Искробезопасное устройство электропитания

Изобретение относится к области обеспечения безопасных условий применения взрывозащищенного электрооборудования во взрывоопасных зонах промышленных предприятий угольной, нефтяной, газовой, химической и других отраслей промышленности. Технический результат заключается в повышении искробезопасной мощности, передаваемой от источника питания к нагрузке. Предлагаемое искробезопасное устройство электропитания содержит искробезопасный источник питания, линию связи и индуктивную нагрузку с искрогасящими шунтами. Причем индуктивная нагрузка выполнена в виде, по меньшей мере, двух последовательно соединенных секций, параллельно каждой из которых подсоединен дублированный искрозащитный шунт. 1 ил.

 

Изобретение относится к области обеспечения безопасных условий применения взрывозащищенного электрооборудования во взрывоопасных зонах промышленных предприятий угольной, нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Известен обширный класс искробезопасных устройств электропитания, содержащих искробезопасный источник питания, линию связи и индуктивную нагрузку с искрогасящими шунтами [1, 2]. При этом в качестве искрогасящих шунтов для индуктивной нагрузки применяют диоды, конденсаторы, стабилитроны и их сочетания [3].

Такое построение известных устройств позволяет обеспечить искробезопасность электрической цепи между искробезопасным источником питания и индуктивной нагрузкой с искрогасящими шунтами.

В то же время электрическая цепь между искрогасящим шунтом и индуктивной нагрузкой (обмотка трансформатора или дросселя), как правило, является искроопасной. Для обеспечения ее искробезопасности необходимо снижать величину рабочего тока в линии связи, что, в свою очередь, приводит к уменьшению мощности, выделяемой в нагрузке.

Цель изобретения состоит в повышении искробезопасной мощности, передаваемой от источника питания к нагрузке.

Указанная цель достигается тем, что в искробезопасном устройстве электропитания, содержащем искробезопасный источник питания, линию связи и индуктивную нагрузку с искрогасящими шунтами, индуктивная нагрузка выполнена в виде, по меньшей мере, двух последовательно соединенных секций, параллельно каждой из которых подсоединен дублированный искрозащитный шунт.

На чертеже представлен пример схемы заявляемого устройства.

Устройство содержит искробезопасный источник питания 1 (в данном случае - источник питания переменного тока), двухпроводную линию связи с проводниками 2 и 3, индуктивную нагрузку в виде трансформатора 4, первичная обмотка которого разделена на секции 5 и 6, а к вторичной обмотке 7 подсоединена нагрузка 8. Параллельно каждой секции 5 и 6 подсоединен дублированный искрозащитный шунт, выполненный, например, в виде параллельно соединенных конденсаторов 9, 10 и 11, 12 соответственно. При этом секции 5 и 6 включены последовательно и согласно.

Экспериментальная оценка искробезопасности электрических цепей устройства осуществляется с помощью стандартного искрообразующего механизма 13, контакты которого включены в разрыв испытуемой электрической цепи.

Для оценки искробезопасности электрической цепи между искробезопасным источником 1 питания и индуктивной нагрузкой 4 с искрогасящими шунтами контакты искрообразующего механизма 13 включены в точках 14, 15.

Для оценки искробезопасности электрической цепи между искрогасящим шунтом и индуктивной нагрузкой контакты искрообразующего механизма 13 включены в точках 16, 17.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы устройства выходное напряжение источника 1 через линию связи (проводники 2 и 3) поступает на последовательно соединенные полуобмотки 5 и 6 трансформатора 4 и далее через вторичную обмотку 7 - в нагрузку 8. При этом конденсаторы 9-12 заряжены до напряжения источника 1 и не оказывают влияния на электромагнитные процессы, происходящие в схеме.

В аварийный режим работы устройство переходит при возникновении механической коммутации в электрической цепи. При этом в полуобмотках (секциях 5 и 6) трансформатора 4 наводится ЭДС самоиндукции, возникновение которой может стать причиной воспламенения взрывоопасной смеси.

