Способ взрывозащиты электрооборудования и устройство для его осуществления
Сущность изобретения заключается в том, что контролируют концентрацию взрывоопасных газов внутри оболочки электрогШ оборудования сравнивают текущую концентрацию с двумя пороговыми значениями и снижают концентрацию взрывоопасных газов путем их изложения на поверхности термокаталитического окислителя. Если текущее значение концентрации меньше порога максимально допустимой концентрации , но больше порога минимальной допустимой концентрации, то производят окисление горючего углеводородного компонента и разрешают включение электроустановки , При снижении концентрации горючего углеводородного компонента ниже минимального допустимого порогового значения прекращают окисление. Окисление концентрации горючего углеводородного компонента производят на основе измерения приращений продуктов его окисления . Устройство содержит измерительный СО с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 F 9/00
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(21) 4892496/03 (22) 30;10.90 (46) 23.03.93. Бюл. М 11 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (72) А.И,Пархоменко, Л.Б.Резник, А.Е,Погорельский, Н.А.Черников, М.В;Хорунжий, А.Б.Кац, Б.Л.Коринев и В.И.Серов (56) Авторское свидетельство СССР
hb 1745972, кл. Е 21 F 9/00, 1991. (54) СПОСОБ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Сущность изобретения заключается в том, что контролируют концентрацию взрывоопасных газов внутри оболочки электро мт .1М. Ж 18О3586 А1 оборудования сравнивают текущую концентрацию с двумя пороговыми значениями и снижают концентрацию взрывоопасных газов путем их изложения на поверхности термокаталитического окислителя, Если текущее значение концентраций меньше порога максимально допустимой концентрации, но больше порога минимальной допустимой концентрации, то производят окисление горючего углеводородного компонента и разрешают включение электроустановки, При снижении концентрации горючего углеводородного компонента ниже минимального допустимого порогового значения прекращают окисление. Окисление концентрации горючего углеводородного компонента производят на основе измерения приращений продуктов его окисления, Устройство содержит измерительный
1803586
20
25 следующим образом
l орган газовой защиты 1, искробезопасный источник питания 2, блокировочный элемент 3, защитный аппарат 4, опросный блок
5, защитную оболочку облегченного типа 6, вспомогательную взрывонепроницаемую оболочку 7, функциональное электрооборудование 8, датчики концентрации углекисИзобретение относится к электрооборудованию, предназначенному для работы во взрывоопасных условиях, например взрывозащищенному электрооборудованию в угольной, химической, нефтеперерабатывающей и других, отраслях промышленности.
Целью изобретения является повышение безопасности и экономичности при обеспечении взрывозащищенности электрооборудования.
На фиг,1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа взрывозащиты электрооборудования; на фиг.2 — блок-схема алгоритма работы способа.взрывозащиты; на фиг.3 — пример реализации схемы датчика влажности.
Устройство для реализации способа .взрывозащиты электрооборудования (см. фиг,1) содержит измерительный орган газовой защиты 1, искробезопасный источник питания 2, блокировочный элемент 3, защитный аппарат 4, опросный блок 5, защит. ную оболочку облегченного.типа 6, вспомогательную взрывонепроницаемую оболочку7, функциональное электрооборудование 8, датчики концентрации углекислого газа .9 и влажности 10, термокаталитический окислитель углеводородного компонента 11, датчик температуры 12, низковольтный источник питания 13, источник пйтания окислителя 14, коммутационный блок 15, блок выдержки времени 16 и,источник переменного тока 17.
