Расчет максимальной длины линии связи между измерительным прибором и барьером искробезопасности

Блок  схема измерительного канала температуры

Взрывоопасная зона     Взрывобезопасная зона

температура        4 – 20 мА          в АСУТП

^оС

Опросный лист для термопреобразоветеля представлен в приложении.

3.2 Выбор технических средств  измерения уровня

Датчик-реле уровня РОС 301 (в  дальнейшем - датчик-реле) предназначен для использования в системах контроля и управления и обеспечивает выдачу трех дискретных сигналов в  цепи сигнализации и управления при  отклонении уровня электропроводных сред в резервуарах за регламентные границы.

Датчики-реле соответствуют  климатическому исполнению УХЛ по ГОСТ 15150-69.

В состав датчика-реле входят:  
- передающий преобразователь;  
- три датчика (рис. 3).

 
Рисунок 3. Схема электрическая подключения датчика-реле РОС 301

 
Рисунок 4. Датчик РОС 301                            Рисунок 5. Разметка для крепления датчика на щите

 

 

  Технические характеристики:

Исполнение датчика	Параметры контролируемой среды			Длина погружаемой  части датчика, L, м
	Температура, С	Рабочее давление, Ра	Удельная электрическая  проводимость
1 (фторопласт)	150	1,6	Свыше 0,015	от 0,10     до     10,00
2 (полиэтилен)	80	2,5
8 (керамика)	350	2,5

 

• Параметры питания (номинальные значения):

- напряжение переменного тока — 220 В; частота - 50 или 60 Гц

- напряжение постоянного тока —  12 или 24 В

• Допустимые отклонения от номинальных значений:

- по напряжению — (+10, -15)%

- по частоте — ±2%

• Потребляемая мощность не более 12 В А.
• Напряжение переменного тока на электродах датчиков не более 6 В при токе до 50 мА частотой 50, 60 Гц.
• Нагрузка на контакты выходного реле:  
    - ток от 0,005 до 2,5 А частотой 50, 60 Гц или постоянный;  
    - напряжением от 5 до 250 В.

Диапазон коммутации			Род тока	Вид нагрузки
тока, А	напряжения, В	Мощность
0,005 – 2,5	5 - 30	0,05 – 240 Вт	Постоянный	Активная
0,005 – 1	30 - 55	0,05 – 50 Вт	Постоянный	Активная
0,005 – 3	55 - 200	0,05 – 40 Вт	Постоянный	Активная
0,005 – 2,5	5 - 250 эфф.	0,05 – 2000 Вт	Переменный 50 (60) Гц	индуктивная Cos φ> 0,3

• Верхнее значение сопротивления срабатывания (сопротивление жидкости между электродом и корпусом датчика, при котором происходит срабатывание выходного реле) 5000 Ом.
• Температура окружающего воздуха:  
    - для датчика от минус 50С до плюс 70С;  

  - для передающего преобразователя от минус 30 до плюс 40С;

• Относительная влажность воздуха до 98% при температуре 35С.
• Датчики–реле устойчивы при воздействии синусоидальной вибрации в диапазоне частот от 1 – до 120 Гц с ускорением 1 g.
• Степень защиты оболочек IP54 по ГОСТ 14254 – 96.
• Габаритные и установочные размеры датчиков и передающего преобразователя указаны на рисунках 2, 3.
• Масса:  
    - передающего преобразователя не более 1 кг;  
    - датчика — не более 0,65кг.
• Средний срок службы датчиков – реле 15 лет.
• По электромагнитной совместимости датчики – реле соответствуют IВ группе исполнения, критерий качества функционирования В по ГОСТ Р 50746-2000.
• Датчики – реле устойчивы к дезактивирующим растворам по группе 2 ОТТ 08042462.

 

Блок  схема измерительного канала расхода

Взрывоопасная зона              Взрывобезопасная зона

уровень        4 – 20 мА          в АСУТПмбар

.

 

Опросный лист на уровнемер  представлен в приложении

3.2 Выбор барьера искрозащиты

Для обеспечения взрывозащищенности (искробезопастности) и питания информативных  цепей выбран барьер искрозащиты  РИФ-А1 фирмы Метран.

Предназначен для обеспечения  безопасности систем измерения технологических  параметров, контроля, регулирования, сигнализации, аварийной защиты и  управления технологическими процессами, где имеются или могут образовываться различные взрывоопасные смеси  газов, пары нефтепродуктов, а также  другие соединения и композиции веществ, относящихся согласно ПУЭ к категориям ПС, IIB, ПА на предприятиях теплоэнергетического комплекса, металлургии, газовой, нефтяной, нефтехимической, пищевой и других отраслей промышленности, связанных  с получением, использованием и хранением  взрыво- и пожароопасных веществ  и продуктов.

