安全栅的原理是依据什么?
2021-08-05
安全栅的核心部件的限流限压部分,安全栅的核心作用是限制通向危险区域的能量。那么安全栅是通过什么原理来实现能量的控制的呢。
首先,我们应该搞清楚齐纳式安全栅的原理。虽然实际的齐纳安全栅在实现形式上也会有多种变化,但是基本的电路应该有一个齐纳管,一个熔断丝和一个限流电阻(也可以是非线性限流,可以等效为一个可变电阻)组成。
齐纳管的负极接地(也有负极性的安全栅,正极接地),正极接限流电阻和熔断丝的中间点。熔断丝一端接安全区,限流电阻一端接到危险区。正常工作时,接入安全栅的电压小于齐纳管的反向导通值(工况需要漏电流小于10UA,如4-20mA变送器),齐纳二极管不影响电路的正常工作(必要时需要考虑齐纳二极管的势垒电容及扩散电容);当控制室一端,由于电路故障,串入一个对地的,高于齐纳二极管齐纳击穿值得电压,如220V,齐纳二极管通过电流迅速加大,导致通过熔断丝的电流值迅速加大,当此值超过熔断丝的额定值时,熔断丝熔断,从而使现场(危险区)的电压始终会低于某一限定值,这个值被称为UO,最高开路电压。从这个过程中,我们得知,大多数齐纳式安全栅在此类故障发生时,会通过自毁来达到防爆目的。
大多数现场设备是不允许电源短路的,现场短路,是本安防爆系统中的另一种故障(有些情况是需要工作在现场短路情况下的,比如说开关量输入)。根据欧姆定律,电流等于电压除以电阻,现场短路时,现场的电阻为零或者说是很小,电流将会出现一个很大值,如果不加限制,此值将会有可能点燃现场气氛。熔断丝是一个限流元件,但是熔断丝熔断是需要时间的,从短路发生到熔断丝熔断,现场产生的短路电流可能已经有足够的时间点燃现场气氛了。另外,安全栅内的熔断丝的额定值,往往超过现场环境在一定电压下允许的最大电流值。因此,安全栅内限流电阻必不可少。在安全栅限流电阻的作用下,现场有可能产生的最大电流值被称为安全栅的最大短路电流值IO,通常最大短路值等于最大开路电压值除以最小限流电阻值。
因此,齐纳安全栅最主要的三个等效元件,限流电阻,齐纳二极管,熔断丝,在齐纳安全栅电路中均担任着不可缺少的角色。