第4章下 防爆栅2

过程控制系统与仪表第4章4.2安全栅安全栅（又称防爆栅）是防止危险电能从控制系统信号线进入现场仪表的安全保护器。4.2.1安全防爆的基本概念在大气条件下，气体蒸汽、簿雾、粉尘或纤维状的易燃物质与空气混合，点燃后燃烧将在整个范围内传播的混和物，称为爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的环境，称为爆炸性环境。按爆炸性混合物出现的频度、持续时间和危险程度，又可将危险场所划分成不同级别的危险区。过程控制系统与仪表第4章对于Ⅱ类电气设备，电路电压限制在30VDC时，各种爆炸性混合物按最小引爆电流分为三级。表4-1爆炸性混合物的最小引爆电流级别最小引爆电流（mA）爆炸性混合物种类Ⅰi＞120甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳Ⅱ70＜i＜120乙烯、乙醚、丙烯晴等Ⅲi≤70氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤气等不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同，煤矿井下用电气设备属Ⅰ类设备；有爆炸性气体的工厂用电气设备属Ⅱ类设备；有爆炸性粉尘的工厂用电气设备属Ⅲ类设备。过程控制系统与仪表第4章概念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。过程控制系统与仪表第4章4.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）过程控制系统与仪表第4章经常使用的仪表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。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）过程控制系统与仪表第4章4.2.2安全火花防爆系统电动仪表存在电路打火的可能。如果从电路设计就开始考虑防爆，把电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下，则此仪表称为安全火花防爆仪表。安全火花防爆仪表只能保证本仪表内部不发生危险火花，对其它仪表通过信号线传入的能量是否安全则无法保证。如果在与其它仪表的电路连线之间设置安全栅，防止危险能量进入，则完全做到了安全火花防爆。过程控制系统与仪表第4章构成安全火花防爆系统的二要素：①在危险现场使用的仪表必须是安全火花防爆仪表（本安仪表）。②现场仪表与危险场所之间的电路连接必须经过安全栅（防爆栅）。过程控制系统与仪表第4章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～过程控制系统与仪表第4章安全栅的作用（1）信号的传输（2）能量的传输（3）限流、限压变送器执行器检测端安全栅操作端安全栅调节器计算机危险场所:现场非危险场所:控制室4~20mA1~5V4~20mAV出I入24VDC4~20mA稳压源I入I出24VDC24VDC信号能源信号能源能源能源V≤30VDCI≤30mADC过程控制系统与仪表第4章进液出料量非安全火花型自动控制系统气动执行器差压式液位变送器V4~20mA1~5V控制器Q出Q进LP气ρ4~20mAVIII显示仪表危险场所:现场非危险场所:控制室△P液位配电器I24VDC24VDC过程控制系统与仪表第4章进液出料量气动执行器差压式液位变送器V4~20mA1~5VQ出Q进LP气ρ4~20mA4~20mAVII操作端安全栅I显示仪表危险场所:现场非危险场所:控制室△P液位检测端安全栅24VDC24VDC24VDC安全火花型防爆系统控制器V30VDCI30mADCI过程控制系统与仪表第4章B3d按爆炸性混合物自燃温度来分为d级按爆炸性混合物传爆能力来分为3级隔爆型仪表HⅢe按爆炸性混合物自燃温度来分为e级按爆炸性混合物最小引爆电流分为Ⅲ级安全火花型仪表隔爆型仪表和安全火花型仪表的符号标记过程控制系统与仪表第4章安全栅是传递正常信号、阻止危险能量通过的保险器件。