CS266747B1

CS266747B1 - Connection of electronic source protection for power supply of intrinsically safe circuits

Info

Publication number: CS266747B1
Application number: CS873900A
Authority: CS
Inventors: Vladislav Ing Bakoncik; Jaroslav Ing Hruby; Gunter Rinka; Zdenek Ing Kuchta
Original assignee: Bakoncik Vladislaw; Jaroslav Ing Hruby; Gunter Rinka; Kuchta Zdenek
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1990-01-12
Also published as: CS390087A1

Abstract

Zapojení umožňuje aplikaci elektronických zařízení v prostředí s výskytem výbušných směsí plynů a par, nebot v havarijních situacích zajistí časové omezení dodávky energie do jiskrově bezpečných obvodů, čímž se zamezí iniciaci výbušné směsi. Ke vstupu je do jedné napájecí větve zapojen odpojovač a s ním do série první a druhý stabilizátory napětí s proudovým omezením a do druhé napájecí větve do série zapojené první a druhý snímač mezního proudu, přičemž první a druhý stabilizátory napětí s proudovým omezením jsou připojeny k prvnímu a druhému hlídacímu obvodu stabilizátoru a k prvnímu a druhému obvodu pro sledování a vyhodnocování provozních stavů s prvními a druhými výstupy pro dálkové sledování elektronické ochrany, přičemž první obvod pro sledování a vyhodnocováni provozních stavů je také spojen s odpojovačem. Paralelně k výstupu je zapojena napětová ochrana a zkratovací obvod. Odpojovač je propojen s prvním a druhým hlídacími obvody stabilizátorů a s prvním snímačem mezního proudu, kdežto zkratovací obvod je propojen s druhým snímačem mezního proudu.The connection allows the application of electronic devices in environments with explosive mixtures of gases and vapors, since in emergency situations it ensures a time limit on the supply of energy to intrinsically safe circuits, thereby preventing the initiation of an explosive mixture. A disconnector is connected to the input in one supply branch and with it in series the first and second voltage stabilizers with current limitation and in the second supply branch the first and second limit current sensor are connected in series, while the first and second voltage stabilizers with current limitation are connected to the first and second monitoring circuit of the stabilizer and to the first and second circuit for monitoring and evaluating operating states with the first and second outputs for remote monitoring of electronic protection, while the first circuit for monitoring and evaluating operating states is also connected to the disconnector. In parallel to the output is connected voltage protection and a short circuit. The disconnector is connected to the first and second stabilizer monitoring circuits and to the first current limit sensor, while the short-circuiting circuit is connected to the second current limit sensor.

Description

Vynález se týká zapojení elektronické ochrany zdroje pro napájení jiskrově bezpečných obvodů.The invention relates to the circuit protection of an electronic power supply for the supply of intrinsically safe circuits.

Aplikace elektronických zařízení v prostředí s výskytem výbušných směsí hořlavých plynů a par je možná pouze v těch případech, kdy je preventivními prostředky vyloučen vznik nebezpečných situací. U slaboproudých zařízení bývá zvykem chránit elektrická zařízení jiskrově bezpečným provedením spočívajícím v omezení energie, která je nahromaděna v exponovaných obvodech. Pro nastavení režimů je nepříznivá současná praxe, využívající pasivních omezovačích prvků, neboř dochází k závislosti parametrů obvodů na odběru proudu. Navíc není možné stávajícími technickými prostředky dosáhnout zvýšených výkonů, potřebných pro napájení rozsáhlejších elektrických soustav v jiskrově bezpečném provedení. Řešením situace není použití známých elektronických ochran, neboř tyto nejsou schopny zajistit požadovanou úroveň bezpečnosti ve smyslu požadavků závazných předpisů, vycházejících z omezené spolehlivosti elektronických prvků, z náročných pracovních podmínek v agresivním prostředí a z ohrožení ochrany při působení vnějších vlivů. Těmto problémům nelze čelit ani zdvojením elektronických ochran, neboř působením většiny vlivů dochází k degradaci a vyřazení celého systému ochrany. ’The application of electronic devices in an environment with the presence of explosive mixtures of flammable gases and vapors is possible only in those cases where the emergence of dangerous situations is prevented by preventive means. In low-current devices, it is customary to protect electrical devices with an intrinsically safe design by reducing the energy that is accumulated in the exposed circuits. The current practice, using passive limiting elements, is unfavorable for setting the modes, because the parameters of the circuits depend on the current consumption. In addition, it is not possible with existing technical means to achieve the increased power required to power larger electrical systems in an intrinsically safe design. The solution to the situation is not the use of known electronic protections, as they are not able to ensure the required level of safety in terms of mandatory regulations, based on limited reliability of electronic components, demanding working conditions in aggressive environments and threats to protection from external influences. These problems cannot be faced even by the duplication of electronic protections, as the influence of most influences leads to the degradation and elimination of the entire protection system. ’

