自动化装置-第4节(7)

1、 l 一、安全防爆的基本知识一、安全防爆的基本知识l 二、齐纳式安全保持器二、齐纳式安全保持器l 三、隔离式安全保持器三、隔离式安全保持器本节重点内容提示本节重点内容提示:一一.基本定义基本定义爆炸性混合物、安全火花、爆炸性混合物、安全火花、安全火花型防爆系统安全火花型防爆系统、非安全火花型防爆系统非安全火花型防爆系统二二.隔离式安全保持器基本原理隔离式安全保持器基本原理1.调制式直流放大器的工作原理调制式直流放大器的工作原理（24V电源经过电源经过DC/AC/DC的变换，向变送器隔离式供电；的变换，向变送器隔离式供电； 420mA电流经过电流经过DC/AC/DC的变换，向调节器隔离式传的变换

2、，向调节器隔离式传递信号）递信号）2.过流保护的工作原理过流保护的工作原理1.概论概论 一个物体发生爆炸必须具备三个条件：一个物体发生爆炸必须具备三个条件： 自燃物质自燃物质 助燃物质助燃物质 激发能量激发能量 这三个条件称为这三个条件称为爆炸三要素爆炸三要素。 自燃物质自燃物质+助燃物质助燃物质=爆炸性混合物爆炸性混合物 在化工生产的过程现场，经常含有在化工生产的过程现场，经常含有氢、甲氢、甲烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的气体烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的气体。 这些可燃性气体都是这些可燃性气体都是自燃物质自燃物质，它们和空，它们和空气中的气中的助燃物质助燃物质氧氧混和在一起构成了混和在一起构成

3、了爆炸爆炸性混合物性混合物。 凡是含有爆炸性混合物的现场统称为危险场所，凡是含有爆炸性混合物的现场统称为危险场所，我国规定的危险场所分为三类我国规定的危险场所分为三类第一类危险场所第一类危险场所用用Q表示表示含有可燃性气体或蒸气等爆炸性混合物的危险场所含有可燃性气体或蒸气等爆炸性混合物的危险场所第二类危险场所第二类危险场所用用G表示表示含有可燃性粉尘或纤维等爆炸性混合物的危险场所含有可燃性粉尘或纤维等爆炸性混合物的危险场所第三类危险场所第三类危险场所用用H表示表示火灾危险场所火灾危险场所类别类别型号型号安全型安全型A隔离型隔离型B充油型充油型C通风充气型通风充气型F安全火花安全火花（本质安全本

4、质安全）型）型H特殊型特殊型T在危险场所中使用的自动化装置、电气设备等都必须考在危险场所中使用的自动化装置、电气设备等都必须考虑安全防爆问题，防爆的电气设备有如下的分类标准虑安全防爆问题，防爆的电气设备有如下的分类标准经常使用的仪表一般都是经常使用的仪表一般都是隔离型隔离型和和安全火花型安全火花型隔离型隔离型在外壳的内部发生爆炸时，不引起外部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。爆炸性混合物爆炸的电气设备。2.概念概念(1)安全火花安全火花其能量不足以引起周围爆炸性混合其能量不足以引起周围爆炸性混合物起火或爆炸的火花。物起火或爆炸的火花。(2)非安全火花型防爆系统非安

5、全火花型防爆系统通过通过“分电盘分电盘”向现向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统，为非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。安全火花型防爆系统。(3)安全火花型防爆系统安全火花型防爆系统通过通过“安全保持器安全保持器”向向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统，为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。安全火花型防爆系统。1.用途用途齐纳式安全保持器有三种规格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。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。和热电阻配

6、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，构成和两线制变送器、执行器配合使用，构成本安（安本安（安全火花型）防爆系统全火花型）防爆系统。l2.BARD-200齐纳式安全保持器齐纳式安全保持器l（1）构成）构成AB21R2R1F2F1V2V3V1V4V5V6信号传输电路信号传输电路A、R1、F1、1B、R2、F2、2过压保护电路过压保护电路V1、V2、V3V4、V5、V6过流保护电路过流保护电路F1F21.用途用途 保证两线制仪表在危险场所的正常工作保证两线制仪表在危险场所的正常工作.给二线制变送器隔离提供电源给二线制变送器隔离提供电源;把二线制变送器的输出电流

