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1、1 第四节第四节 安全保持器安全保持器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、输入式安全保持器三、输入式安全保持器2l一、基本定义一、基本定义l爆炸性混合物、安全火花、本安型防爆系统、爆炸性混合物、安全火花、本安型防爆系统、非本安型防爆系统非本安型防爆系统l二、基本原理二、基本原理l1、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l（24V电源经过电源经过DC/AC/DC变换，向变送器变换，向变送器隔离式供电；隔离式供电；420mA电流经过电流经过DC/AC/DC变变换，向调节器隔离式传递信号）换，向调节器隔离式传递信号）l
2、2、过流保护的工作原理、过流保护的工作原理本节重点内容介绍本节重点内容介绍3一、安全防爆的基本知识一、安全防爆的基本知识（一）概论（一）概论爆炸三要素自燃物质助燃物质激发能量自燃物质自燃物质+助燃物质助燃物质=爆炸性混合物爆炸性混合物4化工生产的过程现场，经常含有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自燃物质，它这些可燃性气体都是自燃物质，它们和空气中的们和空气中的助燃物质助燃物质氧氧和在一起和在一起构成了爆炸性混合物。构成了爆炸性混合物。 爆炸性混合物都是危险的，其危险爆炸性混合物都是危险的，其危险程度是
3、不一样的。程度是不一样的。5 按照按照最大不传爆间隙最大不传爆间隙 自燃温度自燃温度 最小引爆电流最小引爆电流 三项指标对它们进行分级分组：三项指标对它们进行分级分组：l爆炸性混合物按最大不传爆间隙分为爆炸性混合物按最大不传爆间隙分为4级级1级级 最大不传爆间隙最大不传爆间隙 1.0mm2级级 0.6mm最大不传爆间隙最大不传爆间隙 1.0mm3级级 0.4mm450b组组 300自燃温度自燃温度450c组组 200自燃温度自燃温度300d组组 135自燃温度自燃温度200e组组 100120m A 70m A最小引爆电流最小引爆电流120m A 最小引爆电流最小引爆电流70m A7含有可燃性
4、气体含有可燃性气体或蒸气或蒸气火火灾灾含有可燃性粉尘含有可燃性粉尘或纤维或纤维含有爆炸性含有爆炸性混合物的现场混合物的现场称为危险场所称为危险场所我国规定的我国规定的三类危险场所三类危险场所QGH8第一类危险第一类危险场所根据危场所根据危险程度不同险程度不同可分为三级可分为三级正常情况下，正常情况下，能形成爆炸性混能形成爆炸性混合物的现场合物的现场Q-1正常情况下不能形成，仅在不正常情况下不能形成，仅在不正常情况下正常情况下能形成爆炸性混合能形成爆炸性混合物的现场物的现场Q-2不正常情况下，仅在局部地区不正常情况下，仅在局部地区能形成爆炸性混合物的现场能形成爆炸性混合物的现场Q-39类别类别型
5、号型号安全型安全型A隔离型隔离型B充油型充油型C通风充气通风充气型型F安全火花安全火花（本质安（本质安全）型全）型H特殊型特殊型T我国防爆我国防爆电气设备电气设备的分类的分类10经常使用的自动化装置一般都是防爆隔离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型和防爆安全型l隔离型隔离型在外壳在外壳的内部发生爆炸时，的内部发生爆炸时，不引起外部爆炸性不引起外部爆炸性混合物爆炸的电气混合物爆炸的电气设备。设备。l安全型安全型在正常或在正常或事故状态下产生的火事故状态下产生的火花都不能引起爆炸性花都不能引起爆炸性混合物爆炸的电气设混合物爆炸的电气设备。备。正常状态正常状态在在设计规定条件下设计
6、规定条件下正常工作（实验正常工作（实验时，在实验装置时，在实验装置中产生短路或断中产生短路或断路视为正常）路视为正常）事故状态事故状态在在电路中，非保护电路中，非保护性元件损坏或产性元件损坏或产生短路、断路、生短路、断路、接地及电源故障接地及电源故障等情况等情况11（二）概念（二）概念1、安全火花、安全火花其能量不足以引起周围爆炸其能量不足以引起周围爆炸性混合物起火或爆炸的火花。性混合物起火或爆炸的火花。2、安全火花型仪表、安全火花型仪表在正常或事故状态下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产生的火花均不能引起爆炸性混合物爆炸的仪表。表。3、非安全火花型防爆系统、非安全火
