第二章模拟式仪表(2-2)安全保持器(NXPowerLite)

1第二章模拟式仪表第二节安全保持器一、安全防爆的基本知识二、齐纳式安全保持器三、输入式安全保持器2一、基本定义爆炸性混合物、安全火花、本安型防爆系统、非本安型防爆系统二、基本原理1、调制式直流放大器的工作原理（24V电源经过DC/AC/DC变换，向变送器隔离式供电；4~20mA电流经过DC/AC/DC变换，向调节器隔离式传递信号）2、过流保护的工作原理本节重点内容介绍3一、安全防爆的基本知识（一）概论爆炸三要素自燃物质助燃物质激发能量自燃物质+助燃物质=爆炸性混合物4化工生产的过程现场，经常含有氢、甲烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的气体。这些可燃性气体都是自燃物质，它们和空气中的助燃物质——氧和在一起构成了爆炸性混合物。爆炸性混合物都是危险的，其危险程度是不一样的。5按照最大不传爆间隙自燃温度最小引爆电流三项指标对它们进行分级分组：爆炸性混合物按自燃温度分为6组T1组300℃自燃温度≤450℃T2组200℃自燃温度≤300℃T3组135℃自燃温度≤200℃T4组100℃自燃温度≤135℃T5组85℃自燃温度≤100℃T6组自燃温度≤85℃6爆炸性混合物按最小引爆电流分为3级ⅡA最小引爆电流120mAⅡB70mA最小引爆电流≤120mAⅡC最小引爆电流≤70mA爆炸性混合物按最大不传爆间隙分为3级ⅡA0.9mm最大不传爆间隙≤1.14mmⅡB0.5mm最大不传爆间隙≤0.9mmⅡB最大不传爆间隙≤0.5mm7含有可燃性气体或蒸气煤矿井下含有可燃性粉尘或纤维含有爆炸性混合物的现场称为危险场所我国规定的三类危险场所ⅡⅢⅠ8第一类危险场所根据危险程度不同可分为三级正常情况下，能形成爆炸性混合物的现场Q-0正常情况下不能形成，仅在不正常情况下能形成爆炸性混合物的现场Q-1不正常情况下，仅在局部地区能形成爆炸性混合物的现场Q-29类别型号本安型i隔离型d充油型o充砂型q正压型p无火花型n增安型e特殊型s我国防爆电气设备的分类10经常使用的自动化装置一般都是防爆隔离型和防爆安全型隔离型——在外壳的内部发生爆炸时，不引起外部爆炸性混合物爆炸的电气设备。安全型——在正常或事故状态下产生的火花都不能引起爆炸性混合物爆炸的电气设备。正常状态——在设计规定条件下正常工作（实验时，在实验装置中产生短路或断路视为正常）事故状态——在电路中，非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况11（二）概念1、安全火花——其能量不足以引起周围爆炸性混合物起火或爆炸的火花。2、安全火花型仪表——在正常或事故状态下产生的火花均不能引起爆炸性混合物爆炸的仪表。3、非安全火花型防爆系统——通过“配电器”向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为非安全火花型防爆系统。124、安全火花型防爆系统——通过“安全保持器”向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为安全火花型防爆系统。(现场仪表必须是本安仪表)5、关联设备——与安全火花型电路相联，并影响其安全火花性能的有关设备。（这里意指安装在控制室，但又和现场仪表有联系）13变送器配电器配电器调节阀控制室仪表调节阀控制室仪表安保器电源箱变送器安保器电源箱现场现场220V～220V～24V24V安全火花型防爆系统14隔爆型和安全火花型自动化装置的符号标记B3dHⅢe隔爆型按爆炸性混合物传爆能力来分为3级按爆炸性混合物自燃温度来分为d级安全火花型按爆炸性混合物最小引爆电流分为Ⅲ级按爆炸性混合物自燃温度来分为e级15二、齐纳式安全保持器(一)用途齐纳式安全保持器有三种规格BARD-200和热电偶配合使用，构成本安防爆系统。BARD-400和两线制变送器、执行器配合使用，构成本安防爆系统。BARD-300和热电阻配合使用，构成本安防爆系统。