DE1816553B2

DE1816553B2 - DEVICE FOR THE PROTECTION OF CONSUMERS IN EXPLOSION HAZARD AREAS AND OR TRANSDUCERS

Info

Publication number: DE1816553B2
Application number: DE19681816553
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr.-Ing. 6000 Frank fürt Bauer
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1968-12-23
Filing date: 1968-12-23
Publication date: 1971-09-30
Also published as: GB1256780A; FR2026915A1; NL6919066A; DE1816553A1

Description

ι 2ι 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung außerhalb des explosionsgefährdeten Raumes befindzum Schütze von in explosionsgefährdeten Räumen liehen Schaltungselement (Regler, Thermoelementbefindlichen Verbrauchern und/oder Meßwertgebern, bruchüberwachung) in jeder Leitung eine aus Trandie über Leitungen mit abschaltenden und/oder sistoren bestehende Strombegrenzungsschaltung und strombegrenzenden Mitteln mit Schaltungsteilen 5 eine Feinsicherung angeordnet ist und daß zwischen außerhalb des explosionsgefährdenden Raumes ver- Strombegrenzungsschaltung und Feinsicherung jede bunden sind. der Leitungen über zwei parallelgeschaltete Zener-The invention relates to a device located outside the potentially explosive area Contactors of circuit elements borrowed in potentially explosive areas (controller, thermocouple consumers and / or transducers, break monitoring) in each line one from Trandie current limiting circuit via lines with disconnecting and / or sistors and Current-limiting means with circuit parts 5, a microfuse is arranged and that between outside of the potentially explosive area, the current limiting circuit and microfuse each are bound. of the lines via two parallel-connected Zener

Es ist häufig der Fall, daß in explosionsgefährde- dioden mit Schutzerde verbunden ist. ten Räumen, bei denen je nach den betrieblichen Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verhältnissen Gase, Dämpfe oder Stäube mit der Luft ίο Schutzeinrichtung ist darin zu sehen, daß sie keinerexplosionsfähige Gemische bilden können, elektrische lei Netzgeräte oder sonstige, die Schutzeinrichtung Armaturen, Regelglieder, Meßgeräte oder sonstige speisende Einrichtung benötigt, sondern daß die elektrische Schaltungselemente untergebracht sein Schutzeinrichtung einfach als passiver Vierpol an bemüssen. Werden in diesem Falle keine besonderen liebiger Stelle in den Stromkreis eingeschaltet werden Schutzmaßnahmen getroffen, so kann infolge einer 15 kann. Weiterhin bietet sie eine sichere Gewähr gegen plötzlichen Überspannung oder eines Kurzschlusses Überströme und Überspannungen. Die erfindungsgeentweder eine Funkenbildung oder, wenn bei Kurz- mäße Schutzeinrichtung weist darüber hinaus auch Schluß der Verbraucher nicht abgeschaltet wird, eine keine Speicher für elektrische oder magnetische übermäßige Erwärmung herbeigeführt werden, so daß Ladungen auf, sie kann also sowohl im explosionsauf diese Weise eine Explosionsgefahr besteht. 20 gefährdeten als auch im nicht explosionsgefährdeten Über die Verwendung von elektrischen Betriebs- Raum angebracht sein. Besonders vorteilhaft ist es, mitteln in explosionsgefährdeten Teilen solcher die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung als fertig geRäume bzw. über den Betrieb von Meß- und Regel- schaltetes Bauelement in Form etwa eines normgeanlagen speziell gibt es eine Anzahl von im VDE-Vor- rechten Kästchens mit Eingangs- und Ausgangsklemschriftenwerk zusammengefaßten technischen Sicher- 25 men zu verwenden, so daß sie überall dort durch heitsbestimmungen. So ist es üblich, den elektrischen einfaches Auftrennen der Leitungen dazwischenge-Stromkreis aufzutrennen in einen Teil außerhalb des schaltet werden kann, wo die Möglichkeit einer explosionsgefährdeten Raumes und in einen Teil, der Explosionsgefahr besteht.It is often the case that explosion hazard diodes are connected to protective earth. ten rooms in which, depending on the operational A particular advantage of the invention Gases, vapors or dusts with the air ίο protective device is to be seen in the fact that it is not explosive Mixtures can form, electrical lei power supply units or other protective devices Fittings, control elements, measuring devices or other feeding equipment required, but that the electrical circuit elements housed its protective device simply as a passive four-pole at must. In this case, no special dear place in the circuit will be switched on Protective measures are taken, as a result of a 15 may. Furthermore, it offers a secure guarantee against sudden overvoltage or short circuit overcurrents and overvoltages. The invention either sparks or, if the protective device is short, also In the end the consumer is not switched off, a no memory for electrical or magnetic Excessive heating can be brought about, so that charges rise, so they can both be explosive this way there is a risk of explosion. 20 endangered as well as non-explosive Be appropriate about the use of electrical operating space. It is particularly advantageous average the protective device according to the invention as finished rooms in potentially explosive parts or via the operation of a measuring and control-switched component in the form of a standardized system, for example In particular, there are a number of small boxes in the VDE front right with input and output lettering use summarized technical safeguards so that they can go through there regulations. So it is common for the electrical circuit to be simply disconnected split into a part outside the can be switched where the possibility of one potentially explosive room and a part where there is a risk of explosion.

sich in der explosiven Atmosphäre befindet. Dieser Ein weiterer Vorteil der angegebenen passiven letztere als eigensicherer Stromkreis bezeichnete Teil 30 Vierpolschaltung, insbesondere in seiner Verwendung ist besonderen Sicherheitsvorschriften unterworfen, als geschlossenes Schaltungselement, gegenüber den damit in diesem Stromkreis keine unzulässigen Be- üblichen aktiven Trennverstärkern ist der, daß eine triebszustände auftreten können, die eine Gefahr für Begrenzung von freien Leitungslängen bei eigensiche-Gesundheit und Sachwerte darstellen. ren Stromkreisen entfällt, da die erfindungsgemäße So ist es bekannt, die Abtrennung bzw. Abriege- 35 Schutzeinrichtung beispielsweise in bestimmten Ablung des sich im nicht explosionsgefährdeten Raum ständen in den Leitungszug eingeschaltet werden befindlichen Teils der elektrischen Anlage von dem kann, so daß es möglich ist, beliebige Leitungslängen eigensicheren Stromkreis durch aktive Trennstufen bis zu einem zentralen Schaltraum zu installieren, bzw. durch Trennverstärker vorzunehmen, wobei zur Normalerweise ist die freie Leitungslänge bei explo-Potentialtrennung darüber hinaus noch Transforma- 40 sionsgeschützten Anlagen auf eine bestimmte zulästoren eingesetzt werden. Die Aufgabe solcher Trenn- sige Kapazität begrenzt, die die Leitungen gegeneinstufen besteht in der Verhinderung des Übertritts von ander und gegen Erde bilden.is in the explosive atmosphere. This Another advantage of the specified passive the latter, referred to as an intrinsically safe circuit, part 30, four-pole circuit, especially in its use is subject to special safety regulations, as a closed circuit element, compared to the so that there are no impermissible, customary active isolating amplifiers in this circuit Operating states can occur which pose a risk of limitation of free cable lengths in the case of intrinsically safe health and represent material assets. Ren circuits are omitted, since the inventive So it is known, the separation or locking 35 protective device, for example, in certain separation in the non-hazardous area are switched on in the cable run located part of the electrical system of the, so that it is possible to use any cable lengths install an intrinsically safe circuit through active isolating stages up to a central control room, or by means of an isolating amplifier, whereby normally the free cable length is required for explos potential isolation In addition, there are still 40 transformation-protected systems to a specific allowance can be used. The task of such separating capacitance is limited, which classify the lines against each other consists in the prevention of the crossing of each other and against earth form.

