第4章下 防爆柵2

,過程控制系統(tǒng)與儀表 第,4,章,4.2,安全柵,安全柵（又稱防爆柵）是防止危險電能從控制系統(tǒng)信號線進入現(xiàn)場儀表的安全保護器。,4.2.1,安全防爆的基本概念,在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維狀的易燃物質與空氣混合，點燃后燃燒將在整個范圍內(nèi)傳播的混和物，稱為爆炸性混合物。,含有爆炸性混合物的環(huán)境，稱為爆炸性環(huán)境。,按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻度、持續(xù)時間和危險程度，又可將危險場所劃分成不同級別的危險區(qū)。,對于,類電氣設備，電路電壓限制在,30VDC,時，各種爆炸性混合物按最小引爆電流分為三級。,表4-1 爆炸性混合物的最小引爆電流,級 別,最小引爆電流（,mA,）,爆炸性混合物種類,i,120,甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳,70,i,120,乙烯、乙醚、丙烯晴等,i,70,氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦爐煤氣等,不同的危險等級對電氣設備的防爆要求不同，煤礦井下用電氣設備屬,類設備；有爆炸性氣體的工廠用電氣設備屬,類設備；有爆炸性粉塵的工廠用電氣設備屬,類設備。,概念,1.,安全火花,其能量不足以引起周圍爆炸性混合物起火或爆炸的火花。,2.,安全火花型儀表,在正?；蚴鹿薁顟B(tài)下產(chǎn)生的火花均不能引起爆炸性混合物爆炸的儀表。,3.,非安全火花型防爆系統(tǒng),通過“配電器”向現(xiàn)場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)為非安全火花型防爆系統(tǒng)。,4,.,安全火花型防爆系統(tǒng),通過“安全保持器”向現(xiàn)場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)為安全火花型防爆系統(tǒng)。,(,現(xiàn)場儀表必須是本安儀表,),5,.,關聯(lián)設備,與安全火花型電路相聯(lián)，并影響其安全火花性能的有關設備。（這里意指安裝在控制室，但又和現(xiàn)場儀表有聯(lián)系）,經(jīng)常使用的儀表一般都是防爆隔離型和防爆安全型,隔離型,在外殼的內(nèi)部發(fā)生爆炸時，不引起外部爆炸性混合物爆炸的電氣設備。,安全型,在正?；蚴鹿薁顟B(tài)下產(chǎn)生的火花都不能引起爆炸性混合物爆炸的電氣設備。,事故狀態(tài),在電路中，非保護性元件損壞或產(chǎn)生短路、斷路、接地及電源故障等情況,正常狀態(tài),在設計規(guī)定條件下正常工作（實驗時，在實驗裝置中產(chǎn)生短路或斷路視為正常）,4.2.2,安全火花防爆系統(tǒng),電動儀表存在電路打火的可能。如果從電路設計就開始考慮防爆，把電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點火能量之下，則此儀表稱為安全火花防爆儀表。,安全火花防爆儀表只能保證本儀表內(nèi)部不發(fā)生危險火花，對其它儀表通過信號線傳入的能量是否安全則無法保證。如果在與其它儀表的電路連線之間設置安全柵，防止危險能量進入，則完全做到了安全火花防爆。,構成安全火花防爆系統(tǒng)的二要素：, 在危險現(xiàn)場使用的儀表必須是安全火花防爆儀表（本安儀表）。, 現(xiàn)場儀表與危險場所之間的電路連接必須經(jīng)過安全柵（防爆柵）。,變送器,配電器,配電器,調(diào)節(jié)閥,控制室儀表,調(diào)節(jié)閥,控制室儀表,安,保器,電源箱,變送器,安,保器,電源箱,現(xiàn)場,現(xiàn)場,220V,220V,安全柵 的作用,（,1,）信號的傳輸,（,2,）能量的傳輸,（,3,）限流、限壓,變,送,器,執(zhí),行,器,檢測端,安全柵,操作端,安全柵,調(diào)節(jié)器,計算機,危險場所,:,現(xiàn)場,非危險場所,:,控制室,420,mA,15 V,420,mA,V,出,I,入,24V DC,420,mA,穩(wěn),壓,源,I,入,I,出,24V DC,24V DC,信號,能源,信號,能源,能源,能源,V,30V DC,I30mA DC,進液,出料量,非安全火花型自動控制系統(tǒng),氣動,執(zhí)行器,差壓式,液位變送器,V,420,mA,15 V,控,制,器,Q,出,Q,進,L,P,氣,420,mA,V,I,I,I,顯示,儀表,危險場所,:,現(xiàn)場,非危險場所,:,控制室,P,液位,配電器,I,24V DC,24V DC,進液,出料量,氣動,執(zhí)行器,差壓式,液位變送器,V,420,mA,15 V,Q,出,Q,進,L,P,氣,420,mA,420,mA,V,I,I,操作端,安全柵,I,顯示,儀表,危險場所,:,現(xiàn)場,非危險場所,:,控制室,P,液位,檢測端,安全柵,24V DC,24V DC,24V DC,安全火花型防爆系統(tǒng),控,制,器,V<30V DC,I<30mA DC,I,B,3 d,按爆炸性混合物自燃溫度來分為,d,級,按爆炸性混合物傳爆能力來分為,3,級,隔爆型儀表,H, e,按爆炸性混合物自燃溫度來分為,e,級,按爆炸性混合物最小引爆電流分為,級,安全火花型儀表,隔爆型儀表和安全火花型儀表的符號標記,安全柵是傳遞正常信號、阻止危險能量通過的保險器件。