PL213853B1 - Bariera iskrobezpieczeństwa - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest bariera iskrobezpieczeństwa, do zabezpieczenia obwodów elektrycznych funkcjonujących w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, na przykład w obecności gazów lub pary cieczy palnych, zwłaszcza w obiektach przemysłu węglowego i petrochemicznego.

Układy zapewnienia iskrobezpieczeństwa obwodów elektrycznych z wykorzystaniem diod Zenera są znane od lat sześćdziesiątych minionego stulecia. Wprowadzenie bariery Zenera do praktyki iskrobezpieczeństwa zostało zapoczątkowane w Wielkiej Brytanii w 1962 r., na podstawie rozwiązania znanego z brytyjskiego opisu patentowego GB 977913. Przedstawiona w tym opisie bariera ma postać czwórnika, w którym każdy zacisk wejściowy jest związany z odpowiednim zaciskiem wyjściowym poprzez szeregowo połączone bezpiecznik topikowy i ograniczający rezystor, a wyjścia bezpieczników są między sobą związane poprzez połączone przeciwsobnie dwie diody Zenera. Modyfikacja tej bariery jest znana z brytyjskiego opisu patentowego GB 1133750, według którego bariera iskrobezpieczeństwa w postaci czwórnika zawiera dwa zaciski wejściowe i dwa zaciski wyjściowe. Pierwszy zacisk wejściowy poprzez szeregowo połączone bezpiecznik topikowy, pierwszy i drugi rezystor ograniczający jest związany z pierwszym zaciskiem wyjściowym, a drugi zacisk wejściowy jest bezpośrednio związany z drugim zaciskiem wyjściowym. Punkt wspólnego połączenia wymienionych rezystorów jest związany ze wspólnie połączonymi zaciskiem wejściowym i wyjściowym poprzez dwie równolegle połączone diody Zenera, spolaryzowane w kierunku zaporowym. Rozwiązania te cechują 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 PL 106 542, bariera iskrobezpieczeństwa w postaci czwórnika zaopatrzonego w zaciski wejściowe dla przyłączenia nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciski wyjściowe dla przyłączenia 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 również cechuje się niską wartością użytecznej mocy iskrobezpiecznej, która może być przekazana do obciążenia.

Znane jest także, na przykład z opisu wynalazku zgłoszonego w Stanach Zjednoczonych US 2006/0164780, rozwiązanie elektrycznej bariery ochronnej dla podłączenia źródła zasilania z elektrycznym urządzeniem zainstalowanym w strefie zagrożonej wybuchem. Barierę tę tworzą dioda Zenera, bezpiecznik topikowy, pierwszy rezystor ograniczający prąd na wyjściu bariery i drugi rezystor, który jest szeregowo połączony z diodą Zenera dla ograniczenia prądu płynącego przez tę diodę. Rozwiązanie to również nie jest pozbawione podobnych wad, właściwych dla barier iskrobezpieczeństwa z liniową charakterystyką wyjściową.

Ponadto wspólną wadą powyżej omówionych barier iskrobezpieczeństwa jest niska wartość reaktancyjnego obciążenia bariery iskrobezpieczeństwa, zwłaszcza pojemnościowego. Rzeczywiście w chwili powstania komutacji awaryjnej w obwodzie wyjściowym, na przykład typu „zwarcie”, wartość energii elektrycznej wydzielanej w kanale wyładowania elektrycznego będzie skutkiem oddawania energii przez poszczególne źródła zapłonu - magazyny energii elektrycznej - na przykład kondensatory, oraz energii pochodzącej od źródła zasilania.

Bariera iskrobezpieczeństwa, wykonana w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi dla przyłączania źródła zasilania przez bezpiecznik topikowy i zaciskami wyjściowymi dla przyłączania iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, zawierająca równoległe gałęzie diod Zenera włączonych pomiędzy zaciski wejściowe i wyjściowe, spolaryzowanych w kierunku zaporowym i rozdzielonych szeregowymi rezystorami, według wynalazku, ma co najmniej trzy równoległe gałęzie diod pojemnościowych, spolaryzowanych w kierunku zaporowym i włączonych pomiędzy zaciskami wyjściowymi.

Zastosowanie w barierze według wynalazku diod pojemnościowych, tak zwanych warikapów, tworzy dynamiczną zaporę energetyczną dla energii elektrycznej pochodzącej od źródła zasilania, a tym samym eliminuje wyżej wymienione wady znanych układów ochronnych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku przedstawiającym układ wewnętrznych połączeń bariery iskrobezpieczeństwa.

Bariera iskrobezpieczeństwa jest wykonana w postaci czwórnika zawierającego zaciski wejściowe 1, 2 i zaciski wyjściowe 3, 4. Zaciski wejściowe 1, 2 służą dla przyłączenia źródła zasilania przez bezpiecznik topikowy 5, a zaciski wyjściowe 3, 4 dla przyłączenia iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego. Bariera ma trzy równoległe gałęzie diod Zenera 6, 7 i 8, włączonych w kierunku zapoPL 213 853 B1 rowym pomiędzy dodatnim i ujemnym biegunem zasilania i rozdzielonych szeregowymi rezystorami 9, i 11. Zaciski wyjściowe 3 i 4 są zbocznikowane za pomocą co najmniej trzech równoległych gałęzi diod pojemnościowych 12, 13 i 14, spolaryzowanych w kierunku zaporowym.

Diody Zenera 6, 7 i 8 chronią obwód iskrobezpieczny przed nadmiernym wzrostem napięcia na jego wejściu, a trzy szeregowo połączone rezystory 9, 10 i 11 ograniczają prąd zwarcia na wyjściu bariery do wartości iskrobezpiecznej. Wartość napięcia na wyjściu bariery jest równa wartości napięcia źródła zasilania pomniejszonej o spadek napięcia na wspomnianych rezystorach, a pojemność każdej z trzech diod pojemnościowych 12, 13 i 14 jest minimalna. Przy powstaniu w obwodzie chronionym komutacji awaryjnej typu „zwarcie” gwałtownie maleje napięcie na zaciskach wyjściowych 3, 4 bariery, wskutek zwiększenia spadku napięcia na rezystorach 9, 10 i 11. Powoduje to wielokrotny wzrost pojemności każdej z trzech diod pojemnościowych 12, 13 i 14, wskutek czego w chwili powstania komutacji awaryjnej energia elektryczna ze źródła zasilania nie jest oddawana do kanału wyładowania elektrycznego, lecz przekazywana do tych diod, co zapewnia powstanie dynamicznej zapory energetycznej dla obwodu wyjściowego. W tej sytuacji, w stopniu znaczącym, zostaje wyeliminowane oddziaływanie źródła zasilania na proces tworzenia jądra zapalenia w punkcie wyładowania elektrycznego. Zmniejsza to udział źródła zasilania przy zapewnieniu iskrobezpieczeństwa obwodu wejściowego bariery, a tym samym umożliwia zwiększenie wartości obciążenia pojemnościowego.

Claims (1)

1. Bariera iskrobezpieczeństwa, wykonana w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi dla przyłączenia źródła zasilania przez bezpiecznik topikowy i zaciskami wyjściowymi dla przyłączenia iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, zawierająca równoległe gałęzie diod Zenera włączonych pomiędzy zaciski wejściowe i wyjściowe, spolaryzowanych w kierunku zaporowym i rozdzielonych szeregowymi rezystorami, znamienna tym, że ma co najmniej trzy równoległe gałęzie diod pojemnościowych (12, 13 i 14), spolaryzowanych w kierunku zaporowym i włączonych pomiędzy zaciskami wyjściowymi (3, 4).