PL215557B1 - Bariera iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest bariera iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo - napięciową, zapewniająca przeciwwybuchowość obwodów elektrycznych funkcjonujących w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, na przykład w obecności gazów lub aerozoli cieczy palnych, zwłaszcza w obiektach przemysłu węglowego i petrochemicznego.

Znana jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 106 542, 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 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 wejściowego oraz do katody diody prostowniczej. Katoda tyrystora związana jest z anodą diody prostowniczej, z ujemnym zaciskiem wejściowym i drugim końcem rezystora pomiarowego.

Wadą tego rozwiązania jest niska niezawodność układu i niespełnienie wymagań normy PN-EN-60079-11. 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 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.

Znana jest także, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 203 051 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. Pomiędzy pierwszy zacisk wejściowy i pierwszy zacisk wyjściowy włączony jest rezystor pomiarowy. 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 jest związana z anodą pierwszej diody Zenera i poprzez pierwszy rezystor z pierwszym zaciskiem wyjściowym, bramka drugiego tyrystora jest związana z anodą drugiej diody Zenera i poprzez drugi rezystor z pierwszym zaciskiem wyjściowym, natomiast bramka trzeciego tyrystora jest związana z anodą trzeciej diody Zenera i poprzez trzeci rezystor z pierwszym zaciskiem wyjściowym.

Wadą takiego rozwiązania jest niska skuteczność przy zapewnianiu iskrobezpieczeństwa w trybie komutacji awaryjnej typu ''rozwarcia” w chronionym obwodzie elektrycznym.

Ponadto znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 203 594 elektroniczny układ ochronny iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w którym dla zwiększenia skuteczności zabezpieczenia przeciwiskrzeniowego w trybie awaryjnego rozwarcia powstałego w obwodzie chronionym, wprowadzono zamiast rezystora pomiarowego element pomiarowy w postaci zintegrowanej indukcyjności i rezystancji.

W obwodach indukcyjnych takie rozwiązanie również nie zapewnia dostatecznej skuteczności pod względem minimalizacji energii wyładowania elektrycznego w punkcie komutacji awaryjnej typu „rozwarcie”, wskutek wzrostu szybkości zmiany pola magnetycznego w obwodzie RLC spowodowanego zadziałaniem jednego z kluczy tyrystorowych.

Z kolei znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego 207 451 tyrystorowy układ ochronny obwodu iskrobezpiecznego, wykonany w postaci wykonany w postaci czwórnika z zaciskami

PL 215 557 B1 wejściowymi dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi dla przyłączenia iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w którym pomiędzy pierwszym zaciskiem wejściowym i drugim zaciskiem wyjściowym jest włączony element pomiarowy, a drugi zacisk wejściowy poprzez bezpiecznik termiczny związany jest z anodami trzech tyrystorów. Katody tyrystorów są połączone z pierwszym zaciskiem wejściowym, a bramki sterujące są związane odrębnie poprzez rezystory z połączonymi ze sobą katodami trzech diod Zenera.

Wadą takiego rozwiązania jest niska czułość układu na awaryjne zmiany prądu w obciążeniu wskutek obecności rezystora w obwodzie bramki każdego z tyrystorów oraz podwyższona czułość układu na krótkotrwałe skoki napięcia na zaciskach wejściowych powstałe wskutek różnorakich zakłóceń.

W barierze iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową, wykonanej w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi dla przyłączenia iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w której pomiędzy pierwszym zaciskiem wejściowym i pierwszym zaciskiem wyjściowym jest włączony element pomiarowy w postaci zintegrowanej indukcyjności i rezystancji, drugi zacisk wejściowy poprzez bezpiecznik termiczny i element indukcyjny związany jest z anodami trzech tyrystorów i katodami trzech diod Zenera, katody wymienionych tyrystorów związane są z pierwszym zaciskiem wejściowym, a bramka sterująca każdego z tyrystorów odrębnie poprzez jeden rezystor jest związana z anodą odpowiedniej diody Zenera, według wynalazku, pierwszy zacisk wejściowy jest odrębnie związany przez równolegle połączone pierwszy kondensator i czwarty rezystor z anodą pierwszej diody Zenera, przez równolegle połączone drugi kondensator i piąty rezystor z anodą drugiej diody Zenera oraz poprzez równolegle połączone trzeci kondensator i szósty rezystor z anodą trzeciej diody Zenera, a pierwszy zacisk wyjściowy związany jest poprzez pierwszą diodę prostowniczą z bramką pierwszego tyrystora, poprzez drugą diodę prostowniczą z bramką drugiego tyrystora oraz poprzez trzecią diodę prostowniczą z bramką trzeciego tyrystora.