Возможны два основных варианта аварийных режимов работы устройства.

В первом случае разрыв электрической цепи происходит между источником 1 питания и индуктивной нагрузкой 4, обработанной дублированными шунтами (точки 14, 15). В секциях 5 и 6 наводится ЭДС самоиндукции, направленная согласно с напряжением источника 1. При этом возникающие в секциях 5 и 6 перенапряжения ослабляются шунтирующим влиянием дублированных искрозащитных шунтов 9-10 и 11-12 соответственно. На контактах искрообразующего механизма, подсоединенного к схеме устройства в точках 14, 15, возникает электрический разряд, напряжение на котором не равно сумме ЭДС самоиндукции источника 1 и ЭДС самоиндукции секций 5 и 6, т.к. последние существенно ослаблены шунтами 9-12. Таким образом, энергия, запасенная секциями 5 и 6, рассеивается в контурах трансформатора 4 и в цепь с разрядом поступает лишь ее часть, в результате чего обеспечивается искробезопасность электрических цепей между источником 1 питания и индуктивной нагрузкой 4.

При аварии в электрических цепях между обмотками и шунтами, например при разрыве электрической цепи между полуобмоткой (секцией) 5 и шунтирующими конденсаторами 9, 10 (точки 16, 17) в секциях 5 и 6 также наводится ЭДС самоиндукции, а на контактах искрообразующего механизма возникает разряд. В цепь с разрядом поступает энергия (без учета энергии, запасенной распределенной индуктивностью линии связи), запасенная источником 1 питания, и энергия, запасенная полуобмоткой 5. Большая часть энергии, запасенной другой полуобмоткой 6, локализуется в контуре: полуобмотка 6, конденсаторы 11, 12 и не поступает в цепь с разрядом. Таким образом, в заявляемом устройстве при аварии во внутренних цепях индуктивной нагрузки (т.е. между обмотками трансформатора 4 и шунтами) в цепь с разрядом поступает лишь часть энергии, запасенной индуктивной нагрузкой, а именно энергия, запасенная секцией с аварией. При этом индуктивную нагрузку всегда можно разделить на такое количество секций, при котором энергия, запасенная в каждой из них, не превысит вместе с энергией источника 1 допустимого искробезопасного значения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известными устройствами, позволяет уменьшить величину энергии, выделяемой в разряде при аварийной коммутации электрической цепи за счет того, что в цепь с разрядом поступает лишь часть энергии, запасенной индуктивной нагрузкой, а именно энергия секции с разрядом. Энергия, запасенная другими секциями индуктивной нагрузки, локализуется в изолированных контурах, включающих данные секции, и практически не влияет на параметры аварийного разряда. При этом искробезопасность электрических цепей устройства в любых аварийных режимах обеспечивается без снижения величины рабочего тока в линии связи и нагрузке, что по сравнению с известными устройствами, в которых для обеспечения искробезопасности требуется уменьшать величину рабочего тока, позволяет повысить величину искробезопасной мощности, передаваемой от источника питания к нагрузке.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №288107. Искробезопасная система переменного тока. Кл. 21с, 68/50, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР №597857. Искробезопасная система питания переменного тока. М. Кл. Е21F, 9/00, 1978.

3. Коган Э.Г. Способы и средства обеспечения искробезопасности рудничного электрооборудования. М.: «Недра», 1988, с.38...44.

Искробезопасное устройство электропитания, содержащее искробезопасный источник питания, линию связи и индуктивную нагрузку с искрогасящими шунтами, отличающееся тем, что, с целью повышения искробезопасной мощности, передаваемой от источника питания к нагрузке, индуктивная нагрузка выполнена в виде, по меньшей мере, двух последовательно соединенных секций, параллельно каждой из которых подсоединен дублированный искрозащитный шунт.