система дистанционного искробезопасного питания энергоемких распределенных нагрузок

Формула изобретения

СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ИСКРОБЕЗОПАСНОГО ПИТАНИЯ ЭНЕРГОЕМКИХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ НАГРУЗОК, содержащая центральный источник искроопасного питания с блоком контроля защиты от утечки, барьеры-преобразователи по числу нагрузок, каждый из которых включает элементы искрозащиты по току и напряжению, последовательно включенные задающий генератор и ключевой элемент, выходной трансформатор гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей, отличающееся тем, что использованы высокочастотные барьеры-преобразователи, элемент искрозащиты по току, первичная обмотка выходного трансформатора гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей и ключевой элемент включены последовательно в искроопасную цепь, выход элемента искрозащиты по току подключен к первому входу задающего генератора, между вторым входом которого и выходом ключевого элемента включен элемент искрозащиты по напряжению, вторичная обмотка выходного трансформатора гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей подключена к нагрузке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания энергоемких нагрузок, находящихся во взрывоопасных средах, например, на предприятиях горнорудной, нефтехимической и газовой промышленности и, в частности, в шахтных лавах, где система управления современным автоматизированным добычным комплексом представляет собой несколько сотен блоков контроля и управления, размещенных на расстоянии до 1 км, суммарная потребляемая мощность которых составляет несколько киловатт.

Известна система дистанционного искробезопасного питания энергоемких нагрузок, содержащая центральный источник питания, искроразделительные барьеры, включенные в линию связи, питающие нагрузки. Ее недостаток низкий КПД (менее 25%), малая допустимая искробезопасная мощность (3-5 Вт) [1]

Известна также система, содержащая центральный источник питания со схемой защиты (контроля тока и напряжения), кабельную линию, к которой параллельно на различных расстояниях подключены N искробезопасных блоков контроля и управления (нагрузок). Ее недостаток низкая искробезопасная мощность, невысокий КПД (менее 25%). [2]

Известна система дистанционного искробезопасного питания энергоемкой распределенной нагрузки [3] содержащая центральный источник искроопасного питания с блоком контроля защиты от утечки с нагрузками, подключенными вдоль линии, барьеры-преобразователи (конверторы) по числу нагрузок, каждый из которых содержит выходной трансформатор гальванической развязки искроопасной и искро- безопасной цепей и блок искрозащиты по току и напряжению. Выходной трансформатор барьера-преобразователя через блок искрозащиты подключен к нагрузке. Блок искрозащиты выполнен на резисторах. Данное устройство принято за прототип.

Недостаток устройства невысокий КПД за счет применения резисторной защиты на искроопасной стороне и, следовательно, ограниченная передаваемая суммарная мощность.

Технический результат, который может быть достигнут за счет предлагаемого изобретения повышение КПД системы и повышение передаваемой в нагрузку суммарной мощности.

Для достижения указанного технического результата предлагается в известной системе дистанционного искробезопасного питания энергоемких N распределенных нагрузок, содержащей центральный источник искроопасного питания с блоком контроля защиты от утечки и барьеры-преобразователи по числу нагрузок, каждый из которых включает элементы искрозащиты по току и напряжению, последовательно включенные задающий генератор и ключевой элемент, выходной трансформатор гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей, использовать высокочастотные барьеры-преобразователи, при этом элемент искрозащиты по току, первичная обмотка выходного трансформатора гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей и ключевой элемент включены последовательно в искроопасную цепь, выход элемента искрозащиты по току подключен к первому входу задающего генератора, между вторым входом которого и выходом ключевого элемента подключен элемент искрозащиты по напряжению, вторичная обмотка выходного трансформатора гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей подключена к нагрузке.

Таким образом, предлагаемая система является комбинированной, она состоит из искроопасной системы силового питания, параллельно к которой подключены искроразделительные барьеры, обеспечивающие гальваническую развязку искроопасной цепи каждого блока искрозащиты от цепи питания искробезопасной нагрузки.

Технический результат изобретения повышение КПД до 60-70% и суммарной мощности, передаваемой на расстояние несколько сотен метров, до 10 кВт. Он обеспечивается за счет того, что барьер-преобразователь выполнен высокочастотным и трансформирует сигналы из искробезопасной цепи в искроопасную с достаточным быстродействием и точностью. Установленные в искроопасной цепи элементы искрозащиты по току и напряжению имеют малый импеданс и благодаря наличию цепи задающего генератора, усиливающего сигнал с этих элементов, обеспечивают достаточные усилительные свойства и, следовательно, высокую эффективность.

На чертеже представлена схема предлагаемой системы.

Система содержит центральный источник искроопасного питания 1, блок контроля защиты от утечки 2, кабельную линию 3 с нагрузками 4, барьеры-преобразователи 5, каждый из которых содержит выходной трансформатор 6 гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей. Каждый барьер-преобразователь 5 содержит также элемент 8 искрозащиты по току и элемент 9 искрозащиты по напряжению, задающий генератор 10 и ключевой элемент 11. Для обеспечения качества питания нагрузки в блоке 4 может быть предусмотрен внутренний стабилизатор.

Узлы и элементы соединены следующим образом. Источник искроопасного питания 1 через кабельную линию связи 3 и искробезопасную линию связи 7 соединен с N нагрузками 4. Каждая нагрузка 4 подключена к искроопасному источнику питания 1 через индивидуальный барьер-преобразователь 5. Барьер-преобразователь 5 выполнен высокочастотным. При этом элемент 8 искрозащиты по току, первичная обмотка выходного трансформатора 6 гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей и ключевой элемент 11 включены последовательно в искроопасную цепь. Выход элемента 8 искрозащиты по току подключен к первому входу задающего генератора 10. Между вторым входом задающего генератора 10 и выходом ключевого элемента 11 включен элемент 9 искрозащиты по напряжению. Вторичная обмотка