PL207673B1 - Bariera iskrobezpieczeństwa źródła zasilania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest bariera iskrobezpieczeństwa źródła zasilania, zapewniająca poziom bezpieczeństwa przeciwwybuchowego kategorii „i” elektrycznego obwodu wyjściowego tego źródła, dla 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 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 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 - 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. Z kolei, według wymienionej normy wymagane jest potrajanie bariery ochronnej, co w tym przypadku związane jest obniżeniem wartości iskrobezpiecznej mocy, przekazywanej do obciążenia oraz ze zmniejszeniem stabilności napięcia wyjściowego. Istotną wadą takiego rozwiązania jest także 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 zabezpieczającej przed wzrostem napięcia diody Zenera o dużej mocy instalowanej na radiatorze.

Znana jest również, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 203051 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.

Ponadto znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 205594, 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. 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 zabezpieczenie elementów półprzewodnikowych w stanie awaryjnym dokonuje się za pomocą bezpiecznika topikowego. Wykonanie iskrobezpieczne „ia” wymaga stosowania hermetyzacji w celu wykluczenia dostępu atmosfery wybuchowej do elementów i obwodów iskrobezpiecznych, w tym bezpieczników topikowych. Z tej przyczyny bezpiecznik topikowy, z reguły jest hermetyzowany za pomocą masy izolacyjnej, celem zapewnienia ochrony typu „ma według wymagań normy PN-EN-50028 - Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Hermetyzacja masą izolacyjną „m”. Wymiana bezpiecznika jest uciążliwa,

PL 207 673 B1 ponieważ wymaga usunięcia masy izolującej w sposób mechaniczny i ponownej hermetyzacji po wymianie bezpiecznika. Z kolei zadziałanie układu zabezpieczenia nadprądowego lub nadnapięciowego może, na przykład, powstać wskutek pomyłki operatora lub w przypadku stosowania zabezpieczenia nadprądowego z wykorzystaniem pochodnej od wartości prądu, przy nagłej zmianie prądu obciążenia nawet w normowanym zakresie.

W barierze iskrobezpieczeństwa źródła zasilania, wykonanej w postaci czwórnika, zawierającego zaciski wejściowe dla przyłączania źródła zasilania i zaciski wyjściowe dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu wyjściowego, w którym pierwszy zacisk wejściowy poprzez bezpiecznik topikowy związany jest z pierwszym wejściem układu zabezpieczenia przed zmianą polaryzacji wejściowego napięcia zasilania, drugi zacisk wejściowy jest związany bezpośrednio z drugim wejściem tego układu, a jego oba wyj ś cia zwią zane są z wejś ciami ukł adu kształ towania ł agodnego wzrostu napię cia, którego pierwsze wyjście tworzy szynę zasilającą o dodatniej polaryzacji, drugie wyjście tworzy szynę zasilającą o ujemnej polaryzacji, a obie szyny są zbocznikowane przez trzy identyczne równolegle połączone zwierające klucze elektroniczne, według wynalazku, szyna zasilająca o dodatniej polaryzacji związana jest z pierwszym wejściem czujnika prądu i napięcia, a szyna zasilająca o ujemnej polaryzacji związana jest z drugim wejściem tego czujnika, którego wyjścia tworzą zaciski wyjściowe bariery. Trzecie, sterujące wyjście czujnika prądu i napięcia jest związane z wejściem sterującym każdego ze zwierających kluczy elektronicznych, których wyjścia sterujące są związane z wejściem sterującym rozwierającego klucza elektronicznego, włączonego pomiędzy układem zabezpieczenia przed zmianą polaryzacji wejściowego napięcia a układem kształtowania łagodnego wzrostu napięcia. Zwierające klucze elektroniczne stanowią jednocześnie element wykonawczy dla nadprądowego i nadnapięciowego zabezpieczenia.

Włączenie pomiędzy bezpiecznikiem topikowym a układem kształtowania łagodnego wzrostu napięcia klucza elektronicznego rozwierającego obwód wyjściowy źródła zasilania po zadziałaniu jednego z trzech zwierających kluczy elektronicznych oraz wykorzystanie tych kluczy jako wspólnego elementu wykonawczego w zabezpieczeniu nadprądowym i nadnapięciowym w barierze iskrobezpieczeństwa według wynalazku, usuwa powyższe wady i niedogodności, a ponadto zapewnia większe bezpieczeństwo funkcjonowania i dogodność eksploatacyjną.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, przedstawiającym schemat strukturalny bariery iskrobezpieczeństwa elektrochemicznego źródła zasilania.