7、花型防爆系统通过通过“配电器配电器”向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的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。系统为非安全火花型防爆系统。124、安全火花型防爆系统、安全火花型防爆系统通过通过“安全保安全保持器持器”向现场仪表供电和向控制室仪表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。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现场仪表必须是本安仪表)5、关联设备、关联设备与安全火花型电路相联，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。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（这里意指安装
8、在控制室，但又和现场仪表有联系）仪表有联系）13变送器变送器配电器配电器配电器配电器调节阀调节阀控制室仪表控制室仪表调节阀调节阀控制室仪表控制室仪表安保器安保器电源箱电源箱变送器变送器安保器安保器电源箱电源箱现场现场220V220V24V24V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隔爆型和安全火花型自动化装置的符号标记记B 3 dH e隔爆隔爆型型按爆炸性混合物按爆炸性混合物传爆能力来分为传爆能力来分为3级级按爆炸性混合物按爆炸性混合物自燃温度自燃温度来分为来分为d级级安全火安全火花型花型按爆炸性混合物按爆炸性混合物最小引爆电流分为最小引爆电流分为级级按爆炸性混合物按爆炸性
9、混合物自燃温度自燃温度来分为来分为e级级15l二、齐纳式安全保二、齐纳式安全保持器持器l(一一)用途用途l齐纳式安全保持器齐纳式安全保持器有三种规格有三种规格lBARD-200l和热电偶配合使用，和热电偶配合使用，构成本安防爆系统。构成本安防爆系统。lBARD-400l和两线制变送器、和两线制变送器、执行器配合使用，执行器配合使用，构成本安防爆系统。构成本安防爆系统。 BARD-300 和热电阻配合使用，和热电阻配合使用，构成本安防爆系统。构成本安防爆系统。16l接线方式：接线方式：BARD-200STED温度变送器STED温度变送器BARD-300危险场所危险场所安全场所安全场所在变送器前面
10、17l BARD-400SLPC调节器BARD-400SDBT配电器危险场所危险场所安全场所安全场所18l(二二)BARD-200齐纳式安全保持器齐纳式安全保持器l1、构成、构成AB21R2R1F2F1过压保护信号传输19l2、原理、原理l信号传输电路信号传输电路lA、R1、F1、1lB、R2、F2、2l过压保护电路过压保护电路lV1、V2、V3lV4、V5、V6ICE手操电路ICE指示电路安全防爆的基本知识齐纳式安全保持器20上节课内容速览上节课内容速览21三、隔离式安全保持器三、隔离式安全保持器(一一)用途用途 给二线制变送器供电，给二线制变送器供电， 把二线制变送器的输出电流把二线制变送
11、器的输出电流1:1地传送到调地传送到调节器。节器。22(二二)方框图方框图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危险场所危险场所安全场所安全场所23 24VDC多谐振多谐振荡器荡器 中高频高频（8KHz )方波方波 整流滤波器整流滤波器 24VDC 限能器限能器给二线制变送器给二线制变送器提供提供24VDC 二线制变送器产生二线制变送器产生420m ADC 限限能器能器 调制器调制器中高频高频(8KHz)方方波波电流互感器电流互感器整流滤波器整流滤波器420m ADC 调节调节器
12、输出器输出420m ADC/15V DC 24V电源电源DC/AC/DC的的变换过程，变换过程，向向变送器隔离式供变送器隔离式供电（变压器）电（变压器）420m A信号信号DC/AC/DC的变的变换过程，换过程， 向调向调节器隔离式传输信节器隔离式传输信号（变压器）号（变压器）24l设置了过电压设置了过电压（30V）限制器）限制器l设置了过电流设置了过电流（30mA）限制器）限制器防止高能量（大防止高能量（大电压）从安全场电压）从安全场所串入危险场所所串入危险场所防止高能量（大防止高能量（大电流）从安全场电流）从安全场所串入危险场所所串入危险场所25（三）特点（三）特点l隔离隔离将危险场所的仪
13、表和将危险场所的仪表和安全场所的仪表用安全场所的仪表用变变压器实现电气隔离压器实现电气隔离。使危险场所和安全场使危险场所和安全场所之间只有所之间只有磁磁的联系，的联系，没有没有电电的联系。的联系。l限能限能l利用利用电压、电流限制电压、电流限制电路电路，把可能窜入危，把可能窜入危险场所的大电压大电险场所的大电压大电流流限制限制在在安全定额安全定额之之内。内。防止变压器原副边变压器原副边击穿时，原边高压击穿时，原边高压信号窜入危险场所，信号窜入危险场所，破坏其安全火花性破坏其安全火花性能能保证危险场所保证危险场所的安全的安全26 （四）（四）ISB-5262安全保持器安全保持器 多谐振荡器多谐振