Барьер типа РИФ соответствует: по виброустойчивости и вибропрочности (устойчивости к механическим воздействиям) требованиям ГОСТ 12997 для группы исполнения L3 (при синусоидальной вибрации в диапазоне частот 5,..25 Гц амплитудой смещения до 0,1 мм), по степени защиты - требованиям ГОСТ 14254 (исполнение IP30).

Барьеры устанавливаются  вне взрывоопасных помещений.

Осуществляет организацию  питания и искрозащиты информативных  цепей 2-х проводных датчиков с  унифицированными выходными сигналами  постоянного тока 4-20 мА, имеющих  вид защиты «искробезопасная электрическая  цепь» и устанавливаемых во взрывобезопасных зонах.

Питание барьера осуществляется от источника с напряжением (24±2,4)В. Потребляемый барьером номинальный  ток составляет 45мА, мощность - 1,8 В  ·А. По климатическому исполнению барьеры  изготовляются для работы в диапазоне  от -10 до 65 ⁰С при относительной влажности от 45 до 80%. Напряжение на искробезопасных входах не должно превышать 20,5 В.

Согласно требованиям  компании «Метран» запись заказа БИЗ  РИФ-А1 будет выглядеть следующим  образом:

РИФ-А1  -  0.2%  -  4-20мА  -  24В  -  ТУ 4217-002017856828-96  -  1шт

1           2          3             4                               5                           6

1. Тип барьера.
2. Погрешность преобразования входного сигнала.
3. Выходной сигнал по цепи нагрузки.
4. Напряжение питания барьеров.
5. Обозначение технических условий.
6. Количество.

 

 

4. Описание способа, места  установки и особенностей монтажа  элементов

4.1 Установка датчика температуры

Перед установкой датчика  температуры место соприкосновения  его с оборудованием необходимо очистить от окалины, зачистить до металлического блеска и сгладить шероховатости.

Штуцера для ввода электрических  проводок в головки термопар должны быть, как правило, направлены вниз.

Для конкретного технологического аппарата или трубопровода чувствительный элемент необходимо установить таким  образом, чтобы фиксировалась наиболее характерная температура процесса. Рекомендуется установить датчик температуры  в вертикальном положении.

Монтаж выполняется с помощью  специальных закладных конструкций – бобышек (рис. 6). Бобышка приварная – это деталь, привариваемая к аппарату, имеющая резьбу для закрепления первичного измерительного преобразователя (см. приложение).

1 – бобышка;

2 – лёгкоснимаемый слой  изоляции;

3 – лунка;

4 – пробка;

5 – прокладка.

Для трубопровода чувствительный элемент необходимо установить так, чтобы фиксировалась наиболее характерная  температура процесса. Рекомендуется  установить датчик температуры в  вертикальном положении, лучше всего  если чувствительный элемент будет  находится в центре емкости.

Рисунок 6.

4.2 Установка датчика уровня.

