爆炸性危险环境中的工业电视系统设计

1、设计依据

对爆炸性危险环境中的工业电视系统设计除了按照常规工业电视系统设计标准和规范以外，还必须遵守在爆炸性环境下电气和应用电视系统设计标准。常见的设计依据如下：

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94

《中华人民共和国公共安全行业标准》GA/T70-94

《工业电视系统工程设计规范》GBJ115-87

《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

《工业企业通信设计规范》GBJ42-81

《建筑电气安装工程质量检验评定标准》GBJ303-88

《中国电器装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-82

《工业自动化仪表工程施工及验收规范》FBJ93-86

《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90、92

《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92、GA/T74-94

《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92

《防爆应用电视总技术条件》GB/T15411-1994

《隔爆型防爆应用电视设备防爆性能试验方法》GB/T13953-1992

《爆炸性气体环境用电气设备》GB3836-2000

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

2、爆炸性危险环境的工业电视系统的实际设计

爆炸性危险环境中的工业电视系统从系统的结构、设备选择、使用功能等方面与常规工业电视系统完全一致，不同的是对实际安装在危险环境中的设备、线缆的选择、安装有所不同，需要选择具有防爆性能的设备或采取额外的防爆方式进行保护。

2.1 防爆区域的确定

对易燃易爆环境的电气设计的首要工作就是要确定危险环境区域和等级，这将直接影响到设备选择、电线电缆选择与敷设、安装等一系列工作。

设计时应根据释放源的级别和位置、易燃物质的性质、环境情况等因素，确定危险环境的环境类别、区域、气体组别、温度组别等实际等级，例如确定危险环境属于爆炸性气体环境，实际的防爆等级为Ex d II B T3。

一般来说，对实际环境的区域确定是由建设单位来决定的。

2.2 防爆设备的选择

在危险区域安装的所有设备必须具有相应的防爆等级，如果不具备防爆性能，就需要考虑使用额外的防爆措施，最为常见的就是为非防爆的设备加装隔爆结构的防爆外壳。

根据前一章对工业电视设备的介绍，爆炸性危险环境中工业电视系统中所使用的防爆设备主要集中前端设备，控制和显示设备除了特殊应用场合外都安装在非防爆区，因此不需要考虑防爆问题。

一、防爆防护罩的选择

在选择防爆防护罩时需要考虑下面各项因素：

1.防护罩的防爆等级

要根据实际确定的危险区域选择大于或等于所需防爆等级的防爆防护罩。

2.防护罩的防护等级

具有爆炸性危险环境既可能是室内环境，也可能是室外环境，尤其室室外环境中的砂、尘、雨、雾等、湿气、高温、低温等自然条件同样存在，并且随着地域的不同其恶劣程度也由所不同。因此，在选择防爆防护罩时还要充分考察现场的自然气候环境条件，选择合适的防护等级。

对于粉尘爆炸性危险环境来说，对于设备的防尘性已经在其防爆要求中得到体现，因此一旦将设备应用在较为恶劣的室外环境时就要考虑设备的防水性。

对于气体爆炸性危险环境来说，符合防爆等级并不代表设备有很高的防尘、防水性能，因此也要充分考虑设备的防护等级。

3.防护罩的辅助设备

与通用防护罩一样，防爆防护罩一般也可以配置遮阳罩、风扇、雨刷、加热器等辅助设备，以便能使摄象机镜头可以在较为恶劣的自然环境中正常工作，获得自然、清晰的图象。

根据对现场环境条件的考察来选择安装适用的辅助设备。

需要注意的是，所安装的辅助设备都应该是内置于防爆防护罩内部的，不能有任何电气设备暴露在防爆防护罩外，以免破坏防爆防护罩整体的防爆等级。

另外，防爆防护罩一般都随机配有一定数量的防爆密封引线管，设计时需要考察进入防护罩内部线缆的线径和数量，计算随机提供的防爆密封引线管数量是否充足，否则需要增加订购数量。

4.防护罩的内部尺寸

实际选择的防爆防护罩应该具有足够大的内部空间以容纳摄象机、镜头和其它防护罩辅助设备，同时还要考虑设备安装时必须使用的附件和其它设备，如摄象机的BNC插头、防雷器等。如果防护罩具有内置解码器的功能，那么对防护罩内部尺寸的要求就更为苛刻。

