中可能出現的危險能量,防止這樣的能量侵害現場設備,防止這樣的能量可能造成點燃危險。
            3.現場總線的電纜
            本質安全型現場總線所用的電纜,通常為屏蔽雙絞線,除應該符合爆炸性氣體環境中所用電纜的相關要求外,還應該符合下列要求。
            (1)電纜參數
            ·電纜電阻不應該大于150D/km;
            ·電纜電感不應該大于1mH/km:
            ·電纜電容不應該大于200nF/km。
            (2)電纜長度
           ?、倜織l主干線(包括支線),對于ⅡB級總線,不應該大于5km;對于Ⅱc級總線,不應該大于1km。
           ?、诿織l分支線,對于ⅡB級和ⅡC級總線,均不應該大于60m。
            需要指出的是,這里提出的電纜長度是一個最大限值。然而,在實際確定電纜長度時,人們應該通過計算求得。
            我們已經知道,在本質安全系統中,一定長度的電纜所具有的電纜電容(C。)和電纜電感(Lc)不得大于關聯設備上標志的最大外部電容(Co)和最大外部電感(Lo)與所連接的本質安全型設備所具有的最大內部電容(Ci)和最大內部電感(五)之差。于是,人們在計算時可以先確定這個差值,然后根據這個差值和電纜單位長度所具有的電容值和電感值就可以求得所需的電纜長度。
            當然,在計算時,人們也可以使用參數:電纜電感(Lc)與電纜電阻(Rc)之比(Lc/Rc).
            4.現場總線接線端子的隔離
            現場總線的所有接線端子都應該與地隔離開來。此外,總線上有一些設備可能由其他電源供電時,總線的接線端子必須與這些電源的接線端子隔離開來。
            這樣的隔離,主要是保持本質安全型現場總線的所有接線端子處于“無源”狀態,消除總線以外其他能量源對總線的侵害,保證總線傳輸數據的安全性和總線系統的本質安全性能。
            現場總線的接線端子,與地之間可以采用加強絕緣的措施進行這種隔離,與其他電源之間可以用絕緣隔板進行隔離,也可以用接地的金屬板進行隔離。當然,現場總線的接線端子與非現場總線的接線端子之間還可以采用間隔至少50ram的方法進行隔離。
            5.現場總線的接地
            在本質安全型現場總線中,通常情況下,供電電源可以接地,其他的必須與地隔離,不得接地。
            通常情況下,現場總線用電纜應該是屏蔽電纜。此時,電纜的屏蔽層必須接地,而且,不管是主干線還是分支線,所有的屏蔽層必須連接在一起、在一點接地。
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