关于安全栅选型、应用的n个问题解答之三 点击：10959 | 回复：86
发表于：2007-04-28 14:59:00
楼主
在许多工业过程中，需要处理或使用一些易燃材料，如原油和它的衍生物，酒精，天然气，粉末，飞扬物，任何渗漏或溅出都有可能形成一个爆炸环境（危险场所，具体分类方法见下文）。为了工厂和人员的安全，必须确保这个环境不会被点燃引起爆炸。
而在生产过程中大量使用电气设备，各种磨擦的电火花、静电火花、高温等不可避免，尤其当设备发生故障时，都有可能会点燃爆炸环境。为了防止爆炸的发生，至今已开发了8中不同的防爆技术，其中本质安全是一种低成本而高有效的防爆技术。
本质安全（IS）是系统防爆的技术，如下图，安全场所的控制室设备通过安全栅与危险场所的本安设备相连，传递信号或能量。安全栅利用限流和限压电路，限制了从安全场所传递到危险场所的能量；处于危险场所的本安设备在这样的能量下能够正常工作，但这样的能量不足以引燃爆炸环境，即使本安设备自身发生故障，也不会产生任何足以引燃的电火花或发热表面。因此，无论是安全场所的控制室设备还是危险场所的本安设备发生故障，只要安全栅的限流限压电路正常工作，整个系统都会处于安全状态，不会产生爆炸。
安全栅作为控制室的非本安设备与危险场所的本安设备之间的关联设备，是本安防爆系统中的重要组成部分。常见的安全栅包括齐纳式安全栅、晶体管式安全栅、变压器隔离式安全栅。
齐纳式安全栅电路原理如下图所示，稳压二极管Z限制了从非本安端传到本安端的电压，电阻R则限制了从非本安端传到本安端的电流，快速熔断器F用于保护稳压二极管Z不被过大的电流烧坏。由于电路的限压和限流，输出到危险区的能量被限制在安全值以内。齐纳式安全栅的特点是电路所用的元器件极少、故障率低、成本低、回路信号保真性好；但由于必须加限能电阻和智能变送器的采样电阻，过大的电压降低往往会导致回路供电不足；而且在工程应用中必须可靠接地，否则便会失去防爆安全保护功能。
[b]齐纳式安全栅[/b]是本安防爆系统中的一种非常重要的关联设备。当出现故障时，齐纳安全栅会确保现场安全。齐纳式安全栅起保护作用后它内部的熔丝就要烧断，由于防爆上的特殊要求：齐纳式安全栅要用环氧树脂灌封，因而烧断熔丝的齐纳安全栅也就损坏了，必须更换新的齐纳式安全栅。MSB500系列齐纳安全栅是一种新颖的熔丝可更换式齐纳安全栅，系我公司新开发的齐纳式安全栅。产品系列齐全，适用于各种变送器、电气阀门定位器、各类开关、电磁阀、流量仪表、热电阻、热电偶及一些特殊的现场仪表。同时可与各种 DCS 系统连接对智能变送器实现双向数字通讯。MSB500系列齐纳式安全栅是在常规的齐纳安全栅基础上改进而成的，由一个完整的齐纳安全栅和可更换的熔丝组成。在出现故障时可以很方便的更换熔断器，避免了烦琐的拆装工作。
[b]晶体管式安全栅[/b]以晶体管组成限压限流电路，如下图，正常情况下Z1和Q1截止、Q2导通，非本安端与本安端进行信号传送。当非本安端电压过高时，Z1反向击穿，Q1导通，使Q2截止，切断了非本安端与本安端的通路，使本安端输出电压为零，实现过压保护作用；当回路电流过大时，R4上压降增大，使Q1导通，Q2进入线性放大状态，限制回路电流，实现过流保护作用。与齐纳式安全栅比较，晶体管式安全栅相对复杂，但由于它不需要熔断器，系统正常时它能自动恢复到正常工作状态并可以重复使用，所以通常又称之为重复式安全栅。
重复式安全栅本身不需要接地，也没有隔离功能。在防爆系统中使用时必须和隔离单元配合使用。由于电路相对复杂，难以做到3重防爆，所以只适合防爆要求不高的1区和2区。
