PL203051B1 - Bariera ochronna z nieliniową charakterystyką wyjściową - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest bariera ochronna z nieliniową charakterystyką wyjściową, do zabezpieczenia iskrobezpiecznych obwodów elektrycznych funkcjonujących w przestrzeniach zagrożonych 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 106542, bariera ochronna w postaci czwórnika zaopatrzonego w zaciski wejściowe dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciski wyjściowe dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego. Pomiędzy zaciski wejściowe i wyjściowe są włączone rezystory ograniczające prąd zwarcia i diody Zenera ograniczające wzrost napięcia na wejściu chronionego obwodu elektrycznego.

Rozwiązanie to cechuje się niską sprawnością elektryczną i niską wartością użytecznej mocy iskrobezpiecznej, która może być przekazana do obciążenia.

Znana jest również, 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, przy czym pomiędzy pierwszy zacisk wejściowy i pierwszy zacisk wyjściowy jest włączony rezystor pomiarowy, którego jeden koniec jest połączony z emiterem pierwszego p-n-p tranzystora, którego baza jest dołączona 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 wejściowego oraz do katody diody prostowniczej, katoda tyrystora związana jest z anodą diody prostowniczej, z ujemnym zaciskiem wejściowym i drugim końcem rezystora pomiarowego.

Układ ten ma niską niezawodność oraz nie spełnia wymagań normy PN-EN-50020/2002 - Urzą dzenia elektryczne w przestrzeniach zagroż onych wybuchem. Wykonanie iskrobezpieczne „i”. Obecność dwóch niezabezpieczonych tranzystorów jest sprzeczna z wymaganiami tej normy, ponieważ nie mogą one być zakwalifikowane jako elementy nieuszkadzalne. Ponadto według wymienionej normy wymagane jest potrajanie bariery ochronnej, co w tym przypadku, związane jest z obniżeniem wartości iskrobezpiecznej mocy, przekazywanej do obciążenia oraz ze zmniejszeniem stabilności wyjściowego napięcia. Istotną wadą takiego rozwiązania jest również przegrzewanie tyrystora w stanie zwarcia.

W barierze ochronnej z nieliniową charakterystyką wyjś ciową , wykonanej w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w której pomiędzy pierwszy zacisk wejściowy i pierwszy zacisk wyjściowy jest włączony rezystor pomiarowy, według wynalazku, drugi zacisk wejściowy poprzez bimetalowy bezpiecznik termiczny jest związany z anodami trzech tyrystorów, katodami trzech diod Zenera i z drugim zaciskiem wyjściowym. Katody wymienionych tyrystorów są wspólnie połączone z pierwszym zaciskiem wejściowym, a bramka pierwszego tyrystora poprzez piąty rezystor jest związana z anodą pierwszej diody Zenera i poprzez pierwszy rezystor z pierwszym zaciskiem wyjściowym, bramka drugiego tyrystora poprzez szósty rezystor jest związana z anodą drugiej diody Zenera i poprzez drugi rezystor z pierwszym zaciskiem wyjściowym, bramka trzeciego tyrystora poprzez siódmy rezystor jest związana z anodą trzeciej diody Zenera i poprzez trzeci rezystor z pierwszym zaciskiem wyjś ciowym. Bimetalowy bezpiecznik termiczny i wspomniane tyrystory są zamontowane na wspólnym metalowym radiatorze.

Bariera ochronna według wynalazku, z rezystorem pomiarowym, z potrojonym tyrystorem, jako elementem wykonawczym dokonującym zwarcia zacisków zasilania chronionego obwodu, z potrojoną diodą Zenera, jako elementem zabezpieczającym przed wzrostem napięcia na wejściu chronionego obwodu elektrycznego, posiadająca nieliniową charakterystykę wyjściową (z „podcięciem”) oraz zabezpieczenie termiczne, cechuje się wysoką niezawodnością i ma prosty schemat elektryczny.

