Способ обеспечения искробезопасности электрических цепей Советский патент 1989 года по МПК E21F9/00 

Изобретение относится к горной электротехнике и может быть использовано в энергоемкой аппаратуре, работающей во взрьшоопасных средах

предприятий горной, нефтяной и газовой промышленности.

Цель изобретения - повьшгение искро- безопасной мощности при переменной

31509

величине нагрузки и увеличение коэффициента ее использования.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства, реализующего способ.

Способ реализуется за счет того, что величина вьзделенного сигнала, подаваемого на быстродействующий выключатель, прямо пропорциональна соот- ношению сопротивлений К„/Кц, где R, - сопротивление источника, R - сопротивление нагрузки. Это объясняется тем, что напряжение Ь зажигания дуги, возникающее на контактах при коммутации цепи нагрузки, вызывает изменение тока нагрузки на величину М. Падение напряжения на нагрузке изменяется на величину, равную MR ц, а суммарное падение напряже- ния на источнике, дополнительных сопротивлениях и ограничительном сопротивлении составляет величину bU AI (R + R + R,),

огр

где Rg - добавочное сопротивление, причем Up UIRn +tsU ,

отсюда U Uo - Ь1 Rj, (1)

дт- , .

Б -tP 4-Р 4.ТЗ } R + i + К.а + Кргр

о

подставляя в Выражение (1) выражение (2) получают

UU

Ur

35

Т +Х7(и+ Rg+ Vp

При изменении сопротивления нагрузки от О до максимального значения возможны две зоны работы,40

В первой зоне сопротивление нагрузки изменяется от О до величины, -при которой сигнал управляющий быстродействующими выкгаочателями Л и И где входное напряжение быстро- дд действующего выключателя, обеспечивающее его нормальную работу. Бэтой зоне искррбезопасноть выходной цепи обеспечивается за счет искусственного сокращения длительности разряда быстродействующим выключателей.

Вторая зона характеризуется тем, что, в связи с увеличением сопротивления нагрузки, возникающее при ком50

мутации AU, недостаточно для срабатывания быстродействующего выключа- ; теля. Для обеспечения искрабезо- пасности выходной цепи в этой зоне последовательно с источником вводят55

5 0

5

0

5

0

д

0

ся дополнительные сопротивления, исходя из соотношения ди U .что

рк

обеспечивает нормальную работу быстродействующего выключателя, при каждой коммутации нагрузки.

Таким образом при малых сопротивлениях нагрузки (первая зона) за счет выведения дополнительных сопротивлений увеличивается искробезопасная мощность в нагрузке. В то же время при больших сопротивлениях нагрузки за счет введения дополнительных сопротивлений сохраняется работоспособность быстродействующих выключателей,- обеспечивающих искусственное сокращение длительности разряда, и достигается искробезопасность цепей нагрузки.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит источник 1 пере- менного тока, одна шина которого через ограничительное сопротивление 2 подключена к нагрузке 3, второй вывод .которой через последовательно соединенные дополнительные резисторы 4-6, зашунтированные стабилитронами 7-9, подключается к второй шине источника 1 питания, и устройство 10 искро- защиты, подключенное параллельно нагрузке 3.

Устройство работает следующим об- .разом.

Падение напряжения на дополнитель- Hbix резисторах 4-6 прямо пропорционально току в нагрузке. При малых сопротивлениях нагрузки падения напряжения на дополнительных резисторах 5-4 и 6 ограничиваются напряжениями стабилизации стабилитронов 7,8 и 9.

Ток в нагрузке 3 определяется по Аормуле

-г UHET UCTI - UcTti -IH Rorp ro -HR f

где 1„ - ток в нагрузке

U, напряжение источника;

И - напряжение стабилизации

стабилитрона 9; и - напряжение стабилизации

5

СТ2

стабилитрона 8;

и - напряжение стабилизации стабилитрона 7;

Rji-p- ограничительный резистор ,- RH - сопротивление нагрузки 3.

5150

При увеличении сопротивления нагрузки 3 падение напряжения на резис- iторах 6,5,4 уменьшается. .

Закрывается стабилитрон 9 с наи- меньшим напряжением стабилизации. Ток через него прекращается и в схему, таким образом, вводится дополни- тельньй резистор 6.

