PL205480B1 - Remote spark-proof power supply system - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ zdalnego iskrobezpiecznego zasilania, przeznaczony dla urządzeń automatyki i telekomunikacji ulokowanych w strefach zagrożonych wybuchem gazu i par cieczy palnych, zwłaszcza w obiektach przemysłu węglowego i petrochemicznego.The subject of the invention is a remote intrinsically safe power supply system, intended for automation and telecommunication devices located in gas and flammable liquid vapor explosion hazard zones, especially in coal and petrochemical industry facilities.

Znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 158382, układ iskrobezpiecznego zdalnego zasilania urządzeń telekomunikacyjnych, zawierający źródło zasilania połączone przez pierwszy filtr dolnoprzepustowy i pierwszy blok zabezpieczenia z linią przesyłową, której wyjście jest połączone przez drugi blok zabezpieczenia i drugi filtr dolnoprzepustowy z odbiornikiem energii elektrycznej. Wejście linii przesyłowej jest jednocześnie połączone z wejściem pierwszego filtru górnoprzepustowego, którego wyjście jest związane z wejściem sterującym pierwszego bloku zabezpieczenia, natomiast jej wyjście jest jednocześnie połączone z wejściem drugiego filtru górnoprzepustowego, którego wyjście jest związane z wejściem sterującym drugiego bloku zabezpieczenia.It is known, for example, from Polish patent description No. 158382, an intrinsically safe remote power supply system for telecommunication devices, comprising a power source connected through a first low-pass filter and a first protection block with a transmission line, the output of which is connected through the second protection block and the second low-pass filter with an energy receiver. electricity. The input of the transmission line is simultaneously connected to the input of the first highpass filter, the output of which is related to the control input of the first protection block, and its output is simultaneously connected to the input of the second highpass filter, the output of which is related to the control input of the second protection block.

Wadą takiego strukturalnego rozwiązania układu przesyłania energii elektrycznej jest to, że w przypadku stosowania jako bloku zabezpieczenia elektronicznego, klucza zwierającego zaciski wyjściowe pierwszego filtru dolnoprzepustowego, tak zwanego zwiernika, energia źródła zasilania jest pompowana do tego bloku zabezpieczenia. Wymusza to stosowanie elementów elektronicznych o duż ej mocy oraz zabezpieczenia temperaturowego według wymagań norm iskrobezpieczeń stwa, na przykład wydajnego radiatora i bezpiecznika termicznego. Z kolei wszelka zmiana prądu pobieranego przez odbiornik energii elektrycznej - obciążenie na końcu linii przesyłowej, związana jest ze zmianą napięcia na jego wejściu.The disadvantage of such a structural design of the electric power transmission system is that when using as an electronic protection block, a key shortening the output terminals of the first low-pass filter, the so-called short-circuit, the energy of the power source is pumped to this protection block. This requires the use of high-power electronic components and temperature protection in accordance with the requirements of intrinsic safety standards, for example an efficient heat sink and thermal fuse. In turn, any change in the current consumed by the electric energy receiver - the load at the end of the transmission line, is related to the voltage change at its input.

Znany jest również, na przykład z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr PL 369610, układ przesyłania energii elektrycznej w sposób iskrobezpieczny, zawierający źródło zasilania, które poprzez element kształtowania liniowego wzrostu napięcia, blok zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego oraz element różniczkujący jest połączone z linią przesyłową, na której końcu znajduje się stabilizator napięcia i odbiornik energii elektrycznej. Drugie wyjście elementu różniczkującego związane jest z wejściem sterującym układu zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, realizującego funkcję separacji energetycznej linii przesyłowej drogą zwarcia biegunów zasilania, a wyjście sterujące układu zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego jest dołączone do wejścia sterującego źródło zasilania.It is also known, for example, from the Polish patent application No. PL 369610, an intrinsically safe electric energy transmission system containing a power source which, through a linear voltage increase shaping element, an overcurrent and overvoltage protection block and a differentiating element, is connected to the transmission line on the end of which is a voltage stabilizer and an electricity receiver. The second output of the differentiating element is related to the control input of the overcurrent and overvoltage protection system which performs the function of energy separation of the transmission line by short-circuiting the supply poles, and the control output of the overcurrent and overvoltage protection system is connected to the power source control input.

Układ ten eliminuje wady poprzedniego rozwiązania jednak nie zapewnia szybkiej blokady energetycznej w przypadku powstania komutacji awaryjnej w obciążeniu wskutek opóźnienia sygnału sterującego wnoszonego przez linię przesyłową.This system eliminates the disadvantages of the previous solution, however, it does not ensure a quick energy blockade in the event of emergency commutation in the load due to the delay of the control signal brought by the transmission line.

