СПОСОБ ИСКРОЗАЩИТЫ Российский патент 1995 года по МПК E21F9/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в горной промышленности, в частности в искробезопасных системах шахтной связи.

Известен способ искрозащиты [1], при котором преобразуют постоянный ток в постоянный, разделяют с помощью трансформатора искроопасную и искробезопасную цепи и ограничивают выходной ток в искробезопасной цепи до искробезопасного значения за счет ограничения энергии в искроопасной цепи.

Недостатком этого способа является малая выходная искробезопасная мощность, а именно 1-2 Вт при КПД менее 20-25% при питании индуктивных цепей и цепей с линией связи.

Известен способ искрозащиты [2], согласно которому энергию искроопасного источника постоянного тока преобразуют в энергию высокочастотного переменного тока, дифференцируют высокочастотный переменный ток, гальванически отделяют контур этого искроопасного тока от выходного искробезопасного контура, при этом контролируют ток и напряжение в искроопасном контуре и в момент начала разряда ограничивают энергию, поступающую в выходной контур.

Недостатком этого способа является невысокая искробезопасная мощность, которая может быть передана в искробезопасный контур с индуктивной нагрузкой, так как при таком способе после прекращения подачи энергии из входной цепи в выходную - искробезопасную цепь в последней сохраняется контур постоянного тока, в котором запасенная в реактивных элементах цепи нагрузки энергия выделяется в разрядном промежутке без ограничений.

Техническим результатом изобретения является повышение искробезопасной мощности, передаваемой в искробезопасный контур, содержащий индуктивную нагрузку (в том числе линию связи).

Для этого в способ искрозащиты, при котором в номинальном режиме энергию искроопасного источника питания постоянного тока преобразуют в энергию высокочастотного переменного тока, дифференцируют высокочастотный переменный ток и гальванически отделяют контур этого искроопасного тока от выходного искробезопасного контура, при этом контролируют ток и напряжение в искроопасном контуре, дополнительно вводят следующие операции: дифференцируют напряжение, поступающее в нагрузку в искробезопасном контуре, в момент возникновения аварийной коммутации в искробезопасном контуре по сигналу отклонения частоты тока ограничивают в искробезопасном контуре энергию высокочастотного переменного тока, поступающую из искроопасного источника питания и запасенную в реактивных элементах нагрузки, до искробезопасного значения за время, меньшее времени формирования минимального ядра пламени.

Указанная совокупность существенных признаков позволяет решить задачу ограничения времени выделения энергии в разряде в случае аварийной коммутации благодаря разрыву выходной цепи по постоянному току с помощью последовательно включенного конденсатора и прекращению подачи энергии от источника постоянного тока. При этом энергия, запасенная в индуктивностях цепи питания нагрузки, рассеивается в виде энергии высокочастотного переменного тока. Ограничение энергии происходит за время, меньшее времени формирования минимального ядра пламени. Например, при частоте преобразования 100 кГц длительность передачи энергии из искроопасной в искробезопасную цепь составляет 5 мкс, что приблизительно в 20 раз меньше по сравнению с временем формирования минимального ядра пламени 8,5% метановоздушной смеси (100 мкс). Это позволяет увеличить искробезопасную мощность приблизительность в 10 раз, что и составляет основной технический результат заявляемого изобретения.

На чертеже показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит источник 1 постоянного тока, преобразователь 2 постоянного тока в высокочастотный переменный ток со схемой 3 управления, датчиком 4 тока и его частоты, датчиком 5 напряжения, дифференцирующим трансформатором 6, дифференцирующий конденсатор 7, включенный последовательно в цепь 8 питания нагрузки 9, в которую входят выходная обмотка 10 трансформатора 6, конденсатор 7, выпрямитель 11 (если требуется питание постоянным током), линия 12 связи.

Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.