plötzlichen Überspannungen oder Überströmen, die Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schutzaus irgendwelchen Gründen in der elektrischen An- einrichtung ist somit auch bei Anlagen möglich, bei lage auftreten und auch in den eigensicheren Strom- 45 denen erst im nachherein die Möglichkeit einer kreis hinüberwirken könnten. Außerdem sollen Span- Explosionsgefahr, beispielsweise durch das unvorhernungs- bzw. Stromverschleppungen in den zu gesehene Auftreten von Gasen und Stäuben, beim Verschützenden Stromkreis unmöglich gemacht werden. arbeiten neuer Materialien auftritt. Ist bei diesen An-Wichtig ist dabei, daß die Elemente der eigensicheren lagen eine Neuinstallation nicht möglich oder nicht Stromkreise nur eine begrenzte Speichermöglichkeit 50 rentabel, so brauchen lediglich die Leitungen auffür elektrische Ladungen aufweisen, was sowohl für geschnitten und der erfindungsgemäße passive Vierden Leerlauf, den Erdschluß- und den Kurzschluß- pol eingefügt zu werden.sudden overvoltages or overcurrents that require the application of the protection according to the invention any reasons in the electrical installation is therefore also possible with systems situation occur and also in the intrinsically safe currents 45 which only afterwards the possibility of a circle could work over. In addition, there should be a risk of chip explosion, for example due to the unpredictable or current carryover in the seen occurrence of gases and dusts in the case of the person protecting them Circuit can be made impossible. work of new materials occurs. Is an-important with these is that the elements of the intrinsically safe lay a reinstallation is not possible or not Circuits only have a limited storage capacity 50 profitable, so only the lines need to be used for Have electrical charges, which is for both cut and the passive Vierden according to the invention Open circuit, the earth fault and the short circuit pole to be inserted.

fall gilt. Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsge-Anordnungen, die diese Bedingungen erfüllen, sind mäßen Schutzeinrichtung werden im folgenden an zumeist aufwendig und teuer. Aufgabe der Erfindung 55 Hand der Zeichnung ausführlich beschrieben. In der ist es, eine Schutzeinrichtung zum Trennen von eigen- Abbildung ist die erfindungsgemäße Schutzeinrichsicheren und nicht eigensicheren Stromkreisen bei tung durch die gestrichelte Umrandung kenntlich geÜberspannungen oder Überströmen vorzusehen, die macht. Sie verbindet den Block 10 mit den elektriin beiden Teilen verwendet und kostensparend und sehen Schaltungselementen 5 bis 7, die sich im exploohne großen Aufwand hergestellt werden kann. Sie 60 sionsgefährdeten Raum befinden, d. h. einer explosimuß weiterhin die oben aufgeführten Bedingungen ven Atmosphäre direkt ausgesetzt sind. Dieser erfüllen. Die Erfindung geht dabei aus von einer Ein- explosionsgefährdete Raum soll sich in der Zeichrichtung zum Schutz von in explosionsgefährdeten nung links der Trennungslinie erstrecken. Block Räumen befindlichen Verbrauchern und/oder Meß- kann beispielsweise ein Regler sein, der ein Magnetwertgebern in der eingangs genannten Schaltung und 65 ventil 5 betätigt oder auch einfach ein Netzgerät, das besteht darin, daß in den Leitungen zwischen dem einen Heizwiderstand 7 mit Strom versorgt. Block im explosionsgefährdeten Raum befindlichen Schal- liegt außerhalb des explosionsgefährdeten Raumes, tungselement (Ventil, Thermoelement) und dem In diesem Falle handelt es sich um Einrichtungen,case applies. Structure and mode of operation of the erfindungsge arrangements, which meet these conditions are moderate protective devices are given below mostly time-consuming and expensive. Object of the invention 55 hand of the drawing described in detail. In the is a protective device for separating self-image is the protective device according to the invention and non-intrinsically safe circuits with overvoltages indicated by the dashed border or to provide overcurrents that power. It connects the block 10 with the electric both parts used and cost-saving and see circuit elements 5 to 7, which are in the exploohne great effort can be produced. You are in a hazardous area, d. H. an explosive must continue to be exposed to the above-mentioned conditions directly in the atmosphere. This fulfill. The invention is based on a room at risk of explosion should be in the direction of the drawing to protect in potentially explosive areas to the left of the dividing line. block Consumers located in rooms and / or measuring can be, for example, a controller that has a magnetic value transmitter in the circuit mentioned above and 65 actuated valve 5 or simply a power supply unit that is that in the lines between the one heating resistor 7 is supplied with current. block The switchgear located in the potentially explosive area is outside the potentially explosive area, processing element (valve, thermocouple) and the In this case it concerns devices,

