PL202522B1 - Tyrystorowa bariera ochronna iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest tyrystorowa bariera ochronna iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, funkcjonującego w przestrzeni zagrożonej wybuchem, na przykład w obecności gazów lub pary cieczy palnych, zwłaszcza w obiektach przemysłu węglowego i petrochemicznego.

Znana jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 180574, bariera ochronna w postaci czwórnika zaopatrzonego w zaciski wejściowe dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciski wyjściowe dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, pomiędzy które jest włączona dioda Zenera. Pomiędzy pierwszy zacisk wejściowy i pierwszy zacisk wyjściowy jest włączony rezystor pomiarowy, którego jeden koniec rezystora jest połączony z emiterem pierwszego p-n-p tranzystora o bazie dołączonej do kolektora drugiego n-p-n tranzystora. Kolektor pierwszego tranzystora związany jest z bazą drugiego tranzystora, którego emiter jest połączony z bramką tyrystora o anodzie dołączonej do dodatniego zacisku wejś ciowego oraz do katody diody prostowniczej. Katoda tyrystora związana jest z anodą diody prostowniczej, z ujemnym zaciskiem wejściowym i drugim końcem rezystora pomiarowego.

Wadą takiego rozwiązania jest niska niezawodność układu i niespełnienie wymagań normy Dyrektywy Europejskiej 94/9/WE, zwanej ATEX i zharmonizowanych z nią norm. Obecność dwóch niezabezpieczonych tranzystorów jest sprzeczna z wymaganiami normy PN-EN-50020/2004 -Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Wykonanie iskrobezpieczne i., ponieważ te tranzystory nie mogą być zakwalifikowane jako elementy nieuszkadzalne. Ponadto według wymienionej normy wymagane jest potrajanie bariery ochronnej, co w tym przypadku związane jest obniżeniem wartości przekazywanej do obciążenia iskrobezpiecznej mocy oraz ze zmniejszeniem stabilności wyjściowego napięcia. Istotną wadą takiego rozwiązania jest również przegrzewanie tyrystora w stanie zwarcia. Oprócz tego, przy stosowaniu takiej bariery ochronnej do zabezpieczenia obwodu wyjściowego zasilacza iskrobezpiecznego o mocy około 20 W, konieczne jest stosowanie diody Zenera, zabezpieczającej przed wzrostem napięcia o dużej mocy instalowanej na radiatorze.

Znana jest także, na przykład z polskiego opisu patentowego nr (P 359899), bariera ochronna z rezystorem pomiarowym, potrojonym tyrystorem jako elementem wykonawczym dokonującym zwarcia zacisków zasilania chronionego obwodu, z potrójną diodą Zenera, jako elementem zabezpieczenia nadnapięciowego oraz z zabezpieczeniem termicznym, eliminująca wymienione wady.

Rozwiązanie to cechuje się jednak wciąż niską czułością i stosunkowo dużym spadkiem napięcia na rezystorze pomiarowym, zwłaszcza przy większych prądach zasilających.

Tyrystorowa bariera ochronna iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, wykonana w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi dla przyłączenia nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi dla przyłączenia chronionego iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w której pierwszy zacisk wejściowy poprzez bezpiecznik termiczny jest związany z anodami trzech wykonawczych tyrystorów i katodami trzech diod Zenera oraz z pierwszym zaciskiem wyjściowym, a pomiędzy drugim zaciskiem wejściowym i drugim zaciskiem wyjściowym jest włączony element pomiarowy, według wynalazku, ma dodatkowe trzy sterujące tyrystory, których anody są związane z pierwszym zaciskiem wejściowym, a katody są połączone wspólnie między sobą z anodami diod Zenera i poprzez czwarty rezystor związane z bramką pierwszego wykonawczego tyrystora, poprzez piąty rezystor z bramką drugiego wykonawczego tyrystora, poprzez szósty rezystor z bramką trzeciego wykonawczego tyrystora, poprzez siódmy rezystor z drugim zaciskiem wejściowym, a poprzez ósmy rezystor z drugim zaciskiem wyjściowym. Drugi zacisk wyjściowy związany jest poprzez pierwszy rezystor z bramką pierwszego sterującego tyrystora, poprzez drugi rezystor z bramką drugiego sterującego tyrystora, a poprzez trzeci rezystor z bramką trzeciego sterującego tyrystora.