Uvedené nedostatky řeší zapojení elektronické ochrany zdroje pro napájení jiskrově bezpečných obvodů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ke vstupu v první napájecí větvi jsou do série zapojeny odpojovač, první a druhý stabilizátor napětí s proudovým omezením, které jsou připojeny k prvnímu hlídacímu obvodu stabilizátoru a k druhému hlídacímu obvodu stabilizátoru, jejichž výstupy jsou připojeny na odpojovač a současně první stabilizátor napětí s proudovým omezením je připojen k prvnímu obvodu pro sledování a vyhodnocování provozních stavů, jenž je připojen k odpojovači a druhý stabilizátor napětí s proudovým omezením je připojen k druhému obvodu pro sledování a vyhodnocování provozních stavů s prvním a druhým výstupem pro dálkové sledování elektronické ochrany, v druhé napájecí větvi jsou do série zapojeny první a druhý snímač mezního proudu, výstup prvního snímače mezního proudu je připojen k odpojovači a výstup druhého snímače mezního proudu je připojen ke zkratovacímu obvodu, přičemž mezi první a druhou napájecí větvi paralelně k výstupu jsou připojeny napěřová ochrana a zkratovací obvod.These shortcomings are solved by the connection of electronic protection of the power supply for intrinsically safe circuits according to the invention, the essence of which lies in the fact that disconnectors, first and second voltage regulators with current limitation are connected in series to the input in the first supply branch and connected to the first monitoring circuit. stabilizer and a second stabilizer monitoring circuit, the outputs of which are connected to the disconnector and at the same time the first current-limiting voltage stabilizer is connected to the first circuit for monitoring and evaluating operating conditions, which is connected to the disconnector and the second current-limiting voltage stabilizer is connected to the second circuit for monitoring and evaluation of operating states with first and second output for remote monitoring of electronic protection, in the second supply branch the first and second current sensors are connected in series, the output of the first current sensor is connected to the disconnector and the output of the second current sensor is connected to short-circuit ob water, while a voltage protection and a short-circuit are connected between the first and second supply branches parallel to the output.

Výhodou zapojení podle vynálezu je omezení napětí a proudu v obou napájecích větvích a rychlým přerušením dodávky elektrické energie do jiskrově bezpečného systému, který je připojen k výstupu elektronické ochrany. Při zásadní změně provozního režimu, například zkrat v napájecím vedení, nežádoucí zvýšení odběru elektrické energie a podobně je zajištěno nejen rychlé odpojení výstupních okruhů v důsledku vybuzení odpojovače snímačem mezního proudu, zároveň hlídacími obvody stabilizátorů a také obvodem sledování a vyhodnocování provozních stavů, ale také zkratování napájecích okruhů zkratovacím obvodem v důsledku jeho vybuzení snímačem mezního proudu; obě opatření znamenají časové omezení dodávky energie do jiskrově bezpečných obvodů, což je důležité především v havarijních situacích, které by jinak mohly vést k uvolnění nepřípustného množství energie v prostředí s nebezpečím výbuchu s následnou iniciací výbušné směsi. Použité hlídací obvody stabilizátoru navíc uskutečňují důležitou funkci pro zajištění bezpečnosti provozu - uplatní se rovněž při poruše stabilizátorů napětí s proudovým omezením. Každá závažná porucha jak vnějšího jiskrově bezpečného systému, tak i porucha limitujících elektronických bloků vede k odpojení jiskrově bezpečného systému a ke zkratování napájecích okruhů. Proti působení vnějších vlivů, například indukované napěřové špičky, elektrostatické výboje atd. je na výstup zapojena napěřová ochrana, jejímž úkolem je vyloučit poškození funkčních bloků elektronické ochrany zdroje pro napájení jiskrově bezpečných obvodů. Zdvojení omezovačů a snímačů v obou větvích elektronické ochrany je aktivním opatřením pro zajištění bezpečnosti při výskytu poruch v jakémkoliv bloku zapojení způsobených vnějšími nebo vnitřními vlivy. Pro uplatnění ve složitých jiskrově bezpečných systémech, kde je problematika správného přívodu energie záležitostí nejen komplexní spolehlivosti, ale i bezpečnosti provozu, je důležitá aplikace obvodů sledování a vyhodnocování provozních stavů, odvozených od parametrů stabilizátorů napětí s proudovým omezením. Výstupy obvodů sledování a vyhodnocování provozních stavů mohou být využíványThe advantage of the circuit according to the invention is the limitation of voltage and current in both supply branches and the rapid interruption of the power supply to the intrinsically safe system which is connected to the output of the electronic protection. In the event of a fundamental change in operating mode, such as a short circuit in the supply line, undesired increase in power consumption and the like, not only fast disconnection of output circuits due to excitation of the disconnector by limit sensor, stabilizer monitoring circuits supply circuits by a short-circuit circuit due to its excitation by a current limit sensor; Both measures mean a time limitation of the supply of energy to intrinsically safe circuits, which is important especially in emergency situations that could otherwise lead to the release of an unacceptable amount of energy in an explosive atmosphere with the subsequent initiation of an explosive mixture. In addition, the stabilizer monitoring circuits used perform an important function to ensure safe operation - they can also be used in the event of a current-limiting voltage regulator failure. Any serious failure of both the external intrinsically safe system and the failure of the limiting electronic blocks leads to disconnection of the intrinsically safe system and short-circuiting of the supply circuits. Against the effects of external influences, such as induced voltage peaks, electrostatic discharges, etc., a voltage protection is connected to the output, the task of which is to prevent damage to the functional blocks of the electronic protection of the power supply for intrinsically safe circuits. Duplication of limiters and sensors in both branches of electronic protection is an active measure to ensure safety in the event of faults in any circuit block caused by external or internal influences. For application in complex intrinsically safe systems, where the issue of proper power supply is not only a matter of complex reliability, but also operational safety, it is important to apply circuits for monitoring and evaluating operating conditions, derived from the parameters of voltage regulators with current limitation. The outputs of the monitoring and evaluation circuits of operating states can be used