隔离式安全栅以上述两种安全栅作为本安电路，实现能量限制功能；并用变压器或光电器件隔离本安电路与非本安电路，进行能量交换和信号传输，其原理框图如下。隔离式安全栅线路复杂，但通用性强、可靠性高。隔离式安全栅信号处理功能更强，能够接受并处理热电偶、热电阻等信号，也很容易实现信号分配（一入二出），使之适用面更广；由于电源、输入、输出相互隔离，在组成系统时不需要接地，给设计与工程施工带来很大方便，降低了系统的综合成本；因为没有公共接地，信号完全浮空，检测和控制回路的信号稳定性和抗干扰能力大大加强，从而提高了整个系统的可靠性（对于DCS自动控制系统来说，这一点特别重要）。
安全栅属于国家强制检验范围，它的电路设计和结构设计必须通过国家防爆检验机关检验，检验合格并获得证书才能投入使用。在进行防爆系统设计时，必须根据危险场所的危险性、危险场所的气体环境，选用相应防爆等级的安全栅。
[b]危险场所危险性的划分[/b]
[b]
爆炸性危险气体危险性分类[/b]
根据气体和空气的混合物最容易被点燃所需要的能量划分。设备根据它所适用的气体环境分组。
[b]安全栅的防爆等级[/b]
本质安全型电器设备及其关联设备，按本安电路使用的场所和安全程度分为ia和ib两个等级。
ia：在正常工作、1个故障和2个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物，适用于0区、1区、2区；
ib：在正常工作和1个故障时不能点燃爆炸性气体混合物，适用于1区、2区。
[b]安全栅的防爆标志[/b]
防爆标志格式：[Exia]ⅡC
欢迎大家发表自己的使用经验！
未完待续
而在生产过程中大量使用电气设备，各种磨擦的电火花、静电火花、高温等不可避免，尤其当设备发生故障时，都有可能会点燃爆炸环境。为了防止爆炸的发生，至今已开发了8中不同的防爆技术，其中本质安全是一种低成本而高有效的防爆技术。
本质安全（IS）是系统防爆的技术，如下图，安全场所的控制室设备通过安全栅与危险场所的本安设备相连，传递信号或能量。安全栅利用限流和限压电路，限制了从安全场所传递到危险场所的能量；处于危险场所的本安设备在这样的能量下能够正常工作，但这样的能量不足以引燃爆炸环境，即使本安设备自身发生故障，也不会产生任何足以引燃的电火花或发热表面。因此，无论是安全场所的控制室设备还是危险场所的本安设备发生故障，只要安全栅的限流限压电路正常工作，整个系统都会处于安全状态，不会产生爆炸。
安全栅作为控制室的非本安设备与危险场所的本安设备之间的关联设备，是本安防爆系统中的重要组成部分。常见的安全栅包括齐纳式安全栅、晶体管式安全栅、变压器隔离式安全栅。
齐纳式安全栅电路原理如下图所示，稳压二极管Z限制了从非本安端传到本安端的电压，电阻R则限制了从非本安端传到本安端的电流，快速熔断器F用于保护稳压二极管Z不被过大的电流烧坏。由于电路的限压和限流，输出到危险区的能量被限制在安全值以内。齐纳式安全栅的特点是电路所用的元器件极少、故障率低、成本低、回路信号保真性好；但由于必须加限能电阻和智能变送器的采样电阻，过大的电压降低往往会导致回路供电不足；而且在工程应用中必须可靠接地，否则便会失去防爆安全保护功能。
[b]齐纳式安全栅[/b]是本安防爆系统中的一种非常重要的关联设备。当出现故障时，齐纳安全栅会确保现场安全。齐纳式安全栅起保护作用后它内部的熔丝就要烧断，由于防爆上的特殊要求：齐纳式安全栅要用环氧树脂灌封，因而烧断熔丝的齐纳安全栅也就损坏了，必须更换新的齐纳式安全栅。MSB500系列齐纳安全栅是一种新颖的熔丝可更换式齐纳安全栅，系我公司新开发的齐纳式安全栅。产品系列齐全，适用于各种变送器、电气阀门定位器、各类开关、电磁阀、流量仪表、热电阻、热电偶及一些特殊的现场仪表。同时可与各种 DCS 系统连接对智能变送器实现双向数字通讯。MSB500系列齐纳式安全栅是在常规的齐纳安全栅基础上改进而成的，由一个完整的齐纳安全栅和可更换的熔丝组成。在出现故障时可以很方便的更换熔断器，避免了烦琐的拆装工作。