При дальнейшем увеличении сопро- тивления нагрузки и уменьшении тока последовательно закрываются стабилитроны 8 и 7, вводя дополнительные резисторы 5 и 4. Напряжения стабилизации стабилитрона 9,8 и 7 выбираются из соотношения

UCT

где ly, - ток нагрузки при сопротивлениях нагрузки, отличающихся друг от друга на величину шага дискретизации R

20

Формула изобретения

25

где R

HMOKt

n

R,

Способ обеспечения искробезопас- ности электрических це пей, основанный на вьщелении высших гармоник из спектра частот,возникающих при ком-мутации, формировании высокочастотного сигнала, пропорционального выделенным гармоникам, формировании - величина добавочных резис- 30 сигнала, пропорционального соотноше- ; торов 6,4,5.нию между дополнительным сопротивлением источника и сопротивлением нагрузки, и по полученнь м сигналш-i формируют сигнал отключения искробезодискр определяемого из соотношения Rд,c кp нмакс|ц

-максимально возможное сопротивление нагрузки

-число добавочных резисторов

Таким образом, при работе устройства можно вьщелить четыре зоны по величине сопротивления нагрузки.

где Яд - величина добавочного резистора 5.

В четвертой зоне закрыты все стабилитроны.

UMCT - IHR - 1нК«г - I ,i -л„-а.

R

R

аг

где R - величина добавочного резис тора 4.

Таким образом, при малых сопротивлениях нагрузки за счет открывания стабилитронов 7-9 и шунтирования ими дополнительных резисторов 4-6 уменьшается суммарное добавочное сопротивление, обеспечивая увеличение по срав1015

20

нению с известным тока и соответственно мощности в нагрузке, что обеспечивает достижение поставленной цели.

Формула изобретения

Изобретение относится к горной электротехнике и может быть использовано в энергоемкой аппаратуре, работающей во взрывоопасных средах. Цель изобретения - увеличение потребляемой искробезопасной мощности при переменной величине нагрузки. При коммутации искробезопасной цепи /ИБЦ/ из спектра возникающих частот выделяют высшие гармоники и формируют высокочастотный сигнал, пропорциональный выделенным гармоникам. Затем формируют сигнал, пропорциональный соотношению между дополнительным сопротивлением /ДС/ источника R_H и сопротивлением R_H нагрузки /СН/. По полученным сигналам формируют сигнал отключения ИБЦ. Определяют соотношение между R_H и R_H по величине падения напряжения на СН и напряжение U₀ зажигания. По полученным данным определяют величину ΔU изменения напряжения на источнике при коммутации ИБЦ по формуле: ΔU = U₀:[1+(R_H:R_H)]. При превышении ΔU над сигналом отключения уменьшают ДС. Таким образом, при малых СН за счет выведения ДС увеличивается искробезопасная мощность в нагрузке. При больших СН за счет введения ДС сохраняется работоспособность быстродействующих выключателей, обеспечивающих искусственное сокращение длительности разряда, и достигается искробезопасность цепей нагрузки. 1 ил.

В первой зоне сопротивление нагруз-эс пасной электрической цепи, о т л и

ки от О до R

АискрВ этой зоне все

чающийся тем, что, с целью увеличения потребляемой искробезопас- ной мощности при переменной величине нагрузки, определяют соотношение меж- 40 КУ сопротивлением источника , и нагрузки по величине падения напряжения на сопротивлении нагрузки, определяют напряжение зажигания дуги и по полученным данным определяют величину

I J«5li I llci..I LlSorf 45 напряжения на источнике при н f , коммутации цепи по формуле

стабилитроны открыты и ток нагрузки определяется соотношением (3).

; Во второй зоне закрыт -стабили- jTpoH 9, ,,Kp RM

2R

грузки определяется как

Днепр

,ток

и,

где RC.|- величина добавочного резистора 6.

50

где и.

В третьей зоне закрыты стабилитрй- о

9 и 8,

2КАискр н

ЗRдиclfp J

и при сигнал

R-

Iu I Iji5lLl JuSlLlI Hsi IilBi.4

RH

и,

1 +

R« RU

50

где и. о

напряжение зажигания дуги;

сопротивление нагрузки;

сопротивление источника; и при превышении этого сигнала над сигналом отключения уменьшают дополR- i.4

55 нительные сопротивления.

о-r

Редакт ор Л.Зайцева

Составитель Л.Виноградов

Техред М.Ходаиич Корректор Н.Борисова

Заказ 5780/29

Тираж 410

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

10

-О-I

L;

2i

г

ц.гв

Подписное