二、防爆云台的选择

防爆云台的选择与防爆防护罩的选择要求基本一致，同样需要考虑防爆等级、防护等级、密封引线管数量等方面因素，另外还要考察摄象机、镜头、防护罩总成的重量，以便准确选择合适载重的防爆云台。

防爆云台和防爆防护罩一般都选择同一品牌系列产品，这样，两种设备就可以很容易进行组装。如果需要选择不同品牌的产品，就需要重点考察两种设备安装结合面的适配性。

三、防爆接线箱和接线盒的选择

在工业电视系统中，使用防爆接线箱主要是为了放置前端解码器、防雷器、电源空气开关、接线端子等设备或元件。

防 爆云台的载重、自重都大于通用云台，其功耗也大于通用云台，因此解码器选择要充分考虑其负载驱动能力，同时还要考虑与控制设备的协议兼容。在爆炸性危险中 使用的解码器同样需要具有适当的防爆级别，对解码器的实际选择一般可参考下列三个步骤：首先，考察解码器能够内置于防护罩内，如果可以就直接选用控制系统 同品牌的解码器，这样可以充分实现系统功能，并且部需要额外地订购防爆外壳，其缺点是占用防护罩的内部空间；其次，考察控制器厂商能否提供同品牌的防爆解 码器，或者是选择与控制系统协议兼容的防爆解码器；第三，就是为解码器定制防爆外壳。

如果使用了定制的防爆外壳，那么防爆外壳的内部可以扩大，不仅放置解码器，还可以放入其它电气设备，减少防爆管与防爆设备的接头数量。如果使用防护罩内置式解码器或防爆解码器，其它电气设备的安装同样需要选择防爆等级合适的防爆外壳。

对于使用电缆传输的系统，应尽量避免线缆接头，如果需要可以在线缆串接、并接处安装防爆接线盒加以保护。

四、防爆配件的选择

在实际的工业电视系统应用中，最常用的防爆配件就是各种密封接头、密封引线管、挠性软管等。密封接头、密封引线管一般都是由防爆设备厂家提供，但数量有可能不足，因此需要根据实际的用量向防爆设备提供商定购，以保证密封接头、密封引线管与防爆设备的配合。

挠 性软管一般用于各个防爆设备（防爆防护罩、防爆云台、防爆箱等）之间线缆连接以及线缆从非危险区域引入危险区的短距离电缆敷设。选择挠性软管最重要的就是 挠性管的内径和接头。不同数量和线径的电缆对挠性管的尺寸的要求不同，不同防爆设备密封引线管的螺纹、管径对挠性管接口要求也不相同，因此需要充分了解防 爆设备的引线管接口、电缆数量和线径等实际数据，并按照适当的电缆长度来选择挠性管。

有的防爆设备随机提供密封胶泥，来密封引入设备线缆的引线管，如果设备没有提供，需要根据实际危险区域的等级加以选择。

2.3 电缆的选择

根据国标GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》中的要求，对于爆炸性气体环境中1区铜芯控制电缆的最小截面为2.5mm2，在2区内铜芯控制电缆的最小截面为1. 5mm2。电缆应该选择阻燃电缆。

第四章 爆炸性危险环境中的工业电视系统安装

在爆炸性危险环境中工业电视系统的安装施工除了要遵守通用工业电视系统相关的国家标准和规范以外，还要遵照有关的爆炸性危险环境电气设备的安装标准与规范，在二者出现矛盾之处应以爆炸性危险环境电气设备安装标准执行。

1、线缆的敷设

根据规范要求和经验，在易燃易爆环境车间的配电线路设计一般都以桥架为主，钢管与电缆沟的敷设为辅，所有使用的电缆应使用阻燃电缆。

线缆敷设的路由应尽量远离爆炸源和爆炸性物质输送的管道。对于爆炸性气体环境中应考察易燃易爆气体的比重，如果危险气体的比重比空气轻，线缆应尽量敷设在下面（沿墙或地埋）；而对于危险气体比空气轻的环境，线缆应尽量敷设在上面（沿墙或架空）。

正常情况下，在±0.00m平面，先由室外桥架引入，进入室内后至设备附近沿墙或柱引下至电缆沟（敷设完毕后封死，以防进水和白蚁侵害），然后穿管沿地面敷设至设备旁，再用防爆挠性管接入到防爆设备。