Zastosowanie dodatkowych trzech sterujących tyrystorów, cechujących się małą mocą i małym prądem bramki sterującej, umożliwia zmniejszenie wartości rezystancji i indukcyjności elementu pomiarowego, a tym samym zwiększenie czułości bariery ochronnej według wynalazku i zmniejszenie strat energetycznych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, przedstawiającym układ wewnętrznych połączeń poszczególnych elementów bariery ochronnej.

Tyrystorowa bariera ochronna iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego jest wykonana w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi 1, 2 dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi 3, 4 dla przyłączania chronionego iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego. Pierwszy zacisk wejściowy 1 poprzez bezpiecznik termiczny B związany jest z pierwPL 202 522 B1 szym zaciskiem wyjściowym 3, z anodami dodatkowych trzech sterujących tyrystorów Tj, T2, T3 i trzech wykonawczych tyrystorów T4, T5 i T6 oraz z katodami trzech diod Zenera Dj, D2 i D3. Katody sterujących tyrystorów Tj, T2, T3 i anody diod Zenera Dj, D2 i D3 są wspólne połączone między sobą i poprzez czwarty rezystor R4 związane z bramką pierwszego wykonawczego tyrystora T4, poprzez piąty rezystor R5 z bramką drugiego wykonawczego tyrystora T5, poprzez szósty rezystor R6 z bramką trzeciego wykonawczego tyrystora T6, poprzez siódmy rezystor R7 z drugim zaciskiem wejściowym 2, a poprzez ósmy rezystor R8 z drugim zaciskiem wyjściowym 4. Drugi zacisk wyjściowy 4 poprzez element pomiarowy Zj związany jest z drugim zaciskiem wejściowym 2, poprzez pierwszy rezystor Rj z bramką pierwszego sterującego tyrystora Tj, poprzez drugi rezystor R2 z bramką drugiego sterującego tyrystora T2, a poprzez trzeci rezystor R3 z bramką trzeciego sterującego tyrystora T3.

W stanie normalnej pracy każdy z elementów półprzewodnikowych znajduje się w stanie rozwartym. W chwili powstania zwarcia przyrost prądu w chronionym iskrobezpiecznym obwodzie elektrycznym powoduje wzrost napięcia na elemencie pomiarowym Zj i szybkie wysterowanie jednego z dodatkowych trzech sterujących tyrystorów Tj, T2 lub T3. Otwarcie jednego z tych tyrystorów powoduje wzrost spadku napięcia na siódmym rezystorze R7 i kolejne wysterowanie jednego z wykonawczych tyrystorów T4, T5 lub T6- Otwarcie jednego z tyrystorów T4, T5 lub T6 powoduje zwarcie zacisków wejściowych j i 2, a tym samym odcięcie dopływu prądu do chronionego iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, natomiast wzrost napięcia na wyjściu bariery ochronnej powyżej ustalonej wartości wymusza przebicie jednej z diod Zenera Dj D2 lub D3 co również powoduje szybkie wysterowanie jednego z tyrystorów T4,T5 lub T6 i zwarcie zacisków wejściowych ji 2.

Claims (1)

1. Tyrystorowa bariera ochronna iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, wykonana w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi dla przyłączenia nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi dla przyłączenia chronionego iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w której pierwszy zacisk wejściowy poprzez bezpiecznik termiczny jest związany z anodami trzech wykonawczych tyrystorów i katodami trzech diod Zenera oraz z pierwszym zaciskiem wyjściowym, a pomiędzy drugim zaciskiem wejściowym i drugim zaciskiem wyjściowym jest włączony element pomiarowy, znamienna tym, że ma dodatkowe trzy sterujące tyrystory (Tj T2 i T3), których anody są związane z pierwszym zaciskiem wejściowym (j), a katody są wspólnie połączone między sobą z anodami diod Zenera (Dj D2 D3) i poprzez czwarty rezystor (R4) związane z bramką pierwszego wykonawczego tyrystora (T4), poprzez piąty rezystor (R5) z bramką drugiego wykonawczego tyrystora (T5), poprzez szósty rezystor (R6) z bramką trzeciego wykonawczego tyrystora ΟΧ), poprzez siódmy rezystor (R7) z drugim zaciskiem wejściowym (2), a poprzez ósmy rezystor (R.8) z drugim zaciskiem wyjściowym (4), który poprzez element pomiarowy (Zj) związany jest z drugim zaciskiem wejściowym (2) oraz poprzez pierwszy rezystor (Rj) z bramką pierwszego sterującego tyrystora (Tj), poprzez drugi rezystor (R2) z bramką drugiego sterującego tyrystora (T2), a poprzez trzeci rezystor (R3) z bramką trzeciego sterującego tyrystora (T3).