Способ обеспечения искробезопасности при коммутации электрической цепи во взрывоопасной атмосфере и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аппаратуре, работающей во взрывоопасных средах на предприятиях горной, нефтехимической и газовой промышленности. Способ заключается в том, что 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 передачу энергии от первичной искроопасной цепи во вторичную искробезопасную цепь осуществляют через высокочастотный магнитный поток. Коммутацию осуществляют путем размыкания магнитного потока между первичной искроопасной и вторичной искробезопасной цепями. Устройство содержит источник постоянного тока, преобразователь постоянного тока в высокочастотный переменный ток со схемой управления, контролирующей искробезопасные параметры, и трансформатор с сердечником, входной и выходной обмотками, обеспечивающими гальваническую развязку между первичной искроопасной и вторичной искробезопасной цепями. Сердечник трансформатора выполнен составным из двух разделяемых элементов, при этом на одном элементе намотана искроопасная входная обмотка, а на втором элементе - искробезопасная выходная обмотка. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аппаратуре, работающей во взрывоопасных средах на предприятиях горной, нефтехимической и газовой промышленности.

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.

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.

Цель изобретения повышение допустимой коммутируемой искробезопасной мощности, повышение общей безопасности эксплуатации электрооборудования, упрощение эксплуатации электрооборудования.

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.

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.

Схема устройства, реализующего способ, приведен на фиг.1 и 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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

При соединении элементов 6 и 7 сердечника трансформатора генерация преобразователя возобновляется и нагрузка 9 вновь обтекается номинальным рабочим током.

Формула изобретения

1. Способ 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, передают энергию от первичной искроопасной цепи во вторичную искробезопасную цепь через высокочастотный магнитный поток, прекращают преобразование энергии искроопасного источника в энергию высокочастотного переменного тока, отличающийся тем, что дополнительно с прекращением преобразования энергии искроопасного источника в энергию высокочастотного переменного тока коммутируют нагрузку путем размыкания высокочастотного магнитного потока между первичной искроопасной и вторичной искробезопасной цепями.

2. Устройство для обеспечения искробезопасности при коммутации электрической цепи во взрывоопасной атмосфере, содержащее источник постоянного тока, на выходе которого включен преобразователь постоянного тока в высокочастотный ток со схемой управления и искрозащитой, на выходе которого включена входная обмотка трансформатора с сердечником, выходная обмотка трансформатора соединена с нагрузкой, отличающееся тем, что сердечник трансформатора выполнен составным из двух разделяемых элементов, при этом на одном элементе намотана искроопасная входная обмотка, на втором элементе - искробезопасная выходная обмотка.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что сердечник трансформатора выполнен составным из нескольких разделяемых элементов, при этом на первой группе элементов намотаны искроопасные входные обмотки, а на второй группе элементов - искробезопасные выходные обмотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2