Bariera ochronna iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego jest wykonana w postaci czwórnika, zawierającego zaciski wejściowe 1, 2 dla przyłączania źródła zasilania 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 rozwierającego klucza elektronicznego 7, natomiast drugie wyjście o polaryzacji ujemnej związane jest z drugim wejściem tego klucza elektronicznego 7. Pierwsze wyjście wymienionego klucza elektronicznego 7 związane jest z pierwszym wejściem układu 8 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, a drugie wyjście tego klucza związane jest z drugim wejściem tego uk ładu 8. Pierwsze wyjście układu 8 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, tworzy szynę zasilającą o dodatniej polaryzacji i związane jest z pierwszym wejściem czujnika 9 prądu i napięcia, a jego drugie wyjście tworząc szynę zasilającą o ujemnej polaryzacji związane jest z drugim wejściem wymienionego czujnika 9. Pierwsze wyjście tego czujnika 9 związane jest z dodatnim zaciskiem wyjściowym 3 bariery, jego drugie wyjście związane jest z jej ujemnym zaciskiem wyjściowym 4, a trzecie, sterujące wyjście związane jest z każ dym z wejść sterują cych trzech identycznych równolegle połączonych zwierają cych kluczy elektronicznych 10, 11, 12. Klucze elektroniczne są włączone pomiędzy dodatnią i ujemną szyną zasilającą na wyjściu układu 8 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, a ich wyjścia sterujące są wspólne związane z wejściem sterującym rozwierającego klucza elektronicznego 7.

Bariera iskrobezpieczeństwa źródła zasilania działa w sposób następujący. W stanie normalnej pracy rozwierający klucz elektroniczny 7 znajduje się w stanie zwarcia, a zwierające klucze elektroniczne 10, 11 i 12 w stanie rozwarcia. Przy podłączeniu napięcia do zacisków wejściowych 1 i 2 o odpowiedniej polaryzacji, na wyjś ciu ukł adu 8 kształ towania ł agodnego wzrostu napię cia, napię cie zacznie wzrastać do ustalonej wartości wejściowej. W przypadku, kiedy chroniony obwód elektryczny posiada parametry znamionowe, na zaciskach wyjściowych 3 i 4 bariery iskrobezpieczeństwa ustawia się napięcie równe wartości wejściowej oraz prąd o ustalonym natężeniu. Przy powstaniu zwarcia

PL 207 673 B1 w chronionym obwodzie wyjściowym lub w przypadku przekroczenia ustalonej wartości napię cia na jego wejściu, na wyjściu sterującym czujnika 9 pojawi się sygnał, który powoduje zadziałanie jednego ze zwierających kluczy elektronicznych 10, 11, 12 co zapewnia blokadę dostarczenia zasilania do uszkodzonego obwodu wyjściowego poprzez zwarcie ujemnej i dodatniej szyny zasilającej. Zadziałanie jednego z tych kluczy powoduje z kolei wysterowanie rozwierającego klucza elektronicznego 7, dokonującego rozwarcia obwodu zasilającego, co zapewnia blokadę przedwczesnego przetopienia się bezpiecznika topikowego 5.

Claims (2)

1. Bariera iskrobezpieczeństwa źródła zasilania, wykonana w postaci czwórnika, zawierającego zaciski wejściowe dla przyłączania tego źródła i zaciski wyjściowe dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu wyjściowego, w którym pierwszy zacisk wejściowy poprzez bezpiecznik topikowy związany jest z pierwszym wejściem układu zabezpieczenia przed zmianą polaryzacji wejściowego napięcia zasilania, drugi zacisk wejściowy jest bezpośrednio związany drugim wejściem tego układu, a jego oba wyjścia związane są z wejściami układu kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, którego pierwsze wyjście tworzy szynę zasilającą o dodatniej polaryzacji, drugie wyjście tworzy szynę zasilającą o ujemnej polaryzacji, a obie szyny są zbocznikowane przez trzy identyczne równolegle połączone zwierające klucze elektroniczne, znamienna tym, że szyna zasilająca o dodatniej polaryzacji związana jest z pierwszym wejściem czujnika (9) prądu i napięcia, a szyna zasilająca o ujemnej polaryzacji związana jest w drugim wejściem tego czujnika (9), którego wyjścia tworzą zaciski wyjściowe (3, 4) bariery, a trzecie, sterujące wyjście jest związane z wejściem sterującym każdego ze zwierających kluczy elektronicznych (10, 11, 12), których wyjścia sterujące są związane z wejściem sterującym rozwierającego klucza elektronicznego (7), włączonego pomiędzy układem (6) zabezpieczenia przed zmianą polaryzacji wejściowego napięcia a układem (8) kształtowania łagodnego wzrostu napięcia.

2. Bariera według zastrz. 1, znamienna tym, że zwierające klucze elektroniczne (10, 11, 12) stanowią jednocześnie wspólny element wykonawczy dla nadprądowego i nadnapięciowego zabezpieczenia.