16接线方式：BARD-200STED温度变送器STED温度变送器BARD-300危险场所安全场所在变送器前面17BARD-400SLPC调节器BARD-400SDBT配电器危险场所安全场所18(二)BARD-200齐纳式安全保持器1、构成AB21R2R1F2F1过压保护信号传输192、原理信号传输电路A、R1、F1、1B、R2、F2、2过压保护电路V1、V2、V3V4、V5、V620三、隔离式安全保持器(一)用途给二线制变送器供电，把二线制变送器的输出电流1:1地传送到调节器。21(二)方框图调节器整流滤波器互感器调制器变送器限能器整流滤波器多谐振荡器24VDC4～20mA4～20mA危险场所安全场所2224VDC→多谐振荡器→中高频（8KHz)方波→整流滤波器→24VDC→限能器→给二线制变送器提供24VDC二线制变送器产生4～20mADC→限能器→调制器→中高频(8KHz)方波→电流互感器→整流滤波器→4～20mADC→调节器输出4～20mADC/1~5VDC24V电源→DC/AC/DC的变换过程，→向变送器隔离式供电（变压器）4～20mA信号→DC/AC/DC的变换过程，→向调节器隔离式传输信号（变压器）23设置了过电压（≥30V）限制器设置了过电流（≥30mA）限制器防止高能量（大电压）从安全场所串入危险场所防止高能量（大电流）从安全场所串入危险场所24（三）特点隔离–将危险场所的仪表和安全场所的仪表用变压器实现电气隔离。使危险场所和安全场所之间只有磁的联系，没有电的联系。限能利用电压、电流限制电路，把可能窜入危险场所的大电压大电流限制在安全定额之内。防止变压器原副边击穿时，原边高压信号窜入危险场所，破坏其安全火花性能保证危险场所的安全25（四）ISB-5262安全保持器多谐振荡器+调制式直流放大器+限能器1、多谐振荡器作用：将24VDC转换成频率为8KHz的交流矩形波电压具体过程：省略262、调制式直流放大器（1）作用对4～20mADC进行DC/AC/DC转换传递。（2）构成调制器电流互感器整流滤波器27T1~~~~~~~~~~~4~20mADC1~5VDCV13R7C4V15C5R8V147845-+~~~~~~C7R9C2R4V5~V8~~~T2~~~~~~R6R5V12V11R10R11V9V10C3~~~~~~~限能器输入BA+-4~20mADC为了便于分析，次要环节用方框图替代，主要环节用电路图表示，画出的电路图V9和V10组成复合放大管，不仅能进行电流传递，而且可以保持恒流特性。把二线制变送器的输出电流1:1地传送到调节器。28T1~~~~~~~~~~~4~20mADC1~5VDCV13R7C4V15C5R8V147845-+~~~~~~C7R9C2R4V5~V8~~~T2~~~~~~R6R5V12V11R10R11V9V10C3~~~~~~~限能器输入BA+-4~20mADC桥式整流滤波电路,给变送器提供电源29T1~~~~~~~~~~~4~20mADC1~5VDCV13R7C4V15C5R8V147845-+~~~~~~C7R9C2R4V5~V8~~~T2~~~~~~R6R5V12V11R10R11V9V10C3~~~~~~~限能器输入BA+-4~20mADC调制器，4~20mADC变成方波把二线制变送器的输出电流1:1地传送到调节器。30T1~~~~~~~~~~~4~20mADC1~5VDCV13R7C4V15C5R8V147845-+~~~~~~C7R9C2R4V5~V8~~~T2~~~~~~R6R5V12V11R10R11V9V10C3~~~~~~~限能器输入BA+-4~20mADC全波整流滤波电路,方波变成4~20mADC/1~5V31T1~~~~~~~~~~~4~20mADC1~5VDCV13R7C4V15C5R8V147845-+~~~~~~C7R9C2R4V5~V8~~~T2~~~~~~R6R5V12V11R10R11V9V10C3~~~~~~~限能器输入BA+-4~20mADC24VDC→多谐振荡器→8KHz的方波→从T1原边耦合到副边，→V5～V8的桥式全波整流→脉动信号→R4C2阻容滤波→UC7=24VDC二线制变送器获得24VDC电源之后就产生了4～20mADC。