浪涌保护措施在过程控制系统中的应用二注塑机

浪涌保护措施在过程控制系统中的应用（二）

浪涌保护措施在过程控制系统中的应用（二） 2011年12月10日 来源： 2.2 用于本安系统中的浪涌保护器

本安回路中的浪涌保护器件必须符合本安设备的设计和建筑标准，例如，它们要么根据其储能元件和电压产生元件被认证为简单元件，或根据应用环境被认证为满足安全要求。　　一个典型的混和型浪涌保护器件包括一个气体放电管钳制器、串联阻抗和浪涌二极管，或金属氧化压敏电阻，在本安接口控制上被认为是简单元件，因此符合本安应用。在安全区一侧，很多用户和顾问们乐意将SPD提交给国内或国际上的各种独立测试机构进行认证，如EExia，BASEFFA，CSA。这种由第三方权威测试机构作出的结论能给用户们更进一步的保证。　　2.2.1 简单设备　　多年来，IEC和CENELEC标准中对于简单设备的定义是：　　根据制造商提供的指标，设备中无任何器件的参数超过1.2V，0.1A，20μJ，25mW。因而无需进行任何测试和标注。　　这一条款放在本安设备标准中应该是一个更为完善的解释。在美国，同等的定义是，‘非储能，不产生电压的器件。　　这一条款函盖了诸如开关、热电偶、RTD、LED等，并得到广泛的应用，这也是它得到本安系统接受的主要原因。绝大多数Telematic的SPD因被设计成低压直流系统，而被视为简单设备，因而在用于本安回路时无需认证并不影响其安全性。那些通常用于危险领域的设备需要第三方认证为简单设备，主要是因为用户需要这样的文件作为一个附加的保险措施。　　2.2.2 SPD用于本安回路中时在设计上的考虑　　在设计上对SPD的考虑相当于‘开-闭‘-有许多回路方案可供选择，但常常我们并不清楚一个设计到底有多简单;电感可用来降低回路阻抗，电容通常用来提供噪声滤波-通常是不考虑这些器件对能量的存储问题。　　因此应该使用经过本安或隔爆认证的SPD。应该注意的是，SPD自身并非是本安器件，尽管两者在机械和电气性能上有明显的相同点。然而，尽管经过认证的SPD可用于本安回路中，并不是说就可以省去安全栅了。　　2.2.2.1 对控制室一端进行保护　　SPD可以插入本安回路中的任何部分，放在安全栅和现场设备之间。在安全区，通常将它们安装在仪表盘的背面或控制柜中。　　SPD可以直接连接在现场电缆的端子上，这样在许多I/O设计中，可以取代接线端子。　　在安全区，SPD和安全栅在安装上应尽量靠近但不能靠在一起，尽管安装硬件是相同的。　　2.2.2.2 对现场区域的保护:　　在危险区，SPD可以装在防雨、防爆箱中保护附近的多个设备，或者，单个的变送器可以配装各自的防雷保护器。有的变送器厂商为其变送器提供防雷器选件，这类选件通常是在变送器的输入端子上添加MOV或浪涌二极管端子，这种端子的抗浪涌能力通常在1KA左右，低于BS6651和IEEE：C62.41中的标准。效果通常不佳，对于高度暴露环境，最好添加较高品质的专用防雷器，以提高其抗浪涌防护能力。　　2.3 浪涌保护器在本安应用中的接地　　在本安系统中，接地通常被认为是件非常困难的事情。而接地规范看起来却是相当简单的，将SPD插入本安回路对回路不会有什么影响。在应用中使用不同的安全栅应该有不同的考虑，包括SPD的位置。以下是我们应该注意的几个方面：　　a)本安回路中使用隔离栅时的接地　　b)本安回路中使用齐纳式安全栅时的接地　　c)本安回路两端同时使用防雷器时的接地　　2.3.1本安回路中浪涌保护器配合隔离栅时的接地　　隔离的本安接口通常是不需要将接地高度集成在一起的，因此防雷器的接地系统通常按照厂家推荐的方法。