CS 266 747 Bl 3 pro dálkové sledování ochrany s využitím pro prognostické účely, rychlé odstraňování poruchových stavů atd.CS 266 747 Bl 3 for remote monitoring of protection used for prognostic purposes, rapid elimination of fault conditions, etc.

Na přiloženém výkresu je znázorněno blokové schéma zapojení elektronické ochrany zdroje pro napájení jiskrově bezpečných obvodů. Ke vstupu £ je do jedné větve zapojen odpojovač 2 a s ním do série první a druhý stabilizátory £, 3' napětí s proudovým omezením a do druhé napájecí větve do série zapojené první a druhý snímače £, 4' mezního proudu, přičemž první a druhý stabilizátory £, 3' napětí s proudovým omezením jsou připojeny k prvnímu a druhému.hlídacím obvodům 5, 5' stabilizátoru a k prvnímu a druhému obvodu £, 6' pro sledování a vyhodnocování provozních stavů s prvními a druhými výstupy £, 7' pro dálkové sledování elektronické ochrany, přičemž první obvod 6 pro sledování a vyhodnocování provozních stavů je také spojen s odpojovačem 2. Paralelně k výstupu £ je zapojena napěťová ochrana £ a zkratovací obvod £0. Odpojovač 2; je propojen s prvním a druhým hlídacími obvody 5, 5' stabilizátorů a prvním snímačem £ mezního proudu, kdežto zkratovací obvod 10 je propojen s druhým snímačem 4' mezního proudu.The attached drawing shows a block diagram of the electronic protection of the power supply for powering intrinsically safe circuits. A disconnector 2 is connected to the input £ in one branch and with it the first and second current-limiting voltage stabilizers £, 3 'in series and the first and second current limit sensors 6, 4' connected in series to the second supply branch, the first and second stabilizers The current-limited voltages 6, 3 'are connected to the first and second stabilizer monitoring circuits 5, 5' and to the first and second circuits 6, 6 'for monitoring and evaluating operating states with the first and second outputs 6, 7' for remote electronic monitoring. protection, wherein the first circuit 6 for monitoring and evaluating the operating states is also connected to the disconnector 2. A voltage protection £ and a short-circuit circuit £ 0 are connected in parallel to the output £. Disconnector 2; is connected to the first and second monitoring circuits 5, 5 'of the stabilizers and the first current limit sensor 6, while the short-circuit circuit 10 is connected to the second current limit sensor 4'.