对于高出±0.00m的平面上，电气线路基本上都是由桥架架空引入，然后由桥架穿管架空敷设至防爆设备旁，再用防爆挠性管接入防爆设备。

敷设电气线路的沟、桥架或钢管所穿过的不同区域之间墙或楼板处的空洞应采用非燃性材料（如100#水泥砂浆）严密堵塞。

电缆线路不应有接头，穿线钢管应采用低压流体输送用镀锌钢管。管道连接处需套丝连接，32mm以下管径至少需要套接5扣，32mm以上管径至少需要套接6扣。

管道中间连接处还需要使用电气连接线，确保管道电气贯通。

2、专用防爆工具

通常由钢铁材料制成的钎、镐、锤、钳、扳手、吊具等工具与设备在激烈动作或失手跌落时发生的摩擦、撞击火花时隐蔽的点火源，因此在危险环境中安装设备需要使用不发生摩擦及撞击火花，甚至不产生炽热高温表面，由特殊材料制成的专用防爆工具。

钢 铁材料的硬度时随含碳量的增加而提高的，而钢铁材料中的碳时产生摩擦火花的根源。防爆工具采用铜合金，在强度和硬度都较低的纯铜中添加铍、铝、钛、镍、镁 等熔炼成铜基合金，强度和硬度得到提高，由于不含碳摩擦或撞击时不会产生火花；铜合金的强度、硬度及导热性都比钢铁材料好，局部摩擦点会发生塑性变形而避 免摩擦能量集中在个别接触点上，并且能将摩擦产生的热量迅速分散到基体而减少摩擦撞击点出现炽热高温的危险。

当前工业上已由铰青铜、铝青铜、J892铜合金等多种铜基合金成功地应用在防爆工具中。

防爆工具一般分为防爆手工具、防爆气动和液动工具以及专用工具等，包括各种扳手、钳子、锤凿、刀具等；

3、设备的安装

防爆设备的自身重量和载重一般都较大，在实际安装时首先要选择稳定、坚固的安装面和足以承载设备总成的支撑设备。

设备的所有电气连接接头都应该处于防爆设备腔体或隔爆型防爆接线箱腔体内部，设备之间的连接使用防爆挠性管，防爆密封引线管应使用防爆设备随机提供的产品或选择符合现场环境防爆等级的产品，根据危险区域的不同对于引线管穿入电缆后应加胶泥密封。

如果设备具有转动或移动功能，引入设备的电缆和挠性管应该留有足够的余量，避免引设备转动拉断挠性管接口及电缆，使裸线暴露在危险环境之中。

4、接地

·系统的接地，宜采用一点接地方式。接地母线应采用铜质线。接地线不得形成封闭回路，不得与强电的电网零线短接或混接；

·系统采用专用接地装置时，其接地电阻不得大于4Ω；采用综合接地网时，其接地电阻不得大于1Ω；

·光缆传输系统中，各监控点的光端机外壳应接地，且宜与分监控点统一联接接地。光缆加强芯、架空光缆接续护套应接地；

·架空电缆吊线的两端和架空电缆线路中的金属管道应接地；

·在0区至1区、1区至2区过渡应用中，在进入另一危险区域之前必须做接地；

·地线不能小于6mm2；

·设备与接入设备前的隔爆接线盒间用防爆挠性管连接，分别重复接地并保证电气贯通。

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5、防雷

在危险环境中的是设备主要是前端设备，而且有的是安装在室外。对于危险环境中设备防雷主要是指前端防爆设备的防雷。对于处于非危险区域的控制设备按照应用电视系统控制机房的防雷方法执行。

在 中华人民共和国国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94中的第二章有关于“凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤 亡者；具有0 区或1区爆炸危险环境的建筑物；具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。”等情况的列为第一类防雷建筑。

室外监控点安装应按照国家标准安装防直击雷设备（接闪器）。同时需要注意对感应雷的防护。

·建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。

·金属屋面周边每隔18－24m应采用引下线接地一次。

·现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝士屋面，其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路，并应每隔18－24m采用引下线接地一次。

·平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于 100mm时应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m；交叉净距小于100mm时，其交叉处亦应跨接。

·当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。

·防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，其工频接地电阻不应大于10Ω。

·屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接，不应少于两处。

前端设备同样需要在电源引入的总配电箱处安装设过电压保护器，同时视频信号是输出、控制通讯信号的接口都要安装适当的防雷器加以保护。