RU2055437C1

RU2055437C1 - Method of and device for spark-proof switching of electric circuits in explosion-hazard atmospheres

Info

Publication number: RU2055437C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Викторович Давыдов; Вилен Маерович Листвинский; Александр Александрович Сорокин
Original assignee: Виктор Викторович Давыдов; Вилен Маерович Листвинский; Александр Александрович Сорокин
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: method involves conversion of energy of sparking power supply in primary sparking circuit into high-frequency current energy, monitoring of spark-safe parameters, electric isolation of primary sparking circuit from secondary spark-safe circuit, and energy transfer from primary sparking circuit to secondary spark-safe circuit through high-frequency magnetic flux. Switching operations are effected by opening magnetic flux between primary sparking circuit and secondary spark-safe circuit. Device has D.C. current supply, D.C. to high-frequency a. c. converter incorporating control circuit that functions to monitor spark-safe parameters, and transformer with core, input and output windings affording electric isolation between primary sparking circuit and secondary spark-safe circuit. Transformer core is built up of two separable members; sparking input winding is wound on one member and spark-safe output winding, on other member. EFFECT: enlarged functional capabilities. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аппаратуре, работающей во взрывоопасных средах на предприятиях горной, нефтехимической и газовой промышленности. The invention relates to electrical engineering and can be used in equipment operating in explosive atmospheres at the enterprises of the mining, petrochemical and gas industries.

Известен способ обеспечения искробезопасности, согласно которому осуществляют контроль параметров нагрузки и ее отключения при возникновении аварийного процесса [1] Недостаток способа низкая коммутируемая искробезопасная мощность, так как во взрывоопасной атмосфере происходит коммутация электрической цепи. There is a method of ensuring intrinsic safety, according to which the load parameters are monitored and its disconnection occurs in the event of an emergency process [1] The disadvantage of this method is low switched intrinsically safe power, since an electrical circuit is switched in an explosive atmosphere.

Известен также способ обеспечения искробезопасности при коммутации электрической цепи, при котором энергию искроопасного источника питания в первичной искроопасной цепи преобразуют в энергию высокочастотного переменного тока, с помощью схемы управления контролируют искробезопасные параметры в первичной искроопасной цепи, гальванически разделяют первичную искроопасную цепь от вторичной искробезопасной цепи и передачу энергии из первичной искроопасной цепи во вторичную искробезопасную цепь осуществляют через высокочастотный магнитный поток, а коммутацию осуществляют путем отключения цепей управления [2]
Недостаток способа низкая допустимая коммутируемая искробезопасная мощность во взрывоопасной атмосфере (не более 1-10 Вт). Кроме того, этот способ сохраняет опасность поражения электрическим током при коммутации, в особенности в подземных выработках газоопасных шахт, следовательно, требует особых условий эксплуатации в сложной горно-геологической обстановке. Пускорегулирующая аппаратура, которая питает силовое оборудование, например угольный комбайн, конвейер и другие, питает также и искробезопасные устройства автоматики, контроля, связи. Поэтому для того, чтобы произвести ремонт или замену средств автоматики, необходимо предварительно отключить пускорегулирующую аппаратуру и, следовательно, остановить силовое электрооборудование. Такие остановки приводят к существенным экономическим потерям и требуют проведения специальных организационных мероприятий по работе с электрооборудованием в сложных производственных условиях.There is also a method of ensuring intrinsic safety during electrical circuit switching, in which the energy of an intrinsically hazardous power source in a primary intrinsically hazardous circuit is converted to high-frequency alternating current energy, the intrinsically safe parameters in the primary intrinsically hazardous circuit are controlled using a control circuit, and the primary intrinsically hazardous circuit is galvanically separated from the secondary intrinsically safe circuit and transmission energy from the primary spark-hazardous circuit to the secondary intrinsically safe circuit is carried out through a high-frequency mag thread flow, and switching is carried out by disconnecting control circuits [2]
The disadvantage of this method is the low permissible switched intrinsically safe power in an explosive atmosphere (no more than 1-10 W). In addition, this method retains the danger of electric shock during switching, especially in underground workings of gas-hazardous mines, therefore, it requires special operating conditions in difficult geological conditions. The control gear that powers the power equipment, such as a coal processor, conveyor, and others, also feeds intrinsically safe automation, control, and communication devices. Therefore, in order to repair or replace automation equipment, it is necessary to first turn off the ballast equipment and, therefore, stop the power electrical equipment. Such stops lead to significant economic losses and require special organizational measures to work with electrical equipment in difficult production conditions.