В соответствии со способом измерительный орган газовой защиты 1 подключен к искробезопасному источнику питания 2 и через опросный -блок 5 к блокировочному элементу 3, связанному с защитным аппаратом 4 функционального электрооборудования 8; Датчики концентрации углекислого газа 9 и влажности 10, термокаталитический окислитель углеводородного компонента
11, датчик температуры 12 и низковольтныи источник питания 13, расположены так же, как и функциональное электрооборудование 8, измерительный орган газовой защиты 1 и опросный блок 5, в защитной оболочке облегченного типа 6. Источник пилого газа 9 и влажности 10, окислитель углеводородного компонента 11, датчик температуры 12, низковольтный источник питания 13, источник питания окислителя 14, коммутационный блок 15, устройство выдержки времени
16 и источник питания переменного тока 17. . 2 с.п,ф-лы, 1 з.п.ф-лы, 3 ил. тания окислитель 14, коммутационный блок
15 и блок выдержки времени 16 размещены во вспомогательной взрывонепроницаемой оболочке 7 совместно с упомянутым защитным аппаратом 4 и блокировочным элементом 3. Выходы датчиков углекислого газа 9 и влажности 10, а также датчик температуры
12, установленный на рабочей поверхности термокаталитического окислителя углеводородного компонента 11, подключены к входам опросного блока 5, выполненного, например, в виде микропроцессорного контроллера, дополнительный выход которого соединен с управляющим входом коммута- ционного блока 15. Источник питания окислителя 14 связан через коммутационный блок 15 с термокаталитическим окислитеJlGM углеводородного компонента 11, Измерительный орган газовой защиты 1 дополнительно подключен к входу блока выдержки времени 16, выход которого соединен с.управляющим входом блокировочного элемента 3. Независимый искробезопасный источник питания 2 и источник питания окислителя 14 непосредственно, а низковольтный источник питания 13 и функциональное электрооборудование 8 через защитный аппарат 4, подключены к источнику переменного тока 17.
30 .. Способ взрывозащиты осуществляют
Воздействие на взрывоопасную среду внутри защитной оболочки облегченного типа с целью поддержания в ней концентрации горючего углеводородного компонента ниже установленного допустимого уровня производят с помощью термокаталитического окислителя, результат работы. которого контролируют по приращениям концентраций продуктов окисления углеводородов: углекислого газа и влажности. Управление; термокаталитическим окислителем выполняют на основании анализа этих приращений таким образом, что окислитель находится во включенном состоянии до тех пор, пока концентрация горючего углеводородного компонента превышает установ- . ленный допустимый уровень.
1803586
В соответствии со способом, алгоритм функционирования которого изображен на фиг.2, устройство для реализации способа. взрывоэащиты силовой электроустановки работает следующим образом, Сетевое на- 5 пряжение от источника питания переменного тока 17 поступает на вход искробезопасного источника питания 2, защитного аппарата 4 и источника питания окислителя 14, размещенных во взрывонепроницаемой оболочке 10
7, В начале процесса включения силовой электроустановки защитный аппарат 4 находится в отключенном состоянии, а коммутационный блок 15 во включенном состоянии. Следовательно в защитную обо- 15 лочку облегченного типа 6 в первый момент времени подается только питание:измерительного органа газовой защиты 1 непосредственно от искробезопасного источника питания 2 и напряжение питания термока- 20 талитического окислителя углеводородного компонента 11 от источника 14 через коммутационный блок 15.
Измерительный орган газовой защиты ния уплотнения оболочки, поэтому в этом 45
Ck4+ 202 C0z+ 2Н20
1 производит предварительный контроль взрывоопасной среды внутри оболочки облегченного типа 6 и в случае превышения концентрацией горючего углеводородного компонента установленного порогового значения запрещает через блок выдержки времени 16 и блокировочный элемент 3 включение защитного аппарата 4, предотвращая тем самым подачу сетевого напряжения переменного тока от источника питания
17 в оболочку 6. Блок выдержки времени 16 в канале управления защитным аппаратом
4 обеспечивает воэможность управления этим аппаратом только после выхода измерительного органа газовой защиты 1 в режим достоверного измерения концентрации горючего углеводородного компонента. Срабатывание газовой защиты при первоначальном включении силовой электроустановки, как правило, происходит по причине повреждережиме предусматривается сигнализация
"Неисправность уплотнения", Термокаталитический окислитель углеводородного компонента 11, взрывозащищен ность которого обеспечивается собственными средствами защиты, например, взрывонепроницаемой оболочкой со щелевыми зазорами, включается в работу одновременно с измерительным органом газовой защиты 1 и осуществляют разложение горючего углеводородного компонента, например метана, в соответствии с уравнением
Если в результате работы термокаталитического окислителя углеводородного компонента 11 или по причине отсутствия метана концентрация горючего углеводородного компонента окажется ниже величины установленного порога срабатывания измерительного органа газовой защиты 1, то производится включение защитного аппарата 4 и функциональное электрооборудование 8 силовой электроустановки может быть включено в работу. При этом к источнику переменного тока 13, который обеспечивает работу целей управления функционального электрооборудования 8 и элементов, выполняющих измерение концентрации горючего углеводородного компонента: Датчиков углекислого. газа 9 и влажности 10, а также опросного блока 5, выполненного в виде микропроцессорного контроллера.