多谐振荡器24VDC工作原理（1）324~20mADC1~5VDCV13R7C4V15C5R8V147845-+~~~~~~C7R9C2R4V5~V8~~~T2~~~~~~R6R5V12V11R10R11V9V10C3~~~~~~~限能器输入BA+-4~20mADCT1~~~~~~~~~~~多谐振荡器（方波）24VDC+--+I0T1的副边方波的正半周为＋、－、＋、－，因此V11截止，V12导通。C7＋→限能器→A＋→B－→限能器→V9V10的c、e→T2原边（下）→V12→T1副边中心抽头→R5→C7－工作原理（2）334~20mADC1~5VDCV13R7C4V15C5R8V147845-+~~~~~~C7R9C2R4V5~V8~~~T2~~~~~~R6R5V12V11R10R11V9V10C3~~~~~~~限能器输入BA+-4~20mADCT1~~~~~~~~~~~多谐振荡器(方波）24VDC+--+I0T1的副边方波的负半周－、+、－、+，因此V11导通，V12截止C7＋→限能器→A＋→B－→限能器→V9V10的c、e→T2原边（上）→V11→T1副边中心抽头→R5→C7－工作原理（3）344~20mADC1~5VDCV13R7C4V15C5R8V147845-+~~~~~~C7R9C2R4V5~V8~~~T2~~~~~~R6R5V12V11R10R11V9V10C3~~~~~~~限能器输入BA+-4~20mADCT1~~~~~~~~~~~多谐振荡器(方波）24VDC+--+I0无论T1副边的方波相位如何变化，二线制变送器流过的电流始终是一个方向。所以是直流电流。流经互感器T2的电流却不是一个方向，一会儿从中心抽头向下流动，一会儿从中心抽头向上流动。所以是交变电流。小结40互感器T2原边的交变电流耦合到副边后，再经V13、V14全波整流。R7、C4阻容滤波流经负载电阻时又变成4～20mADC。结论：从信号的角度来看，在二线制变送器为DC，在T2为AC，在RL上为DC。413、限能器(1)作用限制进入危险场所的大电压和大电流。采取双工备用的措施（2）过流保护42过流B－A＋V38V39V36F3V9V37R6C8V35V34V33V32V22～V26V20V17V21V27～V31F2C724V＋－R1522Ω用于限制反向电压（即AB电压接反）安全场所43a、正常状态Ii=4～20mA24VDC经过V21给V17提供基极电流，使V17饱和导通，流经V17的电流Ii=4～20mA。R15上的最大压降UR15=440mV，使V20截止。流经V17的电流=变送器的输入电流Ii=4～20mA。R15V17V2124VF2V20IiUR15=440mV44b、事故状态Ii≥30mAR15V17V2124VF2V20IiUR15=660mV变送器出现故障，若Ii≥30mA时，R15上的最大压降UR15≥660mV，V20变为导通。因此分流了V17的基极电流。使V17由饱和区进入了放大区。V17在放大区时，Ic17=βIb17，IC17=Ii随Ib17的变化而变化，Ii↑→Ii×R15↑→V20导通好→IC20↑→Ib17↓→IC17=Ii↓→负反馈过程，使Ii得到限制，不能过大。45过流B－A＋V38V39V36F3V9V37R6C8V35V34V33V32V22～V26V27～V31F2C724V＋－用于限制反向电压（即AB电压接反）安全场所过流正常时UC7=24V故障时UC7≥30VF2/F3熔断46(3)过压保护a、正常状态UC7=24V正常状态，二线制变送器的供电电压UC7=24Vb、事故状态UC7≥30V供电电压UC7≥30V，V27～V31在高压作用反向击穿导通，V37也处于导通状态，使电压稳定在某一个值上，限制UC7的变化。若UC7再高，则F2、F3熔断，把UC7