但如果隔离栅与一个已经接地了的传感器在一起使用，那么我们应该在回路的两侧都考虑使用防雷器。　　2.3.2 本安回路中浪涌保护器配合齐纳式安全栅的接地　　安全栅应该连接在主电气系统的接地上，或使用专用接地导体(12AWG)连接在等电位系统上，连接阻抗不应超过1欧姆。防雷器也需要有效的接地系统，安装基于安全栅的本安系统时应符合设计人员在接地上的考虑细节要求，同时也把防雷器的接地考虑进去。　　最好的方法是将安全栅和防雷器如图3所示并排安装在一起。　　我们推荐的包含安全栅和防雷器的本安回路的接地系统　　根据这些要求，可以满足本安和防雷器的接地需要，而不会相互影响。需要注意的是，应将控制系统和主电气系统之间的接地连接移走。否则，将会多出一条并联路径，浪涌可能会因此通过I/O系统，而这正是安装浪涌保护器所要防止的。　　2.3.3 本安回路的两端同时安装浪涌保护器时的接地　　如果在本安回路的两端都使用浪涌保护器时，可以采用两个间接的回路接地。本安系统中的安全栅在安装上通常要求整个回路能经受500V的隔离测试(除了规定的端点)。如果传感器在连接时已经接地了，那么隔离栅也就确定了。由于SPD的工作方式不一样，它不能承受500V的隔离测试，因而在回路端口上安装 SPD从某种意义上讲背离了本安的安装要求。　 对于多点接地的情况，各个国家有自己的观点。在英国，通常采用等电位连接的方法。在德国，也采用近似的方法，除非公共接地是在工厂的等电位网络上。在美国，多点接地是允许的，尽管用户们有时可能会遇到接地回路串扰的问题。　　国际电工委员会工作组通过工作实践得出来的，SPD工作起来，象一个经过精心设计，在承受过压的情况下可以自动断开和重新恢复的设备。在一些我们无法控制的地方，SPD可以防止危险的火花产生。如果10KA的浪涌或10KV的瞬间过电压进入工厂，与其让它在一个我们不知道的地方打出火花，还不如采用一个可靠的方式将其泄入地下。IEC60079：14第四部分记录了IEC协调各种标准后得到的结果。　　2.4 IEC79-14和浪涌保护　　在IEC79：14记录了协调各种标准后的最新成果。在6.5节，建议应该采用防雷保护的国家标准(在英国，是BS6651:1992)，12.2.4节中专门论述了本安回路的接地。图4对于齐纳式安全栅的接地也有指导意义。　　IEC79-14中的12.2.4节是这样论述的:　　"在本安回路中，无隔离栅时，安全栅(如，齐纳式安全栅)的接地端子应该是这样的：　　1)通过尽可能短的途径接在等电势系统上　　2)对于TN：S系统而言，应连接在一个公共接地端上，并确保从连接点到主电源地极的阻抗不高于1欧姆。还可以连接在电源开关室的地极上或使用单独的接地柱。地线应绝缘，以防金属件上的大电流通过地线侵入(如，控制机柜)。　　有两点需要我们注意：　　a)齐纳式安全栅的接地必须连接到电气星型接点上，使用阻抗不超过1欧姆的接地导体。　　b)接地导体应该作绝缘处理，以防带入误电流。　　另外，这一部分专门推荐了采用浪涌保护器：　　"如果部分本安回路安装在0区，各种设备之间可能会产生较高的电势差，这对于精密设备是非常危险的。例如，来自大气中的放电。在信号电缆连接的设备一端采用浪涌保护器是非常可行的方法，距离最好是在1米以内。例如，在易燃液体存储罐附近，石化行业的液体处理工厂和蒸馏车间。危险的高电势差常常会出现在厂内或暴露的设备上。这种危险是不能通过安装地线来解决的。　　2.5 结论　　本文的结论是，用户通过在自己的本安系统中采用经过本安认证的浪涌保护器可以为人员、设备和生产带来一个更为安全的环境。

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