[b]晶体管式安全栅[/b]以晶体管组成限压限流电路，如下图，正常情况下Z1和Q1截止、Q2导通，非本安端与本安端进行信号传送。当非本安端电压过高时，Z1反向击穿，Q1导通，使Q2截止，切断了非本安端与本安端的通路，使本安端输出电压为零，实现过压保护作用；当回路电流过大时，R4上压降增大，使Q1导通，Q2进入线性放大状态，限制回路电流，实现过流保护作用。与齐纳式安全栅比较，晶体管式安全栅相对复杂，但由于它不需要熔断器，系统正常时它能自动恢复到正常工作状态并可以重复使用，所以通常又称之为重复式安全栅。
重复式安全栅本身不需要接地，也没有隔离功能。在防爆系统中使用时必须和隔离单元配合使用。由于电路相对复杂，难以做到3重防爆，所以只适合防爆要求不高的1区和2区。
隔离式安全栅以上述两种安全栅作为本安电路，实现能量限制功能；并用变压器或光电器件隔离本安电路与非本安电路，进行能量交换和信号传输，其原理框图如下。隔离式安全栅线路复杂，但通用性强、可靠性高。隔离式安全栅信号处理功能更强，能够接受并处理热电偶、热电阻等信号，也很容易实现信号分配（一入二出），使之适用面更广；由于电源、输入、输出相互隔离，在组成系统时不需要接地，给设计与工程施工带来很大方便，降低了系统的综合成本；因为没有公共接地，信号完全浮空，检测和控制回路的信号稳定性和抗干扰能力大大加强，从而提高了整个系统的可靠性（对于DCS自动控制系统来说，这一点特别重要）。
安全栅属于国家强制检验范围，它的电路设计和结构设计必须通过国家防爆检验机关检验，检验合格并获得证书才能投入使用。在进行防爆系统设计时，必须根据危险场所的危险性、危险场所的气体环境，选用相应防爆等级的安全栅。
[b]危险场所危险性的划分[/b]
[b]
爆炸性危险气体危险性分类[/b]
根据气体和空气的混合物最容易被点燃所需要的能量划分。设备根据它所适用的气体环境分组。
[b]安全栅的防爆等级[/b]
本质安全型电器设备及其关联设备，按本安电路使用的场所和安全程度分为ia和ib两个等级。
ia：在正常工作、1个故障和2个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物，适用于0区、1区、2区；
ib：在正常工作和1个故障时不能点燃爆炸性气体混合物，适用于1区、2区。
[b]安全栅的防爆标志[/b]
防爆标志格式：[Exia]ⅡC
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未完待续
发表于：2009-07-29 10:48:32
58楼
电压暂降/骤降（Voltage Sag）是电压有效值降至标称值（Nominal Value）的10%至90%，且持续时间为10ms至1min（典型持续时间为10ms～600ms）的电能质量事件之一。严重的电压暂降，将使用电设备停止工作，或引起所生产产品质量下降。而电压暂降影响的严重性则随用电设备的特性而异。一般而言，工业过程设备对电压暂降特别敏感，因为设备内任何一个元件由于电源出现问题都会使整个流程停止运转。这些工业过程涉及汽车、半导体、塑料、石化、纺织、光纤、饮料乳业、移动通信等领域，常受电压暂降影响的重要设备有冷却装置控制、直流电机驱动、可编程逻辑控制器（PLC）、机械装置、可调速驱动装置等。
国臣公司致力于连续生产型企业各种电能质量事件（俗称“晃电”）治理和变频器跳闸问题的全面解决和新一代抗晃电设备的研究与开发，凭借领先的行业技术和经验，为企业提供整体电源优化解决方案和技术咨询服务、炉膛安全给粉解决方案、电厂给粉变频抗晃电解决方案、IT机房整体解决方案、工业现场晃电整体解决方案和包含多种负载类型的整机设备抗晃电解决方案。
国臣公司的产品已在石化、半导体、煤化工、硅化工、石油、冶金、水利、电力、轨道交通、制造、环保、废水处理等行业中得到了较好的应用，特别是一些科技攻关项目给客户带来了很大的经济效益和社会效益，部分产品成为中芯国际、FOXBORO和欧陆的指定配套供应商，部分产品随油田设备厂家一起出口中东、俄罗斯和东南亚各地。