4.2.3安全栅的工作原理过程控制系统与仪表第4章安全栅的品种:过程控制系统与仪表第4章安全栅第五单元控制装置过程控制系统与仪表第4章存在的问题：有两点以上接地，会造成信号通过大地短路或形成干扰（除安全栅接地外，相连仪表也有接地）R1、R2对仪表正常的工作仍有影响，阻值过大影响仪表的恒流特性，过小起不到限流作用。基本设想：用齐纳二极管VD1、VD2进行限压，用电阻R1、R2及熔断丝F进行限流。4.2.3.1齐纳式安全栅过程控制系统与仪表第4章（2）由VD1~VD4和F1~F’2组成限压电路。背靠背的齐纳管中点接地，改直接接地为保护时接地。（1）用晶体管限流电路取代固定电阻。VT3工作于零偏压，作为恒流源向VT1提供足够的基极电流，保证信号在4～20mA范围内VT1处于饱和状态。改进后的齐纳式安全栅过程控制系统与仪表第4章正常时VT1饱和导通VR1=0.1～0.5VVT2不通过流时VR10.6VVT2导通，分流VT3的电流VT1退饱和Vce1↑呈现较高的电阻要求快速熔断丝熔断时间1mS工作原理过压时VD1~VD4中至少有一个被击穿，限压并接地过程控制系统与仪表第4章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-300和热电阻配合使用，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。过程控制系统与仪表第4章过程控制系统与仪表第4章BARD-200STED温度变送器STED温度变送器BARD-300危险场所安全场所过程控制系统与仪表第4章BARD-400BARD-400SDBT配电器SLPC调节器危险场所安全场所过程控制系统与仪表第4章齐纳安全栅优点是采用的器件非常少，体积小，价格便宜;缺点是齐纳式安全栅必须本安接地，且接地电阻必须小于1Ω；危险侧本安仪表必须是隔离型的；齐纳安全栅对供电电源电压响应非常大，电源电压的波动可能会引起齐纳二极管的电流泄漏，从而引起信号的误差或者发出错误电平，严重时会使快速熔断器烧断。齐纳式安全栅的优缺点过程控制系统与仪表第4章4.2.3.2隔离式安全栅用变压器作为隔离元件，分别将输入、输出和电源进行隔离，可以对二线制变送器进行隔离供电。因而分检测端安全栅和执行端安全栅。1检测端安全栅检测端安全栅在向变送器提供电源的同时，将变送器的测量信号经隔离变压器传给控制室仪表。过程控制系统与仪表第4章隔离式安全保持器过程控制系统与仪表第4章1.检测端安全栅的作用(一)检测端安全栅（1）把来自现场变送器的4～20mADC电流经隔离变压器1:1地转换成1～5VDC信号或4～20mADC信号输出至控制室仪表（计算机）。（2）为现场两线制变送器提供24VDC直流电源（3）利用限流、限压电路使得任何情况下送往危险场所的电压不超过30VDC、电流不超过30mADC，从而保证了危险场所的安全。过程控制系统与仪表第4章检测端安全栅是一个传递系数为1的传送器，电源、变压器、控制室仪表之间用磁耦合，电路上是隔离的。简化原理图如图所示。＋＋过程控制系统与仪表第4章2执行端安全栅用于控制室中调节器和现场执行器之间，是4~20mA调节信号送往现场的安检通道。与检测端安全栅的区别：①信号传输方向相反，②不需给现场供电。电路原理基本相似。过程控制系统与仪表第4章1.操作端安全栅的作用(二)操作端安全栅（1）把来自控制室仪表的4～20mADC电流经隔离变压器1:1地转换成1～5VDC直流电压信号或4～20mADC直流电流信号输出至现场执行器。（2）利用限流、限压电路使得任何情况下送往危险场所的电压不超过30VDC、电流不超过30mADC，从而保证了危险场所的安全。过程控制系统与仪表第4章安全栅的作用（1）信号的传输（2）能量的传输（3）限流、限压变送器执行器检测端安全栅操作端安全栅调节器计算机危险场所:现场非危险场所:控制室4~20mA1~5V4~20mAV出I入24VDC4~20mA稳压源I入I出24VDC24VDC信号能源信号能源能源能源V≤30VDCI≤30mADC过程控制系统与仪表第4章总结安全火化防爆系统隔离式安全栅安全火化防爆仪表安全栅齐纳式安全栅过程控制系统与仪表第4章谢谢光临