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

Bariera ochronna z nieliniową charakterystyką wyjściową jest wykonana w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi 1, 2 dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi 3, 4 dla przyłączania iskrobezpiecznej części chronionego obwodu elektrycznego. Pomiędzy pierwszy zacisk wejściowy 2 i pierwszy zacisk wyjściowy 4 jest włączony rezystor pomiarowy R4. Drugi zacisk wejściowy 1 poprzez bimetalowy bezpiecznik termiczny B jest związany

PL 203 051 B1 z anodami tyrystorów Ti, T2 i T3, z katodami trzech diod Zenera Di, D₂ i D3 oraz z drugim zaciskiem wyjściowym 3. Katody wymienionych tyrystorów są wspólnie połączone z pierwszym zaciskiem wejściowym 2. Bramka pierwszego tyrystora Ti poprzez piąty rezystor R5 jest związana z anodą pierwszej diody Zenera Di i poprzez pierwszy rezystor Ri z pierwszym zaciskiem wyjściowym 4, bramka drugiego tyrystora T2 poprzez szósty rezystor R6 jest związana z anodą drugiej diody Zenera D? i poprzez drugi rezystor R? z pierwszym zaciskiem wyjściowym 4, bramka trzeciego tyrystora T3 poprzez siódmy rezystor R7 jest związana z anodą trzeciej diody Zenera D3 i poprzez trzeci rezystor R3 z pierwszym zaciskiem wyjściowym 4. Wspomniane tyrystory i bezpiecznik termiczny B są zmontowane na radiatorze Ra w postaci płytki metalowej.

W stanie normalnej pracy każdy z tyrystorów Ti, T2 i T3 jest rozwarty. Przy powstaniu zwarcia w chronionym obwodzie spadek napięcia na rezystorze pomiarowym R4 przekracza ustaloną wartość, co powoduje szybkie wysterowanie jednego z wymienionych tyrystorów. Załączenie jednego z tyrystorów powoduje zwarcie zacisków wejściowych i i 2, a tym samym odcięcie dopływu prądu do części iskrobezpiecznej obwodu elektrycznego. Nagrzewanie jednego z tyrystorów w stanie zwarcia powoduje wzrost temperatury radiatora Ra. Po przekroczeniu temperatury radiatora Ra o ustalonej wartości zadziała bimetalowy bezpiecznik termiczny B i odłączy źródło zasilania od bariery ochronnej, natomiast wzrost napięcia na wyjściu bariery ochronnej powyżej ustalonej wartości wymusi przebicie jednej z diod Zenera Di, D? lub D3, co z kolei powoduje szybkie wysterowanie odpowiedniego tyrystora.

Claims (1)

1. Bariera ochronna z nieliniową charakterystyką wyjściową, wykonana w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w której pomiędzy pierwszy zacisk wejściowy i pierwszy zacisk wyjściowy jest włączony rezystor pomiarowy, znamienna tym, że drugi zacisk wejściowy (i) poprzez bimetalowy bezpiecznik termiczny (B) jest związany z anodami trzech tyrystorów (Ti, T2 i T3), katodami trzech diod Zenera (Di, D₂ i D3) i z drugim zaciskiem wyjściowym (3), katody wymienionych tyrystorów są wspólnie połączone z pierwszym zaciskiem wejściowym (2), a bramka pierwszego tyrystora (Ti) poprzez piąty rezystor (R5) jest związana z anodą pierwszej diody Zenera (Di) i poprzez pierwszy rezystor (Ri) z pierwszym zaciskiem wyjściowym (4), bramka drugiego tyrystora (T?) poprzez szósty rezystor (R6) jest związana z anodą drugiej diody Zenera (D?) i poprzez drugi rezystor (R?) z pierwszym zaciskiem wyjściowym (4), bramka trzeciego tyrystora (T3) poprzez siódmy rezystor (R7) jest związana z anodą trzeciej diody Zenera (D3) i poprzez trzeci rezystor (R3) z pierwszym zaciskiem wyjściowym (4), przy czym bimetalowy bezpiecznik termiczny (B) i wspomniane tyrystory są zamontowane na wspólnym metalowym radiatorze (Ra).