变频器使用目前存在的问题
随着电力电子技术的发展，变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而在各行业得到广泛应用，但由于国内某些工厂的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低压保护跳闸。这种跳闸会因为变频器的保护设置不同而表现为过流保护或低压保护。但其原因都是因为电网低电压引起的。低电压通常都是短时的，主要是因为电网晃电或备自投切换时间过长。引起电网晃电的原因很多，如主电网侧的电网波动、负荷不平衡、雷击、电力切换等原因，负载侧的大型设备启动和应用、线路过载等原因。 由于变频器低压保护跳闸，给用户带来很大的经济损失，也是目前变频器使用中面临的比较大的问题，只有很好的解决该问题才能保证用户变频设备安全、可靠、高效的正常运行。
直流支撑技术
变频器是由整流器和逆变器两部分组成。通过对变频器的研究，变频器低电压指其中间直流回路低电压(即逆变器输入电压过低)。一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变频器的逆变器件为GTR时，一旦失压或停电，控制电路将停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR全部停止工作，电动机将处于自由制动状态。逆变器件为IGBT时，在失压或停电后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压或停电时间to＜td，变频器将平稳过度运行；若失压或停电时间to＞td ，变频器自我保护停止运行。一般td都在15～25ms,只要电源“晃电”较为强烈，to都在几秒钟以上，变频器自我保护停止运行，使电动机停止运行。
结合变频器的原理和工作方式，采用抗晃电系统，是解决变频器低压跳闸的最好办法。
变频器的雏形是直流变频器，交流变频器只是在直流变频器的前端加上了整流器。变频器的控制电源和作功电源都来自于变频器内部的直流母线。新型变频器都有直流母线端子。
MUPS/DC-BANK/抗晃电系统组成
1、直流电源子系统
2、安全联锁子系统 (Safety Interlocking System )
3、主站监控软件
系统特点
直流电源做为变频器的后备电源，充分利用了变频器的结构特点，与交流UPS供电相比，减少了交直流变换环节和蓄电池容量，提高效率，减少电气保护环节，减少投资，且有很多其他行业的应用案例。
通过压差抑制蓄电池放电， 简化控制电路和一次线路，使导通成为真正的零切换，又杜绝了因为导通模块故障引起的直流供电不平衡，避免了因为导通模块阀值电压过高引起的计时不准，增加了系统的可用度。
通过软件设置母线欠压保护阀值和计时(0.1S)，使系统工作时间精确可控。
通过SIS子系统中央控制单元的软件，区分电网晃电和变频器故障，杜绝电网晃电引起的停炉，又在变频器故障或收到相关保护信号时快速撤出直流电源。
控制、监测单元故障以及输入、输出端子悬空断线等，执行单元都会回到安全状态－－断开，提高系统的可靠性。
系统的切换条件除欠压保护外，还可扩充过流保护、超载保护、过压保护、零序电流保护、负序电流保护、欠载保护、零序电压保护等，只需软件设置阀值即可。
变频器抗晃电系统专为各厂家变频器设计，附合电力行业设计标准。
其核心部分为SIS系统，结合技术成熟的直流电源，为用户提供安全有效的变频器抗晃电解决方案。
该系统既解决了电网晃电时变频器跳闸引起的不必要停产，又保障电网晃电和备自投切换时，变频器平稳工作
典型客户案例：