Цель изобретения повышение допустимой коммутируемой искробезопасной мощности, повышение общей безопасности эксплуатации электрооборудования, упрощение эксплуатации электрооборудования. The purpose of the invention is to increase the permissible intrinsically safe switched power, increase the overall safety of electrical equipment, simplify the operation of electrical equipment.

Для достижения указанного технического результата в способе обеспечения искробезопасности при коммутации электрической цепи во взрывоопасной атмосфере, при котором энергию искроопасного источника питания в первичной искроопасной цепи преобразуют в энергию высокочастотного переменного тока, контролируют искробезопасные параметры, гальванически разделяют первичную искроопасную цепь от вторичной искробезопасной цепи и передают энергию от первичной искроопасной цепи во вторичную искробезопасную цепь через высокочастотный магнитный поток, прекращают преобразование энергии искроопасного источника в энергию высокочастотного переменного тока и одновременно коммутируют нагрузку путем размыкания высокочастотного магнитного потока между первичной искроопасной и вторичной искробезопасной цепями. To achieve the specified technical result in a method of ensuring intrinsic safety when switching an electrical circuit in an explosive atmosphere, in which the energy of an intrinsically hazardous power source is converted into high-frequency alternating current energy, the intrinsically safe parameters are controlled, the primary intrinsically safe circuit is galvanically separated from the secondary intrinsically safe circuit and the energy is transferred from the primary spark-hazardous circuit to the secondary intrinsically safe circuit via a high-frequency magnetic flow, stop the conversion of the energy of the spark source into the energy of the high-frequency alternating current and at the same time commute the load by opening the high-frequency magnetic flux between the primary spark and secondary intrinsically safe circuits.

Указанная совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает существенное повышение коммутируемой искробезопасной мощности до 50-100 Вт за счет исключения разрыва силовой электрической цепи. Кроме того, обеспечивается полная безопасность коммутации, так как исключается электрическое искрение при размыкании магнитного потока и не возникают перенапряжения во всех контурах коммутируемой электрической цепи. The specified set of essential features of the invention provides a significant increase in switched intrinsically safe power up to 50-100 watts due to the exclusion of a break in the power circuit. In addition, complete switching safety is ensured, since electric sparking is excluded when the magnetic flux is opened and no overvoltage occurs in all circuits of the switched electric circuit.

Схема устройства, реализующего способ, приведен на фиг.1 и 2. A diagram of a device that implements the method is shown in figures 1 and 2.

Устройство содержит источник постоянного тока 1, соединенный через преобразователь 2 со схемой управления 3, с первичной искроопасной входной обмоткой 4, намотанной на первый элемент 6 сердечника трансформатора. Вторичная искробезопасная выходная обмотка 5 намотана на второй элемент 7 сердечника трансформатора и через линию связи 8 соединена с нагрузкой 9. The device comprises a direct current source 1, connected through a converter 2 to a control circuit 3, with a primary spark-hazardous input winding 4, wound on the first element 6 of the transformer core. The secondary intrinsically safe output winding 5 is wound on the second element 7 of the transformer core and is connected to the load 9 through a communication line 8.

Схема управления 3 представляет собой генератор, обеспечивающий работу преобразователя 9, и схему защиты по току и напряжению, управляющую преобразователем так, что превышение допустимых напряжения и тока в первичной искроопасной цепи приводит к остановке преобразователя. The control circuit 3 is a generator that ensures the operation of the converter 9, and a current and voltage protection circuit that controls the converter so that exceeding the permissible voltage and current in the primary spark-hazardous circuit causes the converter to stop.

Сердечник трансформатора может быть выполнен составным из нескольких разделяемых элементов, которые объединены в единую магнитную систему с общим магнитным потоком, содержащую несколько искроопасных обмоток, питающих несколько искробезопасных обмоток (например, при питании искроопасных обмоток от сети и от резервных аккумуляторов нескольких нагрузок, подключенных к соответствующим искробезопасным обмоткам). The transformer core can be made of several shared elements that are combined into a single magnetic system with a common magnetic flux, containing several spark-hazardous windings supplying several spark-safe windings (for example, when supplying spark-hazardous windings from the mains and from backup batteries of several loads connected to the corresponding intrinsically safe windings).

