Устройство для разделения искроопасных и искробезопасных цепей Советский патент 1982 года по МПК E21F9/00 H02H7/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИСКРООПАСНЕЛХ И ИСКРОББЗОПАСНЫХ ЦЕПЕЙ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения искробезопасности цепей (главньлм образом измерительных) электрооборудования, работающего во взрывоопасных помещениях и наружных установках различных отраслей промышленности.

Известно устройство для разделения искроопасных и искробезопасных цепей, содержащее резисто1ил и предохранители в каждой ветви и цепочку из двух последовательно-встречно включенных стабилитронов с заземленной средней точкой.

Принцип его работы заключается в том, что в нормальном режиме работы напряжение на входе устройства меньше порога срабатывания цепочки из двух последовательно включенных стабилитронов, йоэтому они закрялты и не оказывают заметного влияния на работу защищаемых цепей. В аварийном режиме вероятно попадание со стороны искрос пасной цепи на вход рассматриваемого устройства напряжения, превышающего суммарное напряжение пробоя стабилитронов. Оно может быть приложено либо, между двумя линейными проводами, либо между линейным проводом и землей. При этом один или оба стабилитрона открываются и огра- ничивают напряжение до безопасной величины. Если при этом ток на входе уст юйства превышает ток уставки его предохрани- елей, последние перегорают, отключая защищаемую искробезопасную цепь от искроопасной цепи 1.

,Недостатком этой схемы является

10 невозможность ее использования, если защищаемая цепь питается двуполярным напряжением и имеет соединенную с землей точку (что соответствует часто встречающемуся случаю 15применение емкостного, дифференциапьно-трасфО шторного и других датчиков) . Этот недостаток обусловлен тем,что в каждый из полупериодов один из стабилитронов окажется открытым в

20 течение промежутка времени,когда напряжение питания будет превыиать напряжение срабатывания стабилитрона в прямом направлении. В этом случае час.ть измерительной цепи будет этим

25 стабилитроном зашунтирована, т.е. будет нарушена ее работоспособность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устрюйство для разделения искроопас30ных и искробезопасных цепей. Оно содержит балластные и ограничительные резисторы, цепочку из четырех стабилитронов с заземленной средней точкой, причем между каждым линейным прЬводом и заземленной точкой имеется два последовательно-встречно включенных стабилитрона.

Работа схемы-прототипа заключа- . ,ется в следующем.

В нормальном рабочем режиме напряжение в искробезопасной. цепи меньше уровня срабатывания цепочки из четырех стабилитронов, поэтому они закрыты, а их заземленная средняя точка отключена от остальной части схемы. Влиянием стабилитронов на работу защищаемой цепи можно пренебречь . При попадании в аварийном режиме на вход известного устройства напряжения, превышающего суммарное напряжение .срабатывания стабилитронов, последние открмваются, и на входе защищаемой искробезопасной цепи напряжение оказывается ограниченным до заданной величины. Опасное напряжение может быть приложено со стороны источника либо между линейным проводом и землей, либо между двумя линейными проводами. При этом срабатывают соответственно два или четыре стабилитрона. Это устройство может быть использовано для защиты искробезопасной цепи с заземленной точкой при питании защищаемой схемы двуполярным напряжением. При этом отпадает необходимость применения специального разделительного трансформатора в цепи питания 2,

Однако серьезным недостатком известного устройства является двукратное увеличение по сравнению с предыдущими схемами напряжения, которое может попасть в защищаемую цепь. Действительно, максимальное напряжение на цепочке из четырех стабилитронов будет равно удвоенной сумме прямого и обратного падений нпряжения на одном стабилитроне, т.е вдвое выше, чем в предьщущих схемах Поэтому для обеспечения искробезопасности необходимо увеличивать сопротивления ограничительных резисторов, расположенных между цепочкой стабилитронов и защищаемой цепью. Это, в свою очередь, приводит к увеличению падения напряжения на ограничительных резисторах в нормальном режиме работы и соответствующему уменьшению напряжения, на нагрузке, которая в электроизмерительной аппаратуре чаще всегопредставляет собой датчик. Уменьшение напряжения питания и выходного сигнала датчика эквивалентно снижению его чувствительности и мощности,

Цель изобретения - улучшение фунциональных характеристик измерительной аппаратуры - чувствительности и мощности - путем снижения потерь напряжения на ограничительных резисторах устройства.