die die im explosionsgefährdeten Raum befindlichen Stromverbraucher speisen; es ist auch denkbar, einen Meßwertgeber 6, beispielsweise ein Thermoelement, über die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung mit weiteren Geräten zu verbinden, nämlich beispielsweise mit einer Thermoelement-Bruchanzeige 11, die den intakten Stromkreis überwacht. Auch in diesem Falle können plötzliche Überspannungen an dem Meßwertgeber auftreten — beispielsweise wird bei der Thermoelementbruchüberwachung ein Wechselstrom über das Thermoelement geschickt -— so daß ein Abblockieren notwendig ist. An welcher Stelle die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung angebracht ist, ob im explosionsfreien Raum oder ob sie sich zusammen mit dem zu schützenden Verbraucher im explosionsgefährdeten Raum befindet, ist nicht von Bedeutung.those located in the potentially explosive area Feed electricity consumers; it is also conceivable to use a transducer 6, for example a thermocouple, to connect to other devices via the protective device according to the invention, namely for example with a thermocouple break indicator 11, which monitors the intact circuit. Also in this In the event of sudden overvoltages on the transducer - for example, is the thermocouple break monitor sent an alternating current over the thermocouple - so that blocking is necessary. At which point the protective device according to the invention is attached is whether in the explosion-free area or whether it is located together with the consumer to be protected in the explosive area is not important.

Im einzelnen besteht die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung aus zwei Strombegrenzungsschaltungen, die sich symmetrisch aufgebaut in jedem Leitungszug befinden und den durch sie fließenden Strom auf einen ungefährlichen Wert begrenzen. Dazu ist dann jeweils noch jede Leitung durch zwei parallelgeschaltete Zenerdioden 3 und 4 bzw. 3' und 4' mit Schutzerde verbunden. Vor den Zenerdioden in Richrung auf das Schaltelement 10 ist noch je eine Feinsicherung 2 bzw. 2' angeordnet. Alle Schaltungselemente innerhalb des passiven erfindungsgemäßen Schutzvierpols sind doppelt vorhanden, damit bei Bruch oder Störung eines dieser Schaltungselemente die Betriebssicherheit erhalten bleibt.In detail, the protective device according to the invention consists of two current limiting circuits, which are symmetrically constructed in each cable run and show the current flowing through them limit a safe value. In addition, each line is then connected by two in parallel Zener diodes 3 and 4 or 3 'and 4' connected to protective earth. In front of the Zener diodes in the direction A microfuse 2 or 2 'is arranged on the switching element 10. All circuit elements within the passive protective quadrupole according to the invention are available twice, so with Breakage or malfunction of one of these circuit elements, the operational safety is maintained.

Die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung ist folgende:The protective device works as follows:

Unzulässige Spannungserhöhungen an den Klemmen 12 oder 13 werden durch die parallelgeschalteten Zenerdioden 3 und 4 bezw. 3' und 4' abgefangen. Eine dabei möglicherweise auftretende unzulässige Erwärmung der Dioden wird durch die vorgeschalteten Feinsicherungen 2 und 2' verhindert, die nach einer je nach Stromhöhe bestimmten Zeit abschalten. Das ist auch der Fall, wenn etwa eine der Dioden, beispielsweise durch äußere Einwirkung, kurzschließt.Impermissible voltage increases at terminals 12 or 13 are caused by the parallel-connected Zener diodes 3 and 4 respectively. 3 'and 4' intercepted. An impermissible one that may arise The upstream microfuses 2 and 2 'prevent the diodes from heating up switch off at a certain time depending on the current level. This is also the case if, for example, one of the Diodes, for example by external influence, short-circuits.

