PL205594B1 - Elektroniczny zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektroniczny zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, funkcjonującego w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, to znaczy w obecności gazów lub par cieczy palnych, zwłaszcza w obiektach przemysłu węglowego i petrochemicznego.

Znana jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 180 574, 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 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 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 PN-EN-50020/2002 - Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Wykonanie iskrobezpieczne i. Obecność dwóch niezabezpieczonych tranzystorów jest sprzeczna z wymaganiami tej normy, ponieważ te tranzystory nie mogą być zakwalifikowane jako elementy nieuszkadzalne. Ponadto według wymienionej normy wymagane jest potrajanie bariery ochronnej, co w tym przypadku wiązało by się 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. 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 również, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 203 051 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 elementów półprzewodnikowych w stanie awaryjnym za pomocą bezpiecznika topikowego, eliminująca wymienione wady.

Takie rozwiązanie bariery ochronnej cechuje się jednak wciąż niską czułością i stosunkowo dużym spadkiem napięcia na rezystorze pomiarowym, zwłaszcza przy większych prądach zasilających.

Ponadto znany jest, na przykład z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr 378 105 zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego o parametrach rozłożonych, wykonany w postaci czwórnika, zawierający zaciski wejściowe dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciski wyjściowe dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego. Pierwszy zacisk wejściowy, poprzez bezpiecznik topikowy, związany jest z pierwszym wejściem układu zabezpieczenia przed zmianą polaryzacji wejściowego napięcia zasilania, którego drugie wejście jest związane z drugim zaciskiem wejściowym. Pierwsze wyjście o polaryzacji dodatniej związane jest z pierwszym wejściem układu kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, a drugie wyjście o polaryzacji ujemnej związane jest z drugim wejściem tego układu. Pierwsze wyjście, wspólnie z pierwszym zaciskiem wyjściowym, tworzą szynę zasilającą o dodatniej polaryzacji, a pierwsze i drugie wyjście są związane poprzez potrojony klucz zwierający. Pierwszy i drugi zacisk wyjściowy są zbocznikowane za pomocą potrojonego układu zabezpieczenia nadnapięciowego. Drugie wyjście układu kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, poprzez szeregowo połączone pierwotne uzwojenie transformatora i rezystor pomiarowy, jest związane z drugim zaciskiem wyjściowym, a wtórne uzwojenie tego transformatora podłączone jest do wejścia prostownika, którego dodatni biegun wejściowy podłączony jest do wejść sterujących potrojonego klucza zwierającego, a ujemny biegun wyjściowy podłączony jest do drugiego wyjścia układu kształtowania łagodnego wzrostu napięcia.

Wspólną wadą wyżej wymienionych rozwiązań jest to, że nie zapewniają one iskrobezpieczeństwa obwodu elektrycznego przy spadku napięcia wejściowego poniżej IV. Przy dużych, pod względem iskrobezpieczeństwa, prądach zasilających opornik pomiarowy w każdej z tych barier posiada małą wartość, na przykład przy prądzie wyjściowym 2A wartość rezystora pomiarowego mieści się w zakresie 0,25-0,35Ω. Przy napięciu na wejściu zespołu ochronnego poniżej IV tyrystory ochronne, zwierające biegun dodatni i ujemny zasilania, nie mogą dokonać zwarcia zasilania, zwłaszcza przy ujemnej temperaturze pracy. Ponadto powstaje tryb pracy, dla którego prąd wyjściowy w obwodzie

PL 205 594 B1 chronionym jest ograniczony tylko rezystorem pomiarowym tyrystorowego układu zabezpieczenia nadprądowego, a przy tym prąd wyjściowy może przewyższać, pod względem iskrobezpieczeństwa, wartość dopuszczalną.

W elektronicznym zespole ochronnym iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, wykonanym w postaci czwórnika, zawierającym zaciski wejściowe dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciski wyjściowe dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w którym pierwszy zacisk wejś ciowy, poprzez bezpiecznik topikowy, zwią zany jest z pierwszym wejściem układu zabezpieczenia przed zmianą polaryzacji wejściowego napięcia zasilania, którego drugie wejście jest związane z drugim zaciskiem wejściowym, pierwsze wyjście o polaryzacji dodatniej związane jest z pierwszym wejściem układu kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, a drugie wyjście o polaryzacji ujemnej związane jest z drugim wejściem tego układu, którego pierwsze wyjście, wspólnie z pierwszym zaciskiem wyjściowym, tworzą szynę zasilającą o dodatniej polaryzacji, a pierwsze i drugie wyjście są związane poprzez potrojony klucz zwierający oraz w którym pierwszy i drugi zacisk wyjściowy są zbocznikowane za pomocą potrojonego układu zabezpieczenia nadnapięciowego, według wynalazku, szyna zasilająca o dodatniej polaryzacji pomiędzy punktem podłączenia potrojonego klucza zwierającego a punktem podłączenia potrojonego układu zabezpieczenia nadnapięciowego jest rozdzielona za pomocą potrojonej diody prostowniczej, włączonej w kierunku przewodzenia.

Zespół ochronny według wynalazku usuwa powyższe wady i niedogodności, a ponadto zapewnia większe bezpieczeństwo funkcjonowania oraz większą wartość iskrobezpiecznej mocy przekazywanej do obciążenia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, przedstawiającym schemat strukturalny zespołu ochronnego iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego o parametrach rozłożonych.

Elektroniczny zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, wykonany w postaci czwórnika, zawiera zaciski wejściowe 1, 2 dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciski wyjściowe 3, 4 dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego. Pierwszy zacisk wejściowy 1, poprzez bezpiecznik topikowy 5, związany jest z pierwszym wejściem układu 6 zabezpieczenia przed zmianą polaryzacji wejściowego napięcia zasilania, którego drugie wejście jest związane z drugim zaciskiem wejściowym 2, a pierwsze wyjście o polaryzacji dodatniej związane jest z pierwszym wejś ciem ukł adu 7 kształ towania ł agodnego wzrostu napię cia, natomiast drugie wyjś cie o polaryzacji ujemnej zwią zane jest z drugim wejś ciem tego ukł adu 7. Pierwsze wyjś cie ukł adu 7 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, poprzez potrojoną diodę prostowniczą Schottkyego 8, 9 i 10 związane jest z pierwszym zaciskiem wyjściowym 3, tworząc szynę zasilającą o dodatniej polaryzacji, a jego drugie wyjście, poprzez rezystor pomiarowy 11, jest związane z drugim zaciskiem wyjściowym 4. Pierwsze i drugie wyjście układu 7 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia są związane poprzez potrojony klucz zwierający 12, 13 i 14, a dodatni i ujemny zacisk wyjściowy 3, 4 są związane poprzez potrojony układ 15, 16 i 17 zabezpieczenia nadnapięciowego. Wejścia sterujące potrojonego klucza zwierającego 12, 13 i 14 związane są z drugim zaciskiem wyjściowym 4.

Zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego działa w sposób następujący. Przy podłączeniu napięcia do zacisków wejściowych 1 i 2 o odpowiedniej polaryzacji na wyjściu układu 7 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, napięcie zacznie wzrastać do wartości wejściowej. W przypadku obecności zwarcia w obwodzie chronionym spadek napięcia na rezystorze pomiarowym 11 powoduje zadziałanie jednego z wymienionych kluczy, co zapewnia blokadę dostarczenia zasilania do uszkodzonego obwodu elektrycznego. W przypadku, kiedy chroniony obwód elektryczny posiada parametry znamionowe, na zaciskach wyjściowych 3 i 4 zespołu ochronnego ustawia się napięcie równe wartości wejściowej oraz prąd o ustalonym natężeniu. Przy powstaniu zwarcia w chronionym obwodzie spadek napięcia na rezystorze pomiarowym 11 przekroczy ustaloną wartość, co powoduje szybkie wysterowanie jednego z wymienionych tyrystorów. Załączenie jednego z tyrystorów powoduje zwarcie zacisków wejściowych 1 i 2, a tym samym odcięcie dopływu prądu do części iskrobezpiecznej obwodu elektrycznego. Przed zwiększeniem napięcia wyjściowego powyżej wartości ustalonej chroni potrojony układ 15, 16 i 17 zabezpieczenia nadnapięciowego. W przypadku spadku napięcia wyjściowego poniżej wartości IV, prąd wyjściowy będzie ograniczany do wartości iskrobezpiecznej dzięki nieliniowej charakterystyce napięciowo-prądowej potrojonej diody prostowniczej Schottkyego 8, 9 i 10.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Elektroniczny zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, wykonany w postaci czwórnika, zawierający zaciski wejściowe dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciski wyjściowe dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w którym pierwszy zacisk wejściowy poprzez bezpiecznik topikowy związany jest z pierwszym wejściem układu zabezpieczenia przed zmianą polaryzacji wejściowego napięcia zasilania, którego drugie wejście jest związane z drugim zaciskiem wejściowym, pierwsze wyjście o polaryzacji dodatniej związane jest z pierwszym wejś ciem ukł adu kształ towania ł agodnego wzrostu napię cia, a drugie wyjście o polaryzacji ujemnej związane jest z drugim wejściem tego układu, którego pierwsze wyjście, wspólnie z pierwszym zaciskiem wyjściowym, tworzą szynę zasilającą o dodatniej polaryzacji, drugie wyjście poprzez rezystor pomiarowy związane jest z drugim zaciskiem wyjściowym, a pierwsze i drugie wyjście są związane poprzez potrojony klucz zwierający oraz w którym pierwszy i drugi zacisk wyjściowy są zbocznikowane za pomocą potrojonego układu zabezpieczenia nadnapięciowego, znamienny tym, że szyna zasilająca o dodatniej polaryzacji pomiędzy punktem podłączenia potrojonego klucza zwierającego a punktem podłączenia potrojonego układu zabezpieczenia nadnapięciowego jest rozdzielona za pomocą potrojonej diody prostowniczej (8, 9 i 10), włączonej w kierunku przewodzenia.