3安全栅-zy

过程控制与自动化仪表主讲教师：赵跃西安理工大学自动化与信息工程学院信息与控制工程系安全栅（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。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。第三章3.3安全栅对于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。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。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。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）。基本原理：简单齐纳式安全栅是利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压、用固定电阻进行限流。3.5.1齐纳式安全栅安全栅的种类很多，有电阻式安全栅、中继放大式安全栅、齐纳式安全栅、光电隔离式安全栅、变压器隔离式安全栅等。当输入电压Vi在正常范围（24V）内时，齐纳二极管VD不导通；当电压高于24V并达到齐纳二极管的击穿电压（约28V）时，齐纳二极管导通，在将电压钳制在安全值以下的同时，安全侧电流急剧增大，使快速熔断丝FU很快熔断，从而将可能造成事故的高压与危险现场隔断。固定电阻R的作用是限制流往现场的电流。两点不足：一、固定的限流电阻其大小难以选择，选小了起不到很好的限流作用，选大了又影响仪表的恒流特性，理想的限流电阻应该是可变的，即电流在安全范围内其阻值要足够小，而当电流超出安全范围时其电阻要足够大；二、接地不合理，通常一个信号回路只允许一点接地，若有两点以上接地会造成信号通过大地短路或形成干扰。（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，限压并接地改进后的齐纳式安全栅3.5.2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。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。＋＋（1）电源变压器DC/AC：VT1、VT2，VD1～VD4及变压器T1构成磁耦合自激多谐振荡器。＋＋（2）晶体管限压限流电路串联使用了两套完全相同的限压限流电路：VT3、VT4和VD15；VT5、VT6和VD16。正常工作时VT4、VT6饱和，VT3、VT5截止。mARRRRRRRRIB54.0)//(30654654653①电源出现过电压VD15击穿（30V）VT3饱和Vce3≈0VT4截止VAB↓—限压晶体管限压限流电路原理②变送器出现过电流VR60.6VVT3导通，分流VT4退饱和Vce4↑—限流限流特性限压特性（3）调制解调电路调制：VD13、VD14交替工作送往变送器的DC4～20mA交替通过T2原边解调：T2副边1：1耦合复合管VT7~VT10整流＋--＋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。1）可以在危险区或安全区认为合适的任何一个地方接地，使用方便，通用性强；2）隔离式安全栅的电源、信号输入、信号输出均可通过变压器耦合，实现信号的输入、输出完全隔离，使安全栅的工作更加安全可靠；3）隔离式安全栅由于信号完全浮空，大大增强了信号的抗干扰能力，提高了控制系统正常运行的可靠性。隔离式安全栅的优点