В номинальном режиме энергия от источника 1 постоянного тока преобразуется с помощью преобразователя 2 в энергию высокочастотного переменного тока, которая поступает на дифференцирующий трансформатор 6, с выхода которого через дифференцирующий конденсатор 7 подается в цепь 8 питания нагрузки 8. Датчик 4 тока и его частоты и датчик 5 напряжения контролируют во входной цепи заданные безопасные значения в диапазоне допустимых значений тока и напряжения. Схема 3 управления ограничивает выходную мощность преобразователя 2 напряжения на уровне, примерно в 10 раз превышающем допустимые значения, т. е. соответствующем искробезопасной мощности в цепях высокочастотного переменного тока.

По цепи питания нагрузки 9 протекает максимально допустимый ток по контуру : выходная обмотка 10 трансформатора 6, конденсатор 7, выпрямитель 11 (при необходимости питания нагрузки постоянным током), линия 12 связи.

При возникновении аварийной коммутации в момент начала разряда на промежутке 13 цепи сигнал о начале разряда (скачок напряжения 8-10 В) транслируется через дифференциальный конденсатор 7 и трансформатор 6 на датчик 5 напряжения, датчик 4 тока и его частоты, которые через схему управления ограничивают мощность, поступающую из источника 1 в искробезопасную цепь питания нагрузки, в том числе в разрядный промежуток 13. Скачок напряжения на разрядном промежутке характеризуется высокочастотным колебательным процессом с частотой (1-10 мГц), превышающей рабочую частоту преобразователя. Появление этой частоты контролируется датчиком 4 тока и его частоты в искроопасной цепи. При ограничении энергии, поступающей из искроопасной цепи, конденсатор 7 разрывает контур цепи питания нагрузки по постоянному току и в разрядный промежуток ограничивается подача энергии от источника 1 питания с момента срабатывания схемы 3 управления и преобразователя 2. Энергия, запасенная в реактивных элементах цепи питания и нагрузки 9, рассеивается по апериодическому значению высокочастотного колебательного процесса, параметры которого определяются параметрами искробезопасного контура, но при этом частота процесса превышает рабочую частоту преобразователя, а следовательно, энерговыделение в разрядном промежутке 13 имеет пониженную воспламеняющую способность. Максимальную эффективность такое устройство имеет при полном запирании преобразователя 2 по сигналу о начале разряда.

Эффективность способа повышается и за счет высокого быстродействия защиты благодаря высокой чувствительности датчиков, реагирующих на фронт импульса о начале коммутации.

Использование: в электротехнике, в частности в искробезопасных системах шахтной связи. Сущность изобретения: в номинальном режиме энергию искроопасного источника питания постоянного тока преобразуют в энергию высокочастотного переменного тока, дифференцируют высокочастотный переменный ток и гальванически отделяют контур этого искроопастного тока от выходного искробезопасного контура, при этом контролируют ток и напряжение в искроопасном контуре. Новые операции дифференцируют напряжение, поступающее в искробезопасный контур в момент возникновения в нем аварийной коммутации. По сигналу отклонения частоты тока ограничивают в искробезопасном контуре энергию высокочастотного переменного тока, поступающую из искроопасного источника питания и запасенную в реактивных элементах нагрузки, до искробезопасного значения за время, меньшее времени формирования минимального ядра пламени . 1 ил.

СПОСОБ ИСКРОЗАЩИТЫ, при котором в номинальном режиме энергию искробезопасного источника питания постоянного тока преобразуют в энергию высокочастотного переменного тока, дифференцируют высокочастотный переменный ток и гальванически разделяют контур этого искроопасного тока от выходного искробезопасного контура, при этом контролируют ток и напряжение в искроопасном контуре, отличающийся тем, что дополнительно вводят следующие операции: дифференцируют напряжение, поступающее в нагрузку в искробезопасном контуре, в момент возникновения аварийной коммутации в искробезопасном контуре по сигналу отклонения частоты тока ограничивают в искробезопасном контуре энергию высокочастотного переменного тока, поступающую из искроопасного источника питания и запасенную в реактивных элементах нагрузки, до искробезопасного значения за время, меньшее времени формирования минимального ядра пламени.