Układ zdalnego iskrobezpiecznego zasilania, zawierający źródło zasilania połączone poprzez blok kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, blok zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego oraz element różniczkujący z linią przesyłową, na której końcu znajduje odbiornik energii elektrycznej, według wynalazku, ma drugi blok kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, drugi blok zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego oraz drugi element różniczkujący, włączone szeregowo pomiędzy wyjściem linii przesyłowej a odbiornikiem energii elektrycznej. Drugie wyjście pierwszego bloku zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, włączonego na wejściu linii przesyłowej, jest połączone z wejściem pierwszego bloku kształtowania łagodnego wzrostu napięcia na wejściu tej linii, a drugie wyjś cie drugiego elementu róż niczkują cego zwią zane jest z wejś ciem sterują cym drugiego bloku zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, którego drugie wyjście związane jest z wejściem sterującym drugiego bloku kształtowania łagodnego wzrostu napięcia.The intrinsically safe remote power supply system, comprising a power source connected through a smooth voltage increase shaping block, an overcurrent and overvoltage protection block and a differentiating element with a transmission line at the end of which an electric energy receiver is located, according to the invention, has a second soft voltage increase shaping block, a second protection block overcurrent and overvoltage and a second differentiator, connected in series between the output of the transmission line and the load of electrical energy. The second output of the first overcurrent and overvoltage protection block, connected at the input of the transmission line, is connected to the input of the first smooth voltage increase shaping block at the input of this line, and the second output of the second differentiating element is connected to the control input of the second protection block. overcurrent and overvoltage, the second output of which is related to the control input of the second smooth voltage increase shaping unit.

Układ według wynalazku eliminuje wymienione wady najbardziej zbliżonego rozwiązania, jest prostszy w realizacji i zapewnia większe bezpieczeństwo funkcjonowania.The system according to the invention eliminates the above-mentioned disadvantages of the closest solution, is simpler to implement and provides greater operational safety.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, przedstawiającym schemat układu zdalnego iskrobezpiecznego zasilania.The subject of the invention is presented in an exemplary embodiment in the drawing, showing a diagram of a remote intrinsically safe power supply system.

Układ zdalnego iskrobezpiecznego zasilania zawiera szeregowo połączone źródło zasilania 1, pierwszy blok 2 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, pierwszy blok 3 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, pierwszy element różniczkujący 4, linię przesyłową 5, drugi blok 6 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, drugi blok 7 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, drugi element różniczkujący 8 i odbiornik 9 energii elektrycznej - obciążenie. Drugie wyjście pierwszego elementu różniczkującego 4 podłączone jest do wejścia sterującego pierwszego bloku 3_zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, którego wyjście sterujące podłączone jest do wejścia sterującego pierwszego bloku 2 kształtowania liniowego wzrostu napięcia. Drugie wyjście drugiego elemenPL 205 480 B1 tu różniczkującego 8 podłączone jest do wejścia sterującego drugiego bloku 7 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, którego wyjście sterujące podłączone jest do wejścia sterującego drugiego bloku 6 kształtowania liniowego wzrostu napięcia.The intrinsically safe remote power supply system includes a power source 1 connected in series 1, a first voltage ramp shaping block 2, a first overcurrent and overvoltage protection block 3, a first differentiating element 4, a transmission line 5, a second smooth voltage shaping block 6, a second overcurrent protection block 7, and overvoltage, a second differentiating element 8 and a load 9 of electricity - the load. The second output of the first differentiator 4 is connected to the control input of the first overcurrent and overvoltage protection block 3, the control output of which is connected to the control input of the first ramp 2 shaping block 2. The second output of the second derivative 8 is connected to the control input of the second overcurrent and overvoltage protection block 7, the control output of which is connected to the control input of the second ramp shaping block 6.