В дальнейшем функции управления взрывоопасной средой внутри оболочки облегченного типа 6 осуществляются опросным блоком 5, в памяти программ которого заложен алгоритм способа взрывозащиты, а также следующие константы; С1 — большее из пороговых значений приращения концентрации углекислого газа СО2, С2 — меньшее из пороговых значений приращения концентрации углекислого газа СО2;
Н1 — большее из пороговых значений приращения влажности;
Нг — меньшее из пороговых значений приращения влажности;
r1 — интервал времени нагрева термокаталитического окислителя углеводородного компонента; т — интервал времени активной работы термокаталитического окислителя углеводородного компонента; т о.— интервал времени отключенного состояния термокаталитического окислителя углеводородного компонента;
TM H — минимально допустимая температура рабочей поверхности термокаталитического окислителя углеводородного компонента.
Сразу после появления напряжения.на выходе низковольтного источника питания
13, опросным блоком 5 производится измерение и запоминание сигналов, поступающих от датчиков концентрации углекислого газа 9 и влажности 10. Значения этих сигналов Со и Но принимаются за номинальные величины соответствующих параметров, Затем после отсчета интервала времени нагрева
t термокаталитического окислителя углеводородн6го компонента 11 проверяется нали1803586 чие сигнала на выходе датчика температуры
12, подтверждающего, что температура рабочей поверхности окислителя превысила минимально допустимую величину Òìè о.
Если сигнал, свидетельствующий об исправности термокаталитического окислителя углеводородного компонента 11 не поступил на вход опросного блока 5, то последний через блокировочный элемент 3 отключает защитный аппарат 4 и выдает сигнал о неисправности окислителя, При наличии сигнала исправности окислителя опросный блок 5 отсчитывает интервал времени активной работы т и снова измеряет и запоминает текущее значение концентрации углекислого газа С, вычисляет Ь С=- С - Со и.сравнивает эту величину с наибольшим из установленных пороговых значений С1. Если ЛС> С1, включениесиловой электроустановки запрещается и выдается сигнал о загазованности оболочки. В случае ЬС< С1 производится сравнение
Ь С с меньшим из пороговых значений С2, при превышении которого разрешается включение силовой электроустановки и повторяется цикл измерений, начиная с измерения и запоминания начального значения концентрации COz.
Если приращение концентрации
ЬС< С2 термокаталитический окислитель углеводородного компонента может быть отключен и, после выдачи разрешения на включение силовой электроустановки, опросный блок 5 отсчитывает установленный интервал времени отключенного состояния термокаталитического окислителя углеводородного компонента хо, а затем снова повторяет цикл измерений, начиная с измерения и запоминания начального значения концентрации COz.
Для силовых электроустановок, где требуется повышенная достоверность контроля концентрации взрывоопасной среды, дополнительно может быть введено измерение приращения влажности, которым также сопровождается процесс окисления горючих углеводородов. В этом случае после того, как будет зафиксирован результат сравнения Ь С< Cz, термокаталитический окислитель не отключается, а производится измерение и запоминание величины влажности среды Н, вычисляется ее приращение
ЛН = Н - Н, которое сравнивается с наибольшим из установленных пороговых значений приращения влажности Н1, Ес -и
AH>H> — включение силовой электроустановки запрещается. В случае ЬН<Н1 про-. . изводится его сравнение с меньшим пороговым значением Н2, при превышении которого разрешается включение сидовоя электроустановки и повторяется цикл измерений, начиная с измерения и запоминания начальных значений концентрации С02 и
5 влажности. При Ь H 20 при первоначальном включении силовой части электрооборудования. Отличие заключается только в том, что вместо запрета включения опросный блок 5 при поступлении на его входы соответствующих сигналов выполняет отключение силовой части электрооборудования. Датчик влажности 10, пример схемной реализации которого представлен на фиг.3, включает в себя генератор синусоидэльного 50 напряжения 18, делитель напряжения 19 с первичным преобразователем влажностьсопротивление 20, активный выпрямитель 21 и фильтр нижних частот 22. Датчик влажности работает следующим образом. Сопротивление первичного преобразователя 20 изменяется обратно пропорционально влажности контролируемой среды. Поэтому с ростом влажности уменьшается величина напряжения, поступающего с выхода делителя напряжения 19 на вход активного выпрямителя 21. Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром нижних частот 22 и поступает нэ выход датчика влажности. Величина выходного напряжения датчика обратно пропорциональна влажности контролируемой среды. В разработанном и испытанном ВНИИВЭ датчике влажности среды внутри защитных оболочек облегченного типа применен электрический гигрометрический первичный преобразователь влажность-сопротивление нового поколения, Он представляет собой керамическую пластину с нанесенной на нее пленкой органического полупроводника, на поверхности которого выполнены два серебряных электрода, разделенных между собой тонкой зигзагообразной линией. На частоте напряжения питания 1000 Гц hepвичный преобразователь обладает линей1803586 5 15 35 45 ной зависимостью влажность-сопротивление, если амплитуда напряжения не превышает 0,5 В. При изменении влажности в пределах 80 — 980 сопротивление преобразователя изменяется от 18 до 6 кОм. Он сохраняет работоспособность при температуре окружающей среды до100 С, не боится конденсации влаги. В качестве датчика углекислого газа СОг в процессе испытаний предлагаемого способа взрывозащиты использовался оптико-акустический газоаналиэатор, В дальнейшем предполагается применить разрабатываемые в настоящее время газосигнализаторы термокондуктометрическоro типа, отличающиеся относительной простотой инструментальных средств. Использование предлагаемого способа взрывозащиты в разработках сложных видов взрывозащищенного электрооборудования, например, тиристорных преобразователей для регулируемых электроприводов, позволит применить в их конструкции унифицированные узлы и блоки аналогичных видов электрооборудования общепромышленного исполнения, обеспечит снижения материалоемкости изделий на 25-30 u трудоемкости их изготовления на 30.;.40%. С точки зрения эксплуатации достоинством способа является возможность применения легких и удобных в обслуживании прямоугольных защитных корпусов электроборудования, отсутствие в них постоянно включенных нагревательных элементов. Формула изобретения 1. Способ взрывозащиты электрооборудования, основанный на контроле концентрации взрывоопасных газов внутри оболочки электрооборудования, сравнении текущей концентрации с двумя пороговыми значениями и снижении концентрации взрывоопасных газов путем их разложения на поверхности термокаталитического окислителя,отл ича ющийся тем,что,с целью повышения безопасности и экономичности, в случае превышения текущими значениями концентрации максимального порога силовую электроустановку отключают йли запрещают ее включение, если текущее значение 50 концентрации меньше порога максимально допустимой концентрации, но больше порога минимально допустимой концентрации, то производят окисление горючего углеводородного компонейта и разрешают вклю-. 55 чение электроустанЬвки, при снижении концентрации горючего углеводородного компонента ниже минимального допустимого порогового значения — прекращают окисление. 2. Способ по п.1; отличающийся тем, что определение концентрации горючего углеводородного компонента производят на основе измерения приращений продуктов его окисления. 3. Устройство взрывозащиты электрооборудования, содернсащее измерительный орган газовой защиты, соединенный с независимым искробезопасным источником питания и с первым входом опросного блока, блокировочный элемент, выход которого соединен с первым входом защитного аппарата, а первый вход —.с выходом опросного блока, источник переменного тока, причем окислитель. углеводородного компонента, измерительный орган газовой защиты и опросный блок размещены в защитной оболочке вместе с функциональным оборудованием, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения безопасности, в него введены датчики концентрации углекислого газа и влажности, термокаталитический окислитель углеводородного компонента с датчиком температуры его рабочей поверхности и низковольтный источник питания, разме щенные в защитной оболочке, а также источ. ник питания окислителя, коммутационный блок и блок выдержки времени, размещенные во вспомогательной взрывонепроницаемой оболочке, в которой также размещены блокировочный элемент, защитный аппарат и искробезопасный аппарат питания, при этом выходы датчиков концентрации угле- . кислого газа, влажности и температуры рабочей поверхности окислителя подключены к второму, третьему и четвертому входам опросного блока, пятый вход которого соединен с выходом низковольтного источника питания, который подключен к функциональному электрооборудованию и датчикам . концентрации углекислого газа и влажности, выход измерительного органа газовой защиты через блок выдержки времени соединен с входом блокировочного элемента, источник переменного тока подключен к за- щитному аппарату, независимому искробезопасному источнику питания и источнику питания окислителя, выход которого подключен к первому входу коммутационного блока, второй вход которого соединен с вторым выходом опросного блока, выход коммутационного блока подключен к входу термокаталитического окислителя углеводородного компонента, 1803586 1803586 Составитель А.Кац Техред М.Моргентал Редактор Корректор И.Муска Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1041 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