14、荡器+调制式直流放大器调制式直流放大器+限限能器能器 1、多谐振荡器、多谐振荡器作用：将作用：将24VDC转换成频率为转换成频率为8KHz的交流的交流矩形波电压矩形波电压 具体过程：省略具体过程：省略27 2、调制式直流放大器、调制式直流放大器 （1）作用）作用 对对420 m ADC进行进行DC/AC/DC转换传递。转换传递。 （2）构成）构成 调制器调制器电流互感器电流互感器整流滤波器整流滤波器28T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限限能能器器 输入BA+-420mA DC
15、为了便于分析，次为了便于分析，次要环节用方框图替要环节用方框图替代，主要环节用电代，主要环节用电路图表示，画出的路图表示，画出的电路图电路图V9和和V10组成复合放大管，组成复合放大管，不仅能进行电流传递，而不仅能进行电流传递，而且可以保持恒流特性。且可以保持恒流特性。把二线制变送器的输出把二线制变送器的输出电流电流1:1地传送到调节器。地传送到调节器。29T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限限能能器器 输入BA+-420mA DC桥式整流滤波电路桥式整流滤波电路,给给变送器提
16、供电源变送器提供电源30T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限限能能器器 输入BA+-420mADC调制器，调制器，420mADC变成方波变成方波把二线制变送器的输出把二线制变送器的输出电流电流1:1地传送到调节器。地传送到调节器。31T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限限能能器器 输入BA+-420mA DC全波整流滤波电路全波整流滤波电路,方波方波变成变成42
17、0mADC/ 15V32T1420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限限能能器器 输入BA+-420mA DC24VDC 多谐振荡器多谐振荡器8KHz的方波的方波 从从T1原边原边耦合到副边，耦合到副边， V5V8的的桥式全波整流桥式全波整流脉动信号脉动信号 R4C2阻容滤波阻容滤波UC7=24VDC 二线制变送器获得二线制变送器获得24VDC电源之后就产生了电源之后就产生了420m ADC。多谐振荡器多谐振荡器24V DC工作原理工作原理（1）33420mA DC15V DCV13R7
18、C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限限能能器器 输入BA+-420mA DCT1多谐振荡器（方波）多谐振荡器（方波）24V DC+-+I0T1的副边方波的正半周为的副边方波的正半周为、，因此、，因此V11截止，截止，V12导通。导通。C7限能器限能器AB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 工作原理（工作原理（2）34420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9
19、V10C3限限能能器器 输入BA+-420mA DCT1多谐振荡器多谐振荡器(方波）方波）24V DC+-+I0T1的副边的副边方波的负半周方波的负半周、 +、+，因此，因此V11导通，导通，V12截止截止C7 限能器限能器AB 限能器限能器V9V10的的c、eT2原边（上）原边（上）V11 T1副边中心抽头副边中心抽头R5C7工作原理（工作原理（3）35420mA DC15V DCV13R7C4V15C5R8V147845-+C7R9C2R4V5V8T2R6R5V12V11R10R11V9V10C3限限能能器器 输入BA+-420mA DCT1多谐振荡器多谐振荡器(方波）方波）24V DC+
20、-+I0无论无论T1副边的方波相位如何副边的方波相位如何变化，二线制变送器流过的变化，二线制变送器流过的电流始终是一个方向。所以电流始终是一个方向。所以是直流电流。是直流电流。流经互感器流经互感器T2的电流却不是的电流却不是一个方向，一会儿从中心抽一个方向，一会儿从中心抽头向下流动，一会儿从中心头向下流动，一会儿从中心抽头向上流动。所以是交变抽头向上流动。所以是交变电流。电流。小结小结41 互感器互感器T2原边的交变电流耦合到副原边的交变电流耦合到副边后，再经边后，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。