,4.2.3,安全柵的工作原理,安全柵的品種,:,安全柵,第五單元 控制裝置,存在的問題：,有兩點以上接地，會造成信號通過大地短路或形成干擾（除安全柵接地外，相連儀表也有接地）,R,1,、,R,2,對儀表正常的工作仍有影響，阻值過大影響儀表的恒流特性，過小起不到限流作用。,基本設想：用齊納二極管,VD,1,、,VD,2,進行限壓，用電阻,R,1,、,R,2,及熔斷絲,F,進行限流。,4.2.3.1,齊納式安全柵,（,2,）由,VD,1,VD,4,和,F,1,F,2,組成限壓電路。背靠背的齊納管中點接地，改直接接地為保護時接地。,（,1,）用晶體管限流電路取代固定電阻。,VT,3,工作于零偏壓，作為恒流源向,VT,1,提供足夠的基極電流，保證信號在420,mA,范圍內(nèi),VT,1,處于飽和狀態(tài)。,改進后的齊納式安全柵,正常時,VT,1,飽和導通,V,R,1,= 0.1 0.5V,VT,2,不通,過流時,V,R,1,> 0.6V,VT,2,導通，分流,VT,3,的電流,VT,1,退飽和,V,ce,1,呈現(xiàn)較高的電阻,要求快速熔斷絲熔斷時間,<1,mS,工作原理,過壓時,VD,1,VD,4,中至少有一個被擊穿，限壓并接地,齊納式安全保持器有三種規(guī)格,BARD-200,和熱電偶配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。,BARD-300,和熱電阻配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。,BARD-400,和兩線制變送器、執(zhí)行器配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。,BARD-200,STED,溫度變送器,STED,溫度變送器,BARD-300,危險場所,安全場所,BARD-400,BARD-400,SDBT,配電器,SLPC,調(diào)節(jié)器,危險場所,安全場所,齊納安全柵,優(yōu)點是采用的器件非常少，體積小，價格便宜,;,缺點是,齊納式安全柵必須本安接地，且接地電阻必須小于,1,；,危險側本安儀表必須是隔離型的；齊納安全柵對供電電源電壓響應非常大，,電源電壓的波動可能會引起齊納二極管的電流泄漏,，從而引起信號的誤差或者發(fā)出錯誤電平，嚴重時會使快速熔斷器燒斷。,齊納式安全柵的優(yōu)缺點,4.2.3.2,隔離式安全柵,用,變壓器,作為隔離元件，分別將輸入、輸出和電源進行隔離，可以對二線制變送器進行隔離供電。,因而,分,檢測端安全柵和執(zhí)行端安全柵。,1 檢測端安全柵,檢測端安全柵在向變送器提供電源的同時，將變送器的測量信號經(jīng)隔離變壓器傳給控制室儀表。,隔離式安全保持器,1.,檢測端安全柵的,作用,(,一,),檢測端安全柵,（,1,）把來自現(xiàn)場變送器的,4,20mADC,電流經(jīng)隔離變壓器,1:1,地轉換成,1,5V DC,信號或,4,20mA DC,信號輸出至控制室儀表（計算機） 。,（,2,）為現(xiàn)場兩線制變送器提供,24V DC,直流電源,（,3,）利用限流、限壓電路使得任何情況下送往危險場所的電壓不超過,30V DC,、電流不超過,30mADC,，從而保證了危險場所的安全。,檢測端安全柵,是一個傳遞系數(shù)為,1,的傳送器，電源、變壓器、控制室儀表之間用磁耦合，電路上是隔離的。簡化原理圖如圖所示。,2 執(zhí)行端安全柵,用于控制室中調(diào)節(jié)器和現(xiàn)場執(zhí)行器之間，是,420mA,調(diào)節(jié)信號送往現(xiàn)場的安檢通道。,與檢測端安全柵的區(qū)別：, 信號傳輸方向相反， 不需給現(xiàn)場供電,。,電路原理基本相似。,1.,操作端安全柵的,作用,(,二,),操作端安全柵,（,1,）把來自,控制室儀表,的,4,20mA DC,電流經(jīng),隔離,變壓器,1:1,地轉換成,1,5V DC,直流電壓信號或,4,20mA DC,直流電流信號,輸出至現(xiàn)場執(zhí)行器。,（,2,） 利用限流、限壓電路使得任何情況下送往危險場所的電壓不超過,30V DC,、電流不超過,30mADC,，從而保證了危險場所的安全。,安全柵 的作用,（,1,）信號的傳輸,（,2,）能量的傳輸,（,3,）限流、限壓,變,送,器,執(zhí),行,器,檢測端,安全柵,操作端,安全柵,調(diào)節(jié)器,計算機,危險場所,:,現(xiàn)場,非危險場所,:,控制室,420,mA,15 V,420,mA,V,出,I,入,24V DC,420,mA,穩(wěn),壓,源,I,入,I,出,24V DC,24V DC,信號,能源,信號,能源,能源,能源,V,30V DC,I30mA DC,總結,安全火化防爆系統(tǒng),隔離式安全柵,安全火化防爆儀表,安全柵,齊納式安全柵,謝謝光臨,