1.Монтаж соединительных  проводов или кабелей производить  любым проводом или кабелем с сечением жилы не более 1,5 мм2. 
2.Соединение первичного и передающего преобразователей осуществляется линией связи любой длины в пределах объекта (оптимально до 500 м.) 
3.Допустимое значение параметров линии связи между первичным и передающим преобразователями приборов взрывозащищенного исполнения: 
— емкости - 0,15 мкФ; 
— индуктивности - 0,2 мГн; 
4.При монтаже приборов взрывозащищенного исполнения РОС3 01И внешние искробезопасные и искроопасные цепи должны прокладываться раздельными кабелями или проводами. Расстояние между изолированными проводами искробезопасных и искроопасных цепей внутри передающего преобразователя должно быть не менее 6 мм. 
5.Допускается прокладка линий связи между первичным и передающим преобразователями группы первичных преобразователей в одном кабеле или пучке без экранирования линии связи каждого из первичных преобразователей.В условиях воздействия электромагнитных помех прокладку линий связи между первичным и передающим преобразователями одного или группы первичных преобразователей производить в экране или металлической трубе. 
6.Передающий преобразователь устанавливается в месте удобном для наблюдения за состоянием свечения элементов световой индикации, для проведения межрегламентного обслуживания. 
7.Первичный преобразователь РОС301 устанавливается на емкости с контролируемой средой горизонтально, вертикально или наклонно так, чтобы контролируемый уровень находился в рабочей зоне (в диапазоне контроля) чувствительного элемента. 
8.Не допускается устанавливать первичные преобразователи так, чтобы рабочие зоны (диапазон контроля) чувствительных элементов находились в местах, где возможны постоянные залегания контролируемой среды, образование воздушных пробок.  
9.Первичный преобразователь со стержневым чувствительным элементом устанавливается на стенкеили крышке резервуара так, чтобы конец резьбы был утоплен не более, чем на 20 мм.  
10.Допускается размещать часть тросового чувствительного элемента в отрезке трубы диаметром не менее 45 мм. При длине чувствительного элемента до 2,5м - длина отрезка трубы должна быть не более 250 мм, при длине чувствительного элемента свыше 2,5м - длина отрезка трубы должна быть не более 600мм.  
При вертикальной установке первичных преобразователей длиной свыше 0,6 м на резервуаре с интенсивным движением жидкости необходимо закрепить конец чувствительного элемента через изолятор, либо размещать его в перфорированной металлической трубе диаметром не менее 80 мм.  
11.Резервуар с контролируемой средой, первичный преобразователь должны быть заземлены. При установке первичного преобразователя на резервуарах из непроводящего материала необходимо предусматривать внутри резервуара дополнительный электрод. Например, перфорированную трубу диаметром не менее 80 мм вокруг чувствительного элемента, металлическую полосу или пластину.  
12.Дополнительный электрод должен быть заземлен и соединен со штуцером (фланцем) чувствительного элемента.

Активные барьеры искрозащиты  РИФ-А1 устанавливаются вне взрывоопасных  зон помещений (операторские, шкафы  управления, щиты управления, станции  контроля и управления и т.д.). Барьеры  монтируются на DIN- рейке или с помощью шины заземления.

 

5. Расчет максимальной длины линии связи между измерительным прибором и барьером искробезопасности

Датчик  для измерения температуры ТСПУ 9313, расположенный во взрывоопасной зоне, подключается к АСУТП с использованием БИЗ РИФ-А1. Таким образом, заземляется БИЗ, а сам прибор непосредственно не может быть заземлен, так как находится во взрывоопасной зоне.

Рассчитаем максимально  возможную длину линии связи  измерительных каналов:

Для датчика  темепературы:

Исходные  данные:

С₁= 22.5 нФ – собственная емкость датчика,

L₁= 0.73 мГн – собственная индуктивность датчика ,

V₀= 21.6 В – минимальное напряжение источника на выходе БИЗ,

V_min= 10.5 В – минимальное напряжение питания датчика ТСПУ 9313

Параметры кабеля КИПЭП 2х2х0.6:

C_к= 0.04 нФ/м – погонная емкость,

L_к= 0.66 мкГн/м – погонная индуктивность,

R_k= 0.11 Ом/м – погонное сопротивление.

Безопасные  параметры внешней цепи (для ExibllC):

С_max= 90 нФ,

L_max= 2300 мкГн.

Полное сопротивление  линии связи:

R_v = N*R_k*2 

Так как ток к.з. (максимальный ток) для барьера РИФ-А1 составляет 120мА, тогда

R_v = (V₀*V_min )/0.12= N*R_k*2

N= (21.6*10.5)/(0.24*0.11)= 8590 м.

Проверим условия безопастности  для емкости и индуктивности  по условиям ExibllC:

C_max>C_k*N+C₁ , откуда N< 2250 м – условие не выполняется.

L_max>L_k*N+L₁ , откуда N< 3485 м – условие не выполняется.

Вывод:

При использовании активного  барьера и указанный выше условий  максимальная длина линии связи  составляет примерно 2250м. Основным ограничением для нее стала емкость линии  связи. При этом внутреннее сопротивление  вторичного прибора не влияет на длину  линии связи, максимальное сопротивление  которой для БИЗ РИФ-А1 составляет 25 Ом.

Для датчика  уровня:

Исходные данные:

С_i = 0 нФ - собственная ёмкость датчика;

L_i = 0,2мГн - собственная индуктивность датчика;

V_o = 15,3 В - минимальное напряжение источника на выходе БИЗ;

V_мин = 10,8 В - минимальное напряжение питания датчика;

Расчёт:

N = (V_o – V_мин) / 0,04 · R_к = 1923 м

Проверим условия безопасности по ёмкости и индуктивности для  условий ExiaIIC: