PL205595B1 - Zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego o parametrach rozłożonych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego o parametrach rozłożonych, na przykład torów przewodowych, wykorzystywanych do zdalnego zasilania urządzeń elektronicznych funkcjonujących 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 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, której rozwiązanie ideowe polega na stosowaniu potrojonego bocznika (zwiernika), w postaci klucza elektronicznego opartego na wykorzystaniu tyrystora lub tranzystora jako elementu wykonawczego, zwierającego dodatni i ujemny biegun zasilania. Zadziałanie jednego z kluczy następuje po przekroczeniu granicznej wartości prądu w obwodzie chronionym, o którego wartości decyduje spadek napięcia na rezystorze pomiarowym, włączonym pomiędzy zaciskiem wejściowym i wyjściowym. Wadą takiego rozwiązania jest niska niezawodność układu i niespełnienie wymagań normy PN-EN-50020/2005 - Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Wykonanie iskrobezpieczne „i. Obecność dwóch niezabezpieczonych tranzystorów jest sprzeczna z wymaganiami tej normy, ponieważ nie mogą one być zakwalifikowane jako elementy nieuszkadzalne. Z kolei, według wymienionej normy, wymagane jest potrajanie elementów półprzewodnikowych bariery ochronnej odpowiedzialnych za iskrobezpieczeństwo obwodu chronionego. Istotnymi wadami takiego rozwiązania jest również przegrzewanie tyrystora w stanie zwarcia oraz niska stabilność wyjściowego napięcia. Oprócz tego, przy stosowaniu takiej bariery ochronnej do zabezpieczenia obwodu wyjściowego zasilacza iskrobezpiecznego o mocy około 20W, konieczne jest stosowanie diody Zenera, zabezpieczającej przed wzrostem napięcia, o dużej mocy instalowanej na radiatorze.

Ponadto znana jest, 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.

Wspólną wadą wyżej wymienionych rozwiązań jest to, że nie zapewniają one szybkiej blokady energetycznej w przypadku powstania komutacji awaryjnej w obciążeniu wskutek opóźnienia sygnału sterującego wnoszonego przez linię przesyłową, ponieważ zadziałanie tych barier następuje w chwili przekroczenia natężenia prądu wartości ustalonej w obwodzie chronionym.

Rozwiązanie układu ochronnego iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, znane z opisu patentowego 203 594, eliminuje tę wadę ale tylko w przypadku powstania zwarcia w obwodzie chronionym.

W zespole ochronnym iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego o parametrach rozł o ż onych, 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 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 wejś ciem tego ukł adu, 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, drugie wyjście układu kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, poprzez szeregowo połączone pierwotne uzwojenie transformatora i rezystor pomiarowy, jest związane

PL 205 595 B1 z drugim zaciskiem wyjś ciowym, a wtórne uzwojenie tego transformatora podłączone jest do wejś cia 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.

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

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

Zespół ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego o parametrach rozłożonych, 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 wejściem układu 7 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia natomiast drugie wyjście o polaryzacji ujemnej związane jest z drugim wejściem tego układu 7. Pierwsze wyjście układu 7 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, wspólnie z pierwszym zaciskiem wyjściowym 3, tworzą szynę zasilającą o dodatniej polaryzacji, a jego drugie wyjście, poprzez szeregowo połączone pierwotne uzwojenie transformatora 14 i rezystor pomiarowy 15, jest związane z drugim zaciskiem wyjściowym 4. Pierwsze i drugie wyjście układu 7 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia są związane poprzez potrojony klucz zwierający 8, 9 i 10, a dodatni i ujemny zacisk wyjściowy 3, 4 są związane poprzez potrojony układ 11, 12 i 13 zabezpieczenia nadnapięciowego. Wejścia sterujące kluczy zwierających 8, 9 i 10 związane są z dodatnim biegunem prostownika 16, którego ujemny biegun związany jest z drugim wyjściem układu 7 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia. Wejście prostownika 16 związane jest z wtórnym uzwojeniem transformatora 14.

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. Szybkość wzrostu napięcia wybiera się tak, aby wartość napięcia indukowana we wtórnym uzwojeniu transformatora 14, a zatem na wyjściu prostownika 16, nie mogła spowodować zadziałania jednego z kluczy zwierających 8, 9 lub 10. W przypadku obecności zwarcia w obwodzie chronionym spadek napięcia na rezystorze 15 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 komutacji awaryjnej w chronionym iskrobezpiecznym obwodzie elektrycznym typu „zwarcie lub „rozwarcie następuje gwałtowna zmiana prądu w tym obwodzie, co powoduje, że we wtórnym uzwojeniu transformatora 14, a zatem na wyjściu prostownika 16, pojawia się napięcie powodujące zadziałanie jednego z kluczy zwierających 8, 9 lub 10. Zadziałanie jednego z wymienionych kluczy powoduje zwarcie zacisków wyjściowych układu 7 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, co zapewnia blokadę dopływu prądu do chronionego obwodu elektrycznego w sposób wyprzedzający, to znaczy przed chwilą powstania jądra zapalenia.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   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, w którym pierwszy zacisk wejś ciowy, 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, którego pierwsze wyjście,

   PL 205 595 B1 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, znamienny tym, że drugie wyjście układu (7) kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, poprzez szeregowo połączone pierwotne uzwojenie transformatora (14) i rezystor pomiarowy (15), jest związane z drugim zaciskiem wyjściowym (4), a wtórne uzwojenie tego transformatora podłączone jest do wejścia prostownika (16), którego dodatni biegun wyjściowy podłączony jest do wejść sterujących potrojonego klucza zwierającego (8, 9 i 10), a ujemny biegun wyjściowy podłączony jest do drugiego wyjścia układu (7) kształtowania łagodnego wzrostu napięcia.