7、把二线制变送器的输出电流1:1地隔离传送到调节器。地隔离传送到调节器。过压、过流保护。过压、过流保护。电源通道电源通道调节器调节器整流滤波器整流滤波器互感器互感器调制器调制器变送器变送器限能器限能器整流滤波器整流滤波器多谐振荡器多谐振荡器24VDC420m A420m A信号通道信号通道8KHz变变压压器器24VDC 电源通道电源通道： 24VDC经过多谐振荡器之后转经过多谐振荡器之后转换成换成8KHz的交流方波电的交流方波电压，经过变压器、再经压，经过变压器、再经过整流滤波器又还原成过整流滤波器又还原成24VDC，穿过限能器给，穿过限能器给现场的二线制变送器提现场的二线制变送器提供直流电源。

8、供直流电源。实现了向实现了向变送器隔离式供电变送器隔离式供电 信号通道信号通道：二线制产生了：二线制产生了420mA DC信号。该直流电流信号。该直流电流经过限能器，进入调制器，经过限能器，进入调制器，调制成交流方波电流，再经调制成交流方波电流，再经过电流互感器耦合到整流滤过电流互感器耦合到整流滤波器中，经过整流滤波又还波器中，经过整流滤波又还原成原成420mA DC送给调节送给调节器器 。实现了向调节器隔离式实现了向调节器隔离式传输信号传输信号危险场所3.特点特点隔离隔离在危险场所的一次仪表和安全场所的二次仪表之间利在危险场所的一次仪表和安全场所的二次仪表之间利用用变压器和互感器变压器和互感

9、器实现电气隔离。使危险场所和安气全场所之实现电气隔离。使危险场所和安气全场所之间只有磁的联系，而无直接电的联系。变压器的初次级之间有间只有磁的联系，而无直接电的联系。变压器的初次级之间有铜板屏蔽接地，防止变压器初次级击穿时，高压信号窜入危险铜板屏蔽接地，防止变压器初次级击穿时，高压信号窜入危险场所，破坏其安全火花性能。场所，破坏其安全火花性能。限能限能利用电压、电流双重限制电路，把可能窜入危险场所利用电压、电流双重限制电路，把可能窜入危险场所的电压电流瞬时值限制在安全额定值之内。从而保证危险场所的电压电流瞬时值限制在安全额定值之内。从而保证危险场所的安全。一旦事故消除，限能器将自动恢复到正常工

10、作。的安全。一旦事故消除，限能器将自动恢复到正常工作。4.ISB-5262安全保持器安全保持器由由多谐振荡器、整流滤波器、调制式直流放大器、多谐振荡器、整流滤波器、调制式直流放大器、互感器、限能器互感器、限能器组成。组成。(1)多谐振荡器多谐振荡器根据电磁感应定律，电流的变化引起变压器初级的感应根据电磁感应定律，电流的变化引起变压器初级的感应电势，使得一个晶体管导通（电势，使得一个晶体管导通（V1），一个截止（），一个截止（V2）。）。V1的集电极电流随时间不断增加，使得基极电流不断减的集电极电流随时间不断增加，使得基极电流不断减小，造成小，造成V1截止。同时使得截止。同时使得V2导通。两个晶

11、体管不断出导通。两个晶体管不断出现导通和截止的状态变化，形成自激振荡。现导通和截止的状态变化，形成自激振荡。（2）调制式直流放大器）调制式直流放大器作用：把二线制变送器输出的作用：把二线制变送器输出的420 mA DC精确地传送给调精确地传送给调节器。节器。构成：由调制器、电流互感器、整流滤波器组成。构成：由调制器、电流互感器、整流滤波器组成。 工作原理见图工作原理见图n24VDC经多谐振荡器变换成经多谐振荡器变换成8KHz的的AC，经变压器，经变压器T1的原的原边耦合到副边，再经边耦合到副边，再经V5V8的桥式全波整流变成脉动信号，的桥式全波整流变成脉动信号，经经R4C2阻容滤波送到阻容滤波

12、送到R9 ，C7两端产生两端产生 24VDC， 24VDC通过通过限能器给二线制变送器供电，二线制变送器得到电源之后就限能器给二线制变送器供电，二线制变送器得到电源之后就产生了产生了420m ADC。nT1的副边的副边、V11、V12、R6、V9、V10、C3、R11、R10、R5、T2的原边组成的原边组成调制器调制器，把二线制变送器来的信号，把二线制变送器来的信号420mA调制成交变电流。调制成交变电流。nT2的副边、的副边、V13、V14、R7、C4、V15、C5、R8组成全波组成全波整流滤波电路整流滤波电路，再把交变电流变成，再把交变电流变成420mA直流电流。直流电流。C7产生产生24