21、结论：结论： 从信号的角度来看，在二线制变送器从信号的角度来看，在二线制变送器为为DC，在，在T2为为AC，在，在RL上为上为DC。42 3、限能器、限能器 (1)作用作用 限制进入危险场所的大电压和大电流。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采取双工备用的措施 （2）过流保护）过流保护43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44a、正常状态、正常状态 Ii=420mA 24VDC经过经过V21给给V17提供基极电流，使提供基
22、极电流，使V17饱和导通，流经饱和导通，流经V17的的电流电流Ii=420mA。R15上的最大压降上的最大压降UR15=440mV，使，使V20截止。流经截止。流经V17的电流的电流=变送器的输入电流变送器的输入电流Ii=420mA。R15V17V2124VF2V20IiUR15=440mV45b、事故状态、事故状态 Ii30mAR15V17V2124VF2V20IiUR15=660mV 变送器出现故障，变送器出现故障，若若Ii30mA时，时，R15上的最大压降上的最大压降UR15 660mV，V20变为导变为导通。因此分流了通。因此分流了V17的基极电流。使的基极电流。使V17由饱和区进入了
23、放由饱和区进入了放大区。大区。V17在放大区时，在放大区时，Ic17=I b17，IC17=Ii随随Ib17的变的变化而变化，化而变化，Ii Ii R15 V20导通好导通好 IC20 Ib17 IC17=Ii负反馈过程，使负反馈过程，使Ii得到限得到限制，不能过大。制，不能过大。46过过流流BAV38 V39V36F3 V9V37R6C8V35V34V33V32V22V26V27V31F2C724V用于限制反向电压（即AB电压接反）安全场所过过流流 正常时UC7=24V 故障时UC730V F2/F3熔断47(3)过压保护过压保护la、正常状态、正常状态 UC7=24V 正常状态，二线制正常
24、状态，二线制变送器的供电电压变送器的供电电压UC7=24Vlb、事故状态、事故状态UC730Vl供电电压供电电压UC730V，V27V31在高压作用反向在高压作用反向击穿导通，击穿导通，V37也处于也处于导通状态，使电压稳定导通状态，使电压稳定在某一个值上，限制在某一个值上，限制UC7的变化。的变化。l若若UC7再高，则再高，则F2、F3熔断，把熔断，把UC7和现场切和现场切断，防止大电压窜入危断，防止大电压窜入危险场所。险场所。48 (稳压管稳压管V32和二极管和二极管V33限制开路电限制开路电压，二极管压，二极管V38V39用于限制反向电压，用于限制反向电压，防止防止UC7接反。接反。)4
25、9l作业：l1-14、什么是安全火花和安全火花防爆系统？l2-12、在过程控制系统中，安全保持器处于（ ）仪表和（ ）仪表之间，与变送器配合使用的叫（ ）安全保持器；与执行器配合使用的叫（ ）安全保持器。l2-13、ISB安全保持器采取哪些措施，使其具有安全火花防爆性能？l2-14、ISB安全保持器的限制器如何实现过压保护和过流保护？50作业答案：作业答案：1-17、答：、答：1、安全火花、安全火花其能量不足以引起周围爆炸性其能量不足以引起周围爆炸性混合物起火或爆炸的火花。混合物起火或爆炸的火花。2、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”向现场仪表供电和向控制室
26、仪表传输信号的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。系统为安全火花型防爆系统。(现场仪表必须现场仪表必须是本安仪表是本安仪表)51l2-13、答：、答：l在过程控制系统中，安全保持器处于在过程控制系统中，安全保持器处于（一次）仪表和（二次）仪表之间，与（一次）仪表和（二次）仪表之间，与变送器配合使用的叫（输入式）安全保变送器配合使用的叫（输入式）安全保持器；与执行器配合使用的叫（持器；与执行器配合使用的叫（ 输出式）输出式）安全保持器。安全保持器。l2-14、答：、答：l采用了隔离和限能的措施，隔离使用了采用了隔离和限能的措施，隔离使用了变压器，限能使用了大电压和大电
27、流限变压器，限能使用了大电压和大电流限制电路。制电路。52l2-15、答：l1、过流保护：、过流保护：V17在放大区时，在放大区时，Ic17=I b17，IC17=Ii随随Ib17的变化而变化，的变化而变化，Ii Ii R15 V20导通好导通好 IC20 Ib17 IC17=Ii负反馈负反馈过程，使过程，使Ii得到限制，不能过大。得到限制，不能过大。 2、过压、过压保护：供电电压保护：供电电压UC730V，V27V31在高压作在高压作用反向击穿导通，用反向击穿导通，V37也处于导通状态，使电也处于导通状态，使电压稳定在某一个值上，限制压稳定在某一个值上，限制UC7的变化。若的变化。若UC7再高，则再高，则F2、F3熔断，把熔断，把UC7和现场切断，防和现场切断，防止大电压窜入危险场所。止大电压窜入危险场所。5354