Tritt, beispielsweise durch einen Betriebsschaden, bei einem Verbraucher 5 oder 7 im explosionsgefährdeten Raum ein Kurzschluß auf, so sorgt die der Zenerdiode nachgeschaltete Transistorhalbleiterschaltung 1 bzw. 1' für eine wirksame Strombegrenzung innerhalb vorgegebener Grenzen. Der Strom fließt bei den Schaltungen 1 bzw. 1', die als passive Zweipole wirken, über die Emitter-Kollektorstrecke der Transistoren 8 bzw. 8' und die jeweiligen Emitterwiderstände. Steigt der Strom infolge einer Störung an, so wird der Spannungsabfall über dem Emitterwiderstand der Transistoren immer größer, so daß schließlich die Zenerdiodenspannung überwunden wird und das Basispotential des Transistors diesen mehr und mehr in Sperrichtung treibt, so daß der Strom durch die gesamte Schaltung auf einen noch zulässigen Wert begrenzt wird. Solche Strombegrenzungsschaltungen sind an sich schon zur Verhinderung einer Überlastung von Netzgeräten bei einem Kurzschluß bekannt. Ihre Anwendung im Rahmen eines passiven Sicherheitsvierpols zur Verwendung in explosionsgefährdeten Räumen oder zur Vorschaltung an Verbraucher, die sich in explosionsgefährdeten Räumen befinden, bringt jedoch gegenüber den sonst üblichen, beispielsweise aus aktiven Elementen aufgebauten Trennstufen beträchtliche Vorteile, da sie keine Trenntransformatoren, Netzteile, Gleichrichter u. dgl. benötigen.Occurs, for example due to operational damage, in the case of a consumer 5 or 7 in the potentially explosive area If there is a short circuit, the transistor semiconductor circuit connected downstream of the Zener diode takes care of it 1 or 1 'for effective current limitation within specified limits. The current flows in the circuits 1 and 1 ', which act as passive two-pole, via the emitter-collector path of the transistors 8 and 8 'and the respective emitter resistors. If the current increases as a result of a fault on, the voltage drop across the emitter resistance of the transistors is always greater, so that finally the zener diode voltage is overcome and the base potential of the transistor this more and more in the reverse direction, so that the current through the entire circuit is still on one permissible value is limited. Such current limiting circuits are in themselves already used to prevent overloading of power supply units Short circuit known. Your application in the context of a passive safety quadruple for use in areas at risk of explosion or for connection to consumers located in areas where there is a risk of explosion Spaces are, however, compared to the usual, for example active elements built-up isolating stages have considerable advantages, as they do not have any isolating transformers, power supplies, Rectifiers and the like need.

Das Patentbegehren erstreckt sich nur auf die Gesamtheit der im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale. The patent request only covers the entirety of the features contained in claim 1.

Claims

Patent claims:

1. Device for the protection of potentially explosive atmospheres Consumers and / or transducers located in rooms, which are connected via lines with disconnecting and / or current-limiting means are connected to circuit parts outside the potentially explosive area, thereby marked that in the lines (12, 13) between the explosion-proof circuit element located in the endangered room (valve 5, thermocouple 6, heating resistor 7) and the circuit element located outside the potentially explosive area (controller 10, thermocouple break monitoring 11) in each line one consisting of transistors (8,8 ') Current limiting circuit (1,1 ') and a microfuse (2, 2') is arranged and that between current limiting circuit (1,1 ') and microfuse (2, 2') each of the lines (12,13) is connected to protective earth via two parallel-connected Zener diodes (3, 4 or 3 ', 4').

2. Device according to claim 1, characterized in that the current limiting circuit (1, 1 ') consists of a longitudinally connected transistor (8, 8') via its collector-emitter path the useful current flows and a zener diode via its base-emitter path (9, 9 ') is switched, which switches through when the highest permissible current is exceeded and the Transistor locks.

3. Device according to claim 2, characterized by the use as a passive safety quadrupole, which is adapted to the other circuit elements in the form of a printed circuit and, preferably afterwards, can be interconnected at any point in lines.

1 sheet of drawings