Сердечник трансформатора может быть выполнен также составным из по меньшей мере двух разделяемых элементов, при этом один из элементов выполнен из немагнитного материала, который обеспечивает разрыв магнитного потока сердечника. The core of the transformer can also be made composite of at least two separable elements, while one of the elements is made of non-magnetic material, which provides a break in the magnetic flux of the core.

Устройство работает следующим образом. В номинальном режиме энергия искроопасного источника постоянного тока 1 преобразуется в высокочастотный переменный ток в преобразователе 2. Схема управления 3 преобразователя обеспечивает контроль искробезопасных параметров (тока и напряжения) во входной цепи, не допуская превышения тока и напряжения выше предельных значений в цепи первичной искроопасной обмотки 4, намотанной на первом элементе 6 сердечника трансформатора. На вторичную искробезопасную обмотку 5, намотанную на второй элемент 7 сердечника трансформатора, передается ограниченная в первичной цепи искробезопасная мощность, которая по линии связи поступает в нагрузку 9. The device operates as follows. In the nominal mode, the energy of the spark-hazardous DC source 1 is converted into high-frequency alternating current in the converter 2. The control circuit 3 of the converter provides control of the intrinsically safe parameters (current and voltage) in the input circuit, avoiding excess current and voltage above the limit values in the primary spark-hazardous circuit 4 wound on a first transformer core element 6. An intrinsically safe power limited in the primary circuit is transmitted to the secondary intrinsically safe winding 5, wound on the second element 7 of the transformer core, which is supplied to the load 9 via the communication line.

Для коммутации цепи производят размыкание магнитного потока: первый элемент 6 сердечника трансформатора и второй элемент 7 сердечника трансформатора отделяют друг от друга путем их разделения по плоскости А-А (см. фиг.1). Между элементами 6 и 7 может быть введен дополнительный немагнитный элемент или элемент с малой магнитной проницаемостью. При этом происходит уменьшение магнитного потока, наведенного первичной обмоткой во вторичную. В результате во вторичной цепи и в нагрузке 9 ток прекращается. For switching the circuit, the magnetic flux is opened: the first element 6 of the transformer core and the second element 7 of the transformer core are separated from each other by their separation along the plane AA (see figure 1). An additional non-magnetic element or an element with low magnetic permeability can be introduced between elements 6 and 7. In this case, there is a decrease in the magnetic flux induced by the primary winding into the secondary. As a result, in the secondary circuit and in the load 9, the current stops.

Разделение сердечника трансформатора вызывает уменьшение сопротивления первичной обмотки и увеличение тока в первичной цепи, что приводит к срабатыванию защиты по току и запиранию преобразователя 2. В результате обмотка 4 первого элемента 6 сердечника трансформатора обтекается минимальным током источника питания 1. Separation of the transformer core causes a decrease in the resistance of the primary winding and an increase in current in the primary circuit, which leads to the actuation of the current protection and blocking of the converter 2. As a result, the winding 4 of the first element 6 of the transformer core is wrapped around the minimum current of the power source 1.

При соединении элементов 6 и 7 сердечника трансформатора генерация преобразователя возобновляется и нагрузка 9 вновь обтекается номинальным рабочим током. When connecting elements 6 and 7 of the transformer core, the generation of the converter resumes and the load 9 again flows around the rated operating current.

Claims

1. A method of ensuring intrinsic safety when switching an electrical circuit in an explosive atmosphere, in which the energy of an intrinsically hazardous power source is converted into high-frequency alternating current energy, the intrinsically safe parameters are controlled, the primary intrinsically safe circuit is galvanically separated from the secondary intrinsically safe circuit, and energy is transferred from the primary intrinsically safe circuit into the secondary intrinsically safe circuit through a high-frequency magnetic flux, the conversion of spark energy is stopped Nogo source into high frequency AC power, characterized in that it further with termination converting non-intrinsically safe source of energy into high-frequency AC load commute by opening a high-frequency magnetic flux between the primary and secondary non-intrinsically safe intrinsically safe circuits.

2. A device for ensuring intrinsic safety when switching an electrical circuit in an explosive atmosphere, containing a direct current source, the output of which includes a DC to high frequency current converter with a control circuit and spark protection, the output of which includes an input transformer winding with a core, the output transformer winding is connected to load, characterized in that the transformer core is made up of two shared elements, with a spark wound on one element asynchronous input winding, on the second element - intrinsically safe output winding.

3. The device according to p. 2, characterized in that the transformer core is made up of several shared elements, while in the first group of elements spark-hazardous input windings are wound, and in the second group of elements - intrinsically safe output windings.