CN201018280Y

CN201018280Y - 本质安全型直流远程供电系统

Info

Publication number: CN201018280Y
Application number: CNU2007200060012U
Authority: CN
Inventors: 张亦翔; 张飞然
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-04
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2017-01-04

Abstract

本实用新型涉及一种本质安全型直流远程供电系统。本实用新型的目的在于提供一种更安全并且造价更低的本质安全供电系统。其技术解决方案是：把变压器、整流滤波电路和为实现不间断供电所需的蓄电池等这些不安全因素、特别是交流电源输入都安装在易燃易爆场合之外，然后通过普通通讯电缆进行符合本质安全要求的直流远程供电。其特征在于它由安装在易燃易爆场合之外的输出特性符合本质安全要求的直流电源发送设备1、直流电源传送电缆2以及安装在易燃易爆场合处的符合本质安全要求的直流电源转换器3所组成。本实用新型适用于煤矿、油气井、加油站、天然气站等易燃易爆型高危行业以及其它对电源安全有特别要求的仪器、仪表使用。

Description

本质安全型直流远程供电系统

技术领域

本实用新型涉及一种适用于煤矿、油气井、加油站、天燃气站等易燃易爆型的高危行业的本质安全型直流远程供电系统以及其它对电源安全有特别要求的仪器、仪表使用的本质安全型直流远程供电系统。

背景技术

煤矿、油气井、加油站、天燃气站等易燃易爆场合所使用的仪器必须符合本质安全标准(以下简称本安)，给这些仪器供电的电源必须是本安电源，本安技术通过限制电火花和热效应来实现防爆。但本安电源的输入来自煤矿或加油站等使用场所提供的127V或220V交流电，它们本身不是本安的。常见的隔爆兼本安电源采用127V或220V交流电，安装在隔爆机箱内，经变压器降压、整流、滤波、稳压、限流、过压保护等，形成本安输出。在这个环节中，变压器并不符合本安要求，因为变压器初级其实是一个大电感，当其与电源线接触不好或突然断开时，会产生一个高电压，这时会产生大电流和较大火花，将可能产生电气失爆，造成极为严重的后果。即使把变压器安装在隔爆机箱内，但其引出线(即交流电源输入线)也必须从机箱内引出接到交流电源上，还是会造成不安全因素。

经对煤矿瓦斯爆炸事故的原因分析和对现有本安电源的性能试验表明，目前在使用的隔爆兼本安电源存在着明显的安全漏洞，有可能引发灾难性的后果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种更安全、造价更低的本安供电系统。为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：把变压器、整流滤波电路和为实现不间断供电所需的蓄电池等这些不安全因素、特别是交流电源输入线都安装在煤矿、油气井、加油站、天燃气站等易燃易爆场合之外，然后通过普通通讯电缆进行符合本安要求的直流远程供电，这样，本安性能将得到很大的提高。

本实用新型采用的技术方案是：本质安全型直流远程供电系统，如图1所示，其特征在于它由安装在易燃易爆场合之外的输出特性符合本安要求的直流电源发送设备1、直流电源传送电缆2以及安装在易燃易爆场合处的符合本安要求的直流电源转换器3所组成。

所述输出特性符合本安要求的直流电源发送设备1，它安装在易燃易爆场合之外，由AC127V或AC220V或其他的交流电源供电，经AC/DC变换后给蓄电池充电，再经DC/DC变换成合适的电压形成不间断电源，然后经双重限压限流，输出符合本安要求的电源以供传输。若不要求形成不间断电源，只要取消蓄电池即可。

所述直流电源传送电缆2，可用直径为0.5毫米左右的五类线或其他普通通讯电缆，与数据传送共用一组电缆，直流传送不会对数据产生任何影响。根据传送电流的大小和传送距离的远近，正负极各用一或几根单芯导线，往符合本安要求的直流电源转换器供电。因为所传送的电源是符合本安要求的电源，所以对电缆的要求很低，并且无论电缆短路、断路或正常工作，都不会产生有危险的电火花和热效应。

所述符合本安要求的直流电源转换器3，安装在易燃易爆场合处，将电缆传送来的不稳定的电压，经过DC/DC和双重限压限流转换，输出符合本质安全并且适合本安仪器要求的稳定的电源，以供本安仪器使用。。

本实用新型的有益效果是：其一是提供了一种更安全的本安供电系统；其二是因为把装有变压器、整流滤波电路和蓄电池等危险物品的直流电源发送设备的机箱安放在易燃易爆场合之外，所以该机箱不需要隔爆；而安装在易燃易爆场合处符合本安要求的直流电源转换器，虽然仍需隔爆，但因其体积变得很小，使得成本很高的本安电源隔爆机箱的成本大大降低了，从而降低了整个供电系统的造价。特别是由一个本安直流电源发送设备对应几个本安直流电源转换器组成的供电系统，其造价远远低于传统本安电源的造价，经济效益十分可观。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1实用新型本质安全型直流远程供电系统的结构框图；