Поставленная цель достигается тем,

что цепочка стабилитрюнов с заземленной средней точкой зашунтирована двумя дополнительными последовательно-встречно включенными стабилитронами ,

0 На чертеже дана, электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из предохранителей 1 и 2, балластных резисторов 3 и 4, стабилитронов 5-10 с заземленной средней точкой Ни резисторов 12 и 13, ограничявакицих ток в искробезопасной цепи. Одна из точек {не показана) датчика 14 имеет соединение с землей. Устройство включено между искроопасной (вторичный прибор с выводами 15 и 16) и искробезопасной (датчик с выводами 17 и 18) цепями.

Устройство работает следующим разом.

Поскольку стабилитроны в предлагаемой схеме (для простоты рассуждений будет считать Аараметры всех стабилитронов идентичными) включены попарно и встречно, то в случае срабатывания любой пары падение напряжения на ней будет равно сумме прямого и, обратного падений напряжения на одном стабилитроне. Обозначим эту сумму UCT , В нормальном ре}киме напряжение между точками 19-20 меньше В этом случае все стабилитроны закрыты и их влиянием на работу аппаратуры можно пренебречь. При повреждениях в искроопасной цепи на

0 предлагаемую схему со стороны выводов 15 и 16 возможно попадание напряжения, превьадающего UCT. Это напряжение может быть приложено между одним линейным проводом и землей,

5 между двумя линейными проводами и землей, а также между линейными проводами .

Допустим, что повышенное напряжение приложено между точками 15-11.

В этом случае открываются стабилитроны 5 и 6 и напряжение между точками 11-19 ограничивается величиной UQ- . Если пошлиённое напряжение окажется приложенным между каждой из

точек 15 и 16 и точкой 11, цепочка из элементов 2,4,7 и 8 работает аналогично цепочке из элементов 1,3,5 и 6. Стабилитроны 9 и 10 ограничивают напряжение на выходе (точки 17-18)

устройства до величины UUT в том случае, если повышенное напряжение окажется приложенным между линейными проводами 15-16, Если ток через балластные. резистоЕЖд 3 и 4 превышает номинальное.значение тока предохраниТелей, один или оба предохранителя перегорают и отключают эащищаемую искробезопасную цепь от точек 15-16. Таким образом, во всех возможных «. случаях приложения повыаенного напряжения ко входу,устройства на его выходе напряжение не превышает U., Это как минимум вдвое ниже, чем в известном устройстве (в котором величина аварийного напряжения опреде ляется четырьмя последовательно вкл ченными стабилитронами), поэтому дл ограничения аварийного тока искробезопасной цепи до заданной величины в предлагаемом устройстве потребуются гораздо меньшие сопротивления ограничительных резисторов 12 и 13. Достоинством предлагаемого устро ,ства для разделения искроопасных и искробезопасных цепей является значительно больший коэффициент переда чи, равный отношению напряжений на выходе (точки 17 и 18) и входе (точ ки 15 и 16), что обусловлено меньшими потерями напряжения иа ограничительных резисторах 12 и 13. Если же учесть, что меяоду датчиком и вто |ричной аппаратурой часто включена не одна, а две последовательно рас(положеиные схены искрозащиты (одна в цепи питания, другая в выходной цепи),.т(:) эквивалентное возрастание чувствительности датчика будет еще значительнее. Изобретение целесообразно применять для разделения искроопасных и Вторичный искробезопасных цепей, если последние представляют собой измерительные датчики, например, усилия, давления, натяжения, перемещения, особенно, если схемы искрозащиты включены -ак в цепи питания, так и в выходной цепи датчика. Формула изобретения Устройство для разделения искроопасных и искробезопасных цепей, содержащее балластные и ограничительные резисторы, предохранители, цепочку из четырех стабилитронов с заземленной средней точкой, причем между каждым линейным проводом и заземленной точкой включены два последовательно-встречно соединенных стабилитрона, отличают е-, вся тем,что,с,целью улучшения функциональных характеристик измеритель-, ной аппаратуры путем снижения потерь напряжения на ограничительных резисторах, цепочка стабилитроиов с заземленной средней точкой зашунтироваиа двумя дополнительными последовательно-встречно включенными стабилитронами.. . Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 977913, кл. Н 02 Н 7/00, 1964. 2.Авторское свидетельство СССР 515373, кл. Е 21 F 5/00, 1976.