Elektrická energie je přiváděna ze vstupu £ a přes odpojovač £. První a druhý stabilizátor £, 3' napětí s proudovým omezením zajišťují stabilizaci napětí na výstupu £, přičemž velikost odebíraného proudu je omezována na hodnotu, která nemůže při daném napětí vyvolat iniciaci výbušné směsi. I v případě poruchy jednoho stabilizátoru s proudovým omezením jsou bezpečnost i funkční způsobilost elektronické ochrany zdroje podle vynálezu zachovány působností druhého stabilizátoru s proudovým omezením. Taková porucha je však vyhodnocena prvním event, druhým hlídacím obvodem £, 5~ stabilizátoru, což má důsledek v odpojení přívodu el. energie odpojovačem 2. Takový stav je dále obvodem £ nebo 6' pro sledování a vyhodnocování provozních stavů zaznamenán na prvním výstupu £ nebo na druhém výstupu 7' pro dálkové sledování elektronické ochrany. Ve druhé napájecí větvi jsou zapojeny snímače £, 4' mezního proudu, jejichž úkolem je přerušit přívod el. energie pomocí odpojovače 2 při překročení bezpečného proudu a zároveň zkratovacím obvodem 10 zneškodnit energii, nahromaděnou v jiskrově bezpečném obvodě, připojeném k výstupu £. Elektronická ochrana je proti negativnímu působení vnějších vlivů chráněna napěťovou ochranou, takže je vyloučeno poškození elektrických prvků indukovanými napěťovými špičkami. Zapojení elektronické ochrany podle vynálezu zajišťuje tedy dostatečnou úroveň jiskrové bezpečnosti nejen zdvojením omezovačů napětí a proudu, ale také hlídáním jejich správné funkce a nezávislým snímáním mezního proudu s následným odpojením napájecího okruhu a odvedením zbývající energie při poruše event, při překročení bezpečného proudu, přičemž je každá anomálie dálkově indikována a celý systém je chráněn proti vnějšímu působení. Tím je zajištěna bezpečnost provozu i při omezené spolehlivosti elektronických součástí v podmínkách reálného provozu. Elektrická energie, dodávaná do jiskrově bezpečného provozu, je v důsledku výsledné charakteristiky zapojení a rychlého vyhodnocování mezních hodnot napětí či proudů s odpínáním či zkratováním okruhu podstatně vyšší nežli u dřívějších zapojení, což je přínosem pro realizaci složitějších jiskrově bezpečných systémů s rozvětvenými okruhy.Electrical energy is supplied from input £ and via disconnector £. The first and second voltage-limiting voltage stabilizers £, 3 'stabilize the voltage at the output £, the magnitude of the current drawn being limited to a value which cannot cause the initiation of an explosive mixture at a given voltage. Even in the event of a failure of one current-limiting stabilizer, the safety and functional capability of the electronic protection of the source according to the invention are maintained by the action of the second current-limiting stabilizer. However, such a fault is evaluated by the first event, the second monitoring circuit £, 5 ~ of the stabilizer, which results in the disconnection of the power supply. energy by the disconnector 2. Such a state is further recorded by the circuit e or 6 'for monitoring and evaluating the operating states at the first output 6 or at the second output 7' for remote monitoring of the electronic protection. In the second supply branch, limit current sensors £, 4 'are connected, the task of which is to interrupt the power supply. energy by means of the disconnector 2 when the safe current is exceeded and at the same time to neutralize by the short-circuit circuit 10 the energy accumulated in the intrinsically safe circuit connected to the output 6. The electronic protection is protected against the negative effects of external influences by voltage protection, so that damage to electrical elements induced by voltage peaks is excluded. The connection of the electronic protection according to the invention thus ensures a sufficient level of intrinsic safety not only by doubling the voltage and current limiters, but also by monitoring their correct function and independent sensing of the current limit with subsequent disconnection of the power supply circuit. anomalies are remotely indicated and the entire system is protected against external influences. This ensures operational safety even with limited reliability of electronic components in real operating conditions. Due to the resulting connection characteristics and rapid evaluation of voltage or current limits with circuit disconnection or short-circuiting, the electrical energy supplied to intrinsically safe operation is significantly higher than with previous connections, which is beneficial for the implementation of more complex intrinsically safe systems with branched circuits.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Connection of electronic protection of the power supply for intrinsically safe circuits using a disconnector, voltage-limiting voltage regulators, voltage protection and short-circuit circuit characterized in that disconnectors (2), first and second are connected in series to the input (1) in the first supply branch current-limiting voltage regulators (3, 3) which are connected to the first stabilizer monitoring circuit (5) and to the second stabilizer monitoring circuit (5 '), the outputs of which are connected to the disconnector (2) and at the same time the first voltage stabilizer (3) with current limitation is connected to the first circuit (6) for monitoring and evaluation of operating states, which is connected to the disconnector (2) and the second voltage regulator (3) with current limitation is connected to the second circuit (6 ') for monitoring and evaluation of operating states with first and second output (7, 7 '), for remote monitoring of electronic protection, in the second supply branch the first and second limit current sensors (4, 4') are connected in series, the output of the first The current limit sensor (4) is connected to the disconnector (2) and the output of the other