图2本实用新型输出特性符合本安要求的直流电源发送设备原理图；

图3本实用新型符合本安要求的直流电源转换器原理图；

具体实施方式

一、实施例

如图1所示，本实用新型实施例由本安直流电源发送设备1、直流电源传送电缆2、本安直流电源转换器3组成。本安直流电源发送设备1的原理图如图2所示，由AC127V或AC220V电源供电，经AC/DC变换后给12V蓄电池充电，再经DC\DC变换成合适的电压形成不间断电源，然后经双重限压限流，输出符合本安要求的电源以供直流电源传送电缆2传输。本安直流电源转换器3的原理图如图3所示，安装在易燃易爆场合处，将电缆传送来的电压，经过DC\DC和双重限压限流转换，输出稳定的符合本质安全并且适合本安仪器要求的电源。

二、工作原理：

先说说直流传送原理：在易燃易爆场合处使用的仪器都要通过电缆把数据传送到安全场合，常用五类线，这里可以把本安直流电源也通过五类线传送，与数据传送共用一组电缆。直径为0.5毫米的单芯导线其每一百米的阻抗大约为10欧姆，用来传送电源共需两根线(正负极各一根)，其环路阻抗为20欧姆，假如直接用这样的导线来传送100毫安的电流，每传送100米就会产生2伏的压降，压降太大以至于不能直接用来对本安仪器进行远距离供电。本实用新型通过合理的选择较高的传送电压和限制传送电流，使通过电缆传送的直流电符合本安要求，在仪器端采用本安直流电源转换器以输出稳定的合适的电压，这样就大幅度地提高了传送距离。

这里再具体分析一下：为保证本质安全，和一般的直流高压远程供电不同，因为随着电压升高点火能量会明显变大，传送符合本安要求的允许最大电流会随着传送电压的升高而急剧减少，所以本安远程供电的传送电压不能太高。以符合本安IIA类设备电源所对应的允许短路电流为例，15V时为4.73A，20V时为1.572A，25V时为790mA，30V时为510mA，35V时为368mA，40V时为284mA，42V时为259mA，45V时为227mA(见国标GB 3836.4-2000表A1，只有表格没有对应的公式)，该标准举例的电压上限不大于45V，当电压再高时其允许短路电流下降很快。综合考虑传送距离和传送电流来选择传送电压，以40V-45V为佳，实施例使用42V。在给仪器供电的直流电源变换器采用高效率的开关电源即可以降低传送电流并增加传送距离。本实用新型的实施例的直流电源变换器单片开关电源采用了LM2675，输出电流为1A，最大输入电压为45V，最大效率可达96％，输出12伏时效率为94％。根据最大传输原理，当发送端采用42V电压，直流电源变换器输出为12V100mA时，在传送电缆上的最大电流为60.8mA，若使用正负极各一根0.5毫米的单芯导线最大传输距离可达1.72千米；本实施例把传送电缆上的最大电流限定为50mA，使用相同导线的最大传输距离可达1.64千米，和485总线的传输距离相当，已符合实用要求。若要增加传输距离，只需加大线径或增加导线的数量即可。

图2是本实用新型输出特性符合本安要求的直流电源发送设备原理图，即图1所示的本安直流电源发送设备1，由AC127V或AC220V电源供电，经AC/DC变换后给12V蓄电池充电，再经DC\DC变换成合适的电压形成不间断电源，然后经双重限压限流，输出符合本安要求的电源以供直流电源传送电缆2传输。

图3是本实用新型符合本安要求的直流电源转换器原理图，即图1所示的本安直流电源转换器3，安装在易燃易爆场合处，将电缆传送来的电压，经过DC\DC和双重限压限流转换，输出稳定的符合本质安全并且适合本安仪器要求的电源。

三、具体实施例原理图和实际参数设定

以下以两个实施例来说明本实用新型应用在不同类型的本安电气设备时的实际参数的设定。

例1、适用于IIC类电气设备本安要求的本安电源。

IIC类电气设备的本安要求(见国标GB3836.4-2000)在电压为42V时其允许短路电流为77.7mA，取1.5倍安全系数时为51.8mA，本实施例把电流限定为50mA，并设计为一个本安直流电源发送设备对应四个本安直流电源转换器，则四路的总输出功率为8.4W。