Bariera iskrobezpieczeństwa według wynalazku usuwa wyżej wymienione wady znanych układów ochronnych, zapewnia większą stabilność pracy dzięki podwyższonej odporności na krótkotrwałe zakłócenia oraz eliminuje wzajemne oddziaływanie pomiędzy zabezpieczeniem nadnapięciowym i nadprądowym.

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

Bariera iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową 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 1 i pierwszy zacisk wyjściowy 3 jest włączony element pomiarowy L R w postaci zintegrowanej indukcyjności i rezystancji. Drugi zacisk wejściowy 2 poprzez indukcyjność L1 bezpiecznik termiczny B1 jest związany z anodami trzech tyrystorów Tr1,Tr2 i Tr3, z katodami trzech diod Zenera D1, D2 i D3 oraz z drugim zaciskiem wyjściowym 4. Katody wymienionych tyrystorów są wspólnie połączone z pierwszym zaciskiem wejściowym 1, a bramka pierwszego tyrystora Tr1 poprzez pierwszy rezystor R1 jest związana z anodą pierwszej diody Zenera D1, bramka drugiego tyrystora Tr2 poprzez drugi rezystor R2 jest związana z anodą drugiej diody Zenera D2, a bramka trzeciego tyrystora Tr3 poprzez trzeci rezystor R3 jest związana z anodą trzeciej diody Zenera D3. Z kolei, anoda pierwszej diody Zenera D1 poprzez równolegle połączone pierwszy kondensator C1 i czwarty rezystor R4 jest związana z pierwszym zaciskiem wejściowym 1, anoda drugiej diody Zenera D2 jest związana z pierwszym zaciskiem wejściowym 1 poprzez równolegle połączone drugi kondensator C2 i piąty rezystor R5, a anoda trzeciej diody Zenera D3 jest związana z pierwszym zaciskiem wejściowym 1 poprzez równolegle połączone trzeci kondensator C3 i szósty rezystor R6. Drugi zacisk wyjściowy 3 jest związany poprzez pierwszą diodę prostowniczą D4 z bramką pierwszego tyrystora Tr1, poprzez drugą diodę prostowniczą D5 z bramką drugiego tyrystora Tr2 oraz poprzez trzecią diodę prostowniczą D6 z bramką trzeciego tyrystora Tr1.

W stanie normalnej pracy każdy z tyrystorów Tr1,Tr2 i Tr3 jest rozwarty. Przy powstaniu komutacji awaryjnej w chronionym obwodzie elektrycznym spadek napięcia na elemencie pomiarowym L R przekracza 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. Natomiast wzrost napięcia na wyjściu bariery ochronnej powyżej ustalonej wartości wymusi przebicie jednej z diod Zenera D1, D2 lub D3, co

PL 215 557 B1 z kolei powoduje szybkie wysterowanie odpowiedniego tyrystora. Diody prostownicze D4, D5 i D6 zapewniają przepływ odpowiedniego prądu sterowania przez bramkę jednego z trzech tyrystorów Tr1,Tr2 i Tr3, w przypadku przebicia jednej z diod Zenera D1, D2 i D3.

Claims (1)

1. Bariera iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową, wykonana w postaci czwórnika z zaciskami wejściowymi dla przyłączania nieiskrobezpiecznej części obwodu elektrycznego i zaciskami wyjściowymi dla przyłączenia iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, w której pomiędzy pierwszym zaciskiem wejściowym i pierwszym zaciskiem wyjściowym jest włączony element pomiarowy w postaci zintegrowanej indukcyjności i rezystancji, drugi zacisk wejściowy poprzez bezpiecznik termiczny i element indukcyjny związany jest z anodami trzech tyrystorów i katodami trzech diod Zenera, katody wymienionych tyrystorów związane są z pierwszym zaciskiem wejściowym, a bramka sterująca każdego z tyrystorów odrębnie poprzez jeden rezystor jest związana z anodą odpowiedniej diody Zenera, znamienna tym, że pierwszy zacisk wejściowy (1) jest odrębnie związany przez równoległe połączone pierwszy kondensator (C1) i czwarty rezystor (R4) z anodą pierwszej diody Zenera (D1), przez równoległe połączone drugi kondensator (C2) i piąty rezystor (R5) z anodą drugiej diody Zenera (D3) oraz przez równoległe połączone trzeci kondensator (C3) i szósty rezystor (R6) z anodą trzeciej diody Zenera (D3), a pierwszy zacisk wyjściowy (3) związany jest poprzez pierwszą diodę prostowniczą (D4) z bramką pierwszego tyrystora (Tr1), poprzez drugą diodę prostowniczą (D5) z bramką drugiego tyrystora (Tr2) oraz poprzez trzecią diodę prostowniczą (D6) z bramką trzeciego tyrystora (Tr3).