■ 江苏上上电缆集团交联工序DC-BANK系统1套 （100kW）
■ 浙江金鑫化纤有限公司 DC-BANK2套 （650KW）
■ 浙江恒逸集团聚合物有限公司三期DC-BANK2套 （450kW）
■ 浙江祥盛纺织有限公司二期DC-BANK4套 （1.2MW）
■ 宁波卓成化纤有限公司二期DC-BANK一套 （300kW，15回路）
■ 新疆广汇液化天然气有限公司高压变频器抗晃电技术服务（8.5MW,10kV）
■ 陕西神木化工公司德士古炉高压煤浆泵DC-BANK（3*160kW）
■ 河南裕华玻璃有限公司生产线 DC-BANK（7回路，40kW）
■ 中石化四川维尼纶厂热电车间＃9炉SGS系统（8回路）
■ 中石化四川维尼纶厂热电车间＃5炉SGS系统（8回路）
■ 武汉新芯制程冷却水泵（PCW)DC-BANK（3套，5*160kW）
■ 中石化扬子石化热电厂＃9炉给粉变频抗晃电系统（12回路）
■ 中石化扬子石化热电厂＃3炉给粉变频抗晃电系统（8回路）
■ 华电集团淄博热电有限公司1＃炉SGS安全给粉控制系统（12回路）
■ 华电集团淄博热电有限公司2＃炉SGS安全给粉控制系统（12回路）
■ 中芯国际（天津）CR排风DC-BANK（800kW,11回路）
■ 武汉新芯CR排风DC-BANK(6套，19回路）
■ 浙江恒逸化纤集团DC-BANK(4套，15回路）
■ 宁波卓成化纤有限公司DC-BANK(1套，134kW）
南京国臣信息自动化技术有限公司
网址：http://www.goldencooperate.com/
黄福亮：025－84488904 13914769626
地址：南京市御道街33号大正投资大厦4楼
国臣公司致力于连续生产型企业各种电能质量事件（俗称“晃电”）治理和变频器跳闸问题的全面解决和新一代抗晃电设备的研究与开发，凭借领先的行业技术和经验，为企业提供整体电源优化解决方案和技术咨询服务、炉膛安全给粉解决方案、电厂给粉变频抗晃电解决方案、IT机房整体解决方案、工业现场晃电整体解决方案和包含多种负载类型的整机设备抗晃电解决方案。
国臣公司的产品已在石化、半导体、煤化工、硅化工、石油、冶金、水利、电力、轨道交通、制造、环保、废水处理等行业中得到了较好的应用，特别是一些科技攻关项目给客户带来了很大的经济效益和社会效益，部分产品成为中芯国际、FOXBORO和欧陆的指定配套供应商，部分产品随油田设备厂家一起出口中东、俄罗斯和东南亚各地。
变频器使用目前存在的问题
随着电力电子技术的发展，变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而在各行业得到广泛应用，但由于国内某些工厂的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低压保护跳闸。这种跳闸会因为变频器的保护设置不同而表现为过流保护或低压保护。但其原因都是因为电网低电压引起的。低电压通常都是短时的，主要是因为电网晃电或备自投切换时间过长。引起电网晃电的原因很多，如主电网侧的电网波动、负荷不平衡、雷击、电力切换等原因，负载侧的大型设备启动和应用、线路过载等原因。 由于变频器低压保护跳闸，给用户带来很大的经济损失，也是目前变频器使用中面临的比较大的问题，只有很好的解决该问题才能保证用户变频设备安全、可靠、高效的正常运行。
直流支撑技术
变频器是由整流器和逆变器两部分组成。通过对变频器的研究，变频器低电压指其中间直流回路低电压(即逆变器输入电压过低)。一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变频器的逆变器件为GTR时，一旦失压或停电，控制电路将停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR全部停止工作，电动机将处于自由制动状态。逆变器件为IGBT时，在失压或停电后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压或停电时间to＜td，变频器将平稳过度运行；若失压或停电时间to＞td ，变频器自我保护停止运行。一般td都在15～25ms,只要电源“晃电”较为强烈，to都在几秒钟以上，变频器自我保护停止运行，使电动机停止运行。