其直流电源发送设备1原理图见图2。交流电源经降压整流滤波后形成约17-20V直流电压，经Q1Q2R1R2R3R4组成的限流器以限制对蓄电池的充电电流，其中Q2为大功率达林顿管，充电电流的大小由改变R1来调整，计算公式为I1＝0.65(V)/R1(Ω)---公式一，本例为1.3A，蓄电池可采用12伏10-50安时，再经LM317稳压和二极管D1隔离后，输出13.5-13.8V电压给蓄电池充电，输出电压可由P1微调；此电压再经过由UC3524和Q3Q4等组成的开关电源，形成44V不间断电源，其最大输出功率约15W，输出电压由P2微调，输出功率由改变R18来调整。此44V电压再经双重限压限流，Q5Q6R20R21R22R23为第一重限流，所限电流为I2＝0.65(V)/R20(Ω)---公式二，本例为50mA，DZ2DZ3DZ4DZ5DZ6DZ7为第一重限压，所限电压为44V；Q7Q8R24R25R26R27为第二重限流，所限电流为I3＝0.65(V)/R24(Ω)---公式三，本例为50mA，DZ8DZ9DZ10为第二重限压，所限电压为43V。两级共有2V压降，经过双重限压限流后，输出电压电流为42V50mA，这样即使有某个元器件发生故障，输出电压电流也不会增加，即使输出端发生短路也不会产生大电流，也就不会产生有危险的电火花和热效应，从而保证了输出符合本安要求的电源以供直流电源传送电缆2传输。

其直流电源转换器3原理图见图3。从传送电缆2传送来的电压，经过D1隔离，D1的作用一是防止输入电源接反，二是防止输入端发生短路时，直流电源转换器输入电解E1上所储存的电荷放电造成不安全因素，起到隔离作用。开关电源芯片采用了LM2675-12，输出电压12V，输出电流可达1A，此电压经双重限压限流，Q5Q6R30R31R32R33为第一重限流，所限电流为I4＝0.65(V)/R30(Ω)---公式四，本例为100mA，DZ2DZ3DZ4DZ5DZ6DZ7为第一重限压，所限电压为12.4V；Q7Q8R34R35R36R37为第二重限流，所限电流为I5＝0.65(V)/R34(Ω)---公式五，本例为100mA，DZ8DZ9DZ10为第二重限压，所限电压为11V。两级共有2V压降，经过双重限压限流后，输出电压电流为10V100mA，这样即使有某个元器件发生故障，输出电压电流也不会增加，即使输出端发生短路也不会产生大电流，也就不会产生有危险的电火花和热效应，从而保证了输出符合本质安全。

国际电工委员会(IEC)规定，在危险程度最高的危险场所，只能采用Exia级本质安全仪表，其工作电流被限制在不大于100mA，而绝大多数本安仪表的工作电压范围为DC9～15V左右，因此本实施例的输出电压电流适用于Exia级本质安全仪表。

若输出电压有特殊要求，开关电源芯片可采用可调输出电压的LM2675-ARJ。

此例当正负极各使用一根直径为0.5毫米导线的最大传输距离可达1.64千米。

例2、适用于I类电气设备本安要求的本安电源。

I类电气设备的本安要求(见国标GB3836.4-2000)在电压为42V时其允许短路电流为375mA，取1.5倍安全系数时为250mA。以一个直流电源发送设备对应一个直流电源转换器为例，如图2图3所示，根据公式二～五，跟本安电流有关系的元件参数计算如下：R20＝R24＝2.6Ω，R30＝R34＝1.3Ω；因输出电流较大R22R23R26R27改为4.7KΩ，R32R33R36R37改为1KΩ，其余元件的参数和图2图3相同。此例直流电源发送设备1输出的电压电流为42V250mA，直流电源转换器3输出的电压电流为10V500mA。由于从传送电缆所传送的电流较大，必须加大导线的线径或增加导线的数量，比如正负极各采用两根直径为0.8毫米导线时，最大传输距离可达1.68千米。

本例适用于输入电压范围为DC9～15V，最大电流小于/等于500mA的I类本安电气设备。

Claims

1.本质安全型直流远程供电系统，其特征在于：它由安装在易燃易爆场合之外的输出特性符合本安要求的直流电源发送设备(1)、直流电源传送电缆(2)以及安装在易燃易爆场合处的符合本安要求的直流电源转换器(3)所组成，直流电源发送设备(1)通过直流电源传送电缆(2)把输出符合本安要求的电源传送到直流电源转换器(3)，以输出符合本质安全并且适合本安仪器要求的电源供本安仪器使用。

2.根据权利要求1所述的本质安全型直流远程供电系统，其特征在于：所述输出特性符合本安要求的直流电源发送设备(1)，由AC127V或AC220V或其他的交流电源供电，经AC/DC变换和限流后给蓄电池充电，再经DC\DC变换成合适的电压形成不间断电源，然后经双重限压限流，输出符合本质安全要求的电源以供直流电源传送电缆(2)传输。

3.根据权利要求1所述的本质安全型直流远程供电系统，其特征在于：所述符合本安要求的直流电源转换器(3)，将电缆传送来的不稳定的电压，经过DC/DC和双重限压限流转换，输出符合本质安全并且适合本安仪器要求的稳定的电源，以供本安仪器使用。