13、VDC限能器 输入BR6V10T2V9V12V11R5R10C3C7R9R11C2R4V5V8T1420mA DCA+-15V DCV13R7420mAC4V15C5R8V147845-+调制直流放大器调制直流放大器整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路V11截止截止V12导通导通多谐振荡器24VDC 假设多谐振荡器假设多谐振荡器T1的副边方波交变电压的正半周为、的副边方波交变电压的正半周为、，因此、，因此V11截止，截止，V12导通。导通。 I0经过：经过： C7+限能器限能器+限能器限能器V9V10的的c、eT2原边（下）原边（下）V12 T1副边中心抽头副边中心抽头 R5C7

14、流经二线制变送器的电流为下流经二线制变送器的电流为下+上上 ，流经，流经T2原边的电流为原边的电流为上上+下下 。 C7产生产生24VDC限能器 输入BR6V10T2V9V12V11R5R10C3C7R9R11C2R4V5V8T1420mA DCA+-15V DCV13R7420mAC4V15C5R8V147845-+调制直流放大器调制直流放大器整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路V11导通导通V12截止截止多谐振荡器24VDC 方波交变电压的负半周方波交变电压的负半周、 +、+时，时，V11导通，导通，V12截截止。止。 I0经过：经过：C7+ 限能器限能器+ 限能器限能器V9V

15、10的的c、eT2原边（上）原边（上）V11T1副边中心抽头副边中心抽头R5C7 流经二线制变送器的电流为下流经二线制变送器的电流为下+上，流经上，流经T2原边的电流原边的电流为上为上-下下+。 无论无论T1副边的方波交变电压如何变化，对于二线制变送副边的方波交变电压如何变化，对于二线制变送器来说，流过的电流始终为一个方向。所以是直流电流。器来说，流过的电流始终为一个方向。所以是直流电流。 流经变压器流经变压器T2的电流却不是一个方向，一会儿从中心抽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。头向下流动，一会儿从中心抽头向上流动。所以是交变电流。

16、（即即Ii被调制成交变电流被调制成交变电流） 互感器互感器T2原边的交变电流耦合到副边后，再经原边的交变电流耦合到副边后，再经V13 、V14全波整流。全波整流。 R7 、C4阻容滤波流经负载电阻时又变成阻容滤波流经负载电阻时又变成420m ADC。 从电流信号的角度来看，在二线制变送器为从电流信号的角度来看，在二线制变送器为DC，在，在T2为为AC，在，在RL上为上为DC。 （3）限能器）限能器 限能器就是一种过压、过流保护电路。其作用是限能器就是一种过压、过流保护电路。其作用是限制大电压和大电流进入危险场所。限制大电压和大电流进入危险场所。 为了提高安全性能，采取了双工备用的措施，即为了提

17、高安全性能，采取了双工备用的措施，即两套完全相同的电路同时工作，其中一套作为备用。两套完全相同的电路同时工作，其中一套作为备用。V20截止给V17提供基极电流a.过流保护过流保护利用电流负反馈利用电流负反馈过过流流BAV38 V39V36F3 V9V37R6C8V35V34V33V32V22V26V20V17V21V27V31F2C724VR1522用于限制反向电压（即AB电压接反）安全场所V17饱和导通Ii在R15的压降0.66VIi=30mA事故状态事故状态 Ii30mA 若二线制变送器出现故障时，造成若二线制变送器出现故障时，造成Ii增加，当增加，当Ii30mA时，导致时，导致R15上的

18、压降上的压降Ii R15 30mA 22 =660mA。从而使。从而使V20由截止转化为导通。由截止转化为导通。V20的导通的导通分流了分流了V17的基极电流。使的基极电流。使V17由原来的饱和导通进入了由原来的饱和导通进入了放大区。放大区。 当当V17工作在放大区时，工作在放大区时，Ic17=I b17，IC17=Ii随随Ib17的变化的变化而变化，若而变化，若Ii越大，则越大，则IiR15也就越大也就越大V20的导通状态的导通状态就越好就越好V17的基极电流被分流就越多的基极电流被分流就越多V17的基极电流的基极电流就减少就减少经经倍后使倍后使Ii也就减少。也就减少。 显然是电流负反馈过程。显然是电流负反馈过程。(Ii Ii R15 V20导导通好通好 IC20 Ib17 IC