Układ działa w sposób następujący. W stanie normalnej pracy prąd od źródła zasilania 1 poprzez pierwszy blok 2 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, pierwszy rozwarty blok 3 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, typu zwiernik, pierwszy element różniczkujący 4, linię przesyłową 5, drugi blok 6 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia drugi rozwarty blok 7 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, typu zwiernik i drugi element różniczkujący 8, napływa do odbiornika 9 energii elektrycznej ulokowanego na drugim końcu linii przesyłowej 5. W chwili powstania komutacji awaryjnej „zwarcie lub „rozwarcie w obwodzie zdalnego zasilania wartość pochodnej od zmiany prądu lub napięcia przekracza próg ustalony. Na drugim wyjściu pierwszego elementu różniczkującego 4 pojawia się sygnał, który powoduje zadziałanie pierwszego bloku 3 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, dokonującego separacji energetycznej obwodu zdalnego zasilania, poprzez zwarcie biegunów zasilania. Zwarcie zapewnia separację energetyczną punktu komutacji awaryjnej od źródła zasilania celem zmniejszenia wartości energii elektrycznej konwertowanej w energię cieplną w punkcie komutacji awaryjnej, to znaczy w kanale wyładowania iskrowego. Zadziałanie pierwszego bloku zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego powoduje z kolei, poprzez pierwszy blok 2 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, blokadę źródła zasilania 1, od którego na czas zwarcia biegunów zasilania przestaje napływać prąd zdalnego zasilania. Po zaniku komutacji awaryjnej w obwodzie zdalnego zasilania, sygnały wyzwalające zadziałanie pierwszego bloku 3 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego i blokadę źródła zasilania 1, są wyłączone. Na wyjściu pierwszego bloku 2 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia pojawia się napięcie, którego wartość stopniowo narasta. W przypadku gdy parametry obwodu zdalnego zasilania znajdują się w granicach ustalonych proces przesyłania energii elektryczny przechodzi w tryb roboczy. W przeciwnym przypadku zadziała zabezpieczenie nadprądowe i nadnapięciowe i algorytm działania trybu awaryjnego będzie powtarzany. Podobny algorytm działania jest realizowany za pomocą drugiego elementu różniczkującego 8, drugiego bloku 7 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego i drugiego bloku 6 kształtowania łagodnego wzrostu napięcia w przypadku powstania komutacji awaryjnej „zwarcie lub „rozwarcie w obciążeniu. Również przy nagłej zmianie parametrów obciążenia z szybkością powyżej wartości ustalonej na wyjściu drugiego elementu różniczkującego 8 powstanie sygnał który spowoduje zadziałanie drugiego bloku 7 zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego i tak dalej.The circuit works as follows. In normal operation, the current from the power source 1 through the first smooth voltage shaping block 2, the first open block 3 of overcurrent and overvoltage protection, of the short-circuit type, first differentiating element 4, transmission line 5, second smooth voltage shaping block 6, second open block 7 of overcurrent and overvoltage protection, of the short-circuit type and the second differentiating element 8, flows to the electric energy receiver 9 located at the other end of the transmission line 5. At the moment of emergency commutation, "short circuit or" opening in the remote power supply circuit, the value of the derivative from the change in current or voltage exceeds the threshold established. A signal appears at the second output of the first differentiator 4, which causes the operation of the first overcurrent and overvoltage protection block 3, which performs energetic separation of the remote power supply circuit, by shorting the supply poles. The short circuit provides energy separation of the emergency commutation point from the power source in order to reduce the value of the electrical energy converted into thermal energy at the emergency commutation point, i.e. in the spark discharge channel. The operation of the first block of overcurrent and overvoltage protection, in turn, causes, through the first voltage shaping block 2, the blocking of the power source 1, from which the remote power current stops flowing during the short-circuit of the power poles. After the failure of the emergency commutation in the remote power supply circuit, the signals that trigger the operation of the first overcurrent and overvoltage block 3 and the power source interlock 1 are disabled. At the output of the first smooth voltage increase shaping block 2 a voltage appears, the value of which gradually increases. When the parameters of the remote power supply circuit are within the set limits, the process of energy transmission goes into the working mode. Otherwise, the overcurrent and overvoltage protection will work and the emergency mode operation algorithm will be repeated. A similar operation algorithm is implemented by the second differentiating element 8, the second block 7 of overcurrent and overvoltage protection and the second block 6 of smooth voltage increase in case of emergency commutation "short circuit or" open in load. Also, when the load parameters suddenly change at a rate above the value set at the output of the second differentiator 8, a signal will be generated that will cause the second block 7 of overcurrent and overvoltage protection to trip, and so on.

Claims (1)

Układ zdalnego iskrobezpiecznego zasilania, zawierający źródło zasilania połączone poprzez blok zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, blok kształtowania łagodnego wzrostu napięcia oraz element różniczkujący z linią przesyłową, na końcu której znajduje się odbiornik energii elektrycznej, znamienny tym, że ma drugi blok (6) kształtowania łagodnego wzrostu napięcia, drugi blok (7) zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego oraz drugi element różniczkujący (8), włączone szeregowo pomiędzy wyjściem linii przesyłowej (5) a odbiornikiem (9) energii elektrycznej, przy czym drugie wyjście pierwszego bloku (3) zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, włączonego na wejściu linii przesyłowej (5) jest połączone z wejściem pierwszego bloku (2) kształtowania łagodnego wzrostu napięcia na wejściu tej linii, a drugie wyjście drugiego elementu różniczkującego (8) związane jest z wejściem sterującym drugiego bloku (7) zabezpieczenia nadprądowego i nadnapięciowego, którego drugie wyjście związane jest z wejściem sterującym drugiego bloku (6) kształtowania łagodnego wzrostu napięcia.A remote intrinsically safe power supply system, comprising a power source connected through an overcurrent and overvoltage protection block, a smooth voltage increase shaping block and a differentiating element with a transmission line, at the end of which there is an electric energy receiver, characterized by the fact that it has a second soft growth shaping block (6) voltage, a second block (7) of overcurrent and overvoltage protection and a second differentiating element (8) connected in series between the output of the transmission line (5) and the electric energy load (9), the second output of the first overcurrent and overvoltage protection block (3), switched on at the input of the transmission line (5) is connected to the input of the first block (2) for shaping a smooth voltage increase at the input of this line, and the second output of the second differentiating element (8) is connected to the control input of the second block (7) of overcurrent and overvoltage protection, whose second exit relates to the control input of the second smooth voltage ramp shaping block (6).