结合变频器的原理和工作方式，采用抗晃电系统，是解决变频器低压跳闸的最好办法。
变频器的雏形是直流变频器，交流变频器只是在直流变频器的前端加上了整流器。变频器的控制电源和作功电源都来自于变频器内部的直流母线。新型变频器都有直流母线端子。
MUPS/DC-BANK/抗晃电系统组成
1、直流电源子系统
2、安全联锁子系统 (Safety Interlocking System )
3、主站监控软件
系统特点
直流电源做为变频器的后备电源，充分利用了变频器的结构特点，与交流UPS供电相比，减少了交直流变换环节和蓄电池容量，提高效率，减少电气保护环节，减少投资，且有很多其他行业的应用案例。
通过压差抑制蓄电池放电， 简化控制电路和一次线路，使导通成为真正的零切换，又杜绝了因为导通模块故障引起的直流供电不平衡，避免了因为导通模块阀值电压过高引起的计时不准，增加了系统的可用度。
通过软件设置母线欠压保护阀值和计时(0.1S)，使系统工作时间精确可控。
通过SIS子系统中央控制单元的软件，区分电网晃电和变频器故障，杜绝电网晃电引起的停炉，又在变频器故障或收到相关保护信号时快速撤出直流电源。
控制、监测单元故障以及输入、输出端子悬空断线等，执行单元都会回到安全状态－－断开，提高系统的可靠性。
系统的切换条件除欠压保护外，还可扩充过流保护、超载保护、过压保护、零序电流保护、负序电流保护、欠载保护、零序电压保护等，只需软件设置阀值即可。
变频器抗晃电系统专为各厂家变频器设计，附合电力行业设计标准。
其核心部分为SIS系统，结合技术成熟的直流电源，为用户提供安全有效的变频器抗晃电解决方案。
该系统既解决了电网晃电时变频器跳闸引起的不必要停产，又保障电网晃电和备自投切换时，变频器平稳工作
典型客户案例：
■ 江苏上上电缆集团交联工序DC-BANK系统1套 （100kW）
■ 浙江金鑫化纤有限公司 DC-BANK2套 （650KW）
■ 浙江恒逸集团聚合物有限公司三期DC-BANK2套 （450kW）
■ 浙江祥盛纺织有限公司二期DC-BANK4套 （1.2MW）
■ 宁波卓成化纤有限公司二期DC-BANK一套 （300kW，15回路）
■ 新疆广汇液化天然气有限公司高压变频器抗晃电技术服务（8.5MW,10kV）
■ 陕西神木化工公司德士古炉高压煤浆泵DC-BANK（3*160kW）
■ 河南裕华玻璃有限公司生产线 DC-BANK（7回路，40kW）
■ 中石化四川维尼纶厂热电车间＃9炉SGS系统（8回路）
■ 中石化四川维尼纶厂热电车间＃5炉SGS系统（8回路）
■ 武汉新芯制程冷却水泵（PCW)DC-BANK（3套，5*160kW）
■ 中石化扬子石化热电厂＃9炉给粉变频抗晃电系统（12回路）
■ 中石化扬子石化热电厂＃3炉给粉变频抗晃电系统（8回路）
■ 华电集团淄博热电有限公司1＃炉SGS安全给粉控制系统（12回路）
■ 华电集团淄博热电有限公司2＃炉SGS安全给粉控制系统（12回路）
■ 中芯国际（天津）CR排风DC-BANK（800kW,11回路）
■ 武汉新芯CR排风DC-BANK(6套，19回路）
■ 浙江恒逸化纤集团DC-BANK(4套，15回路）
■ 宁波卓成化纤有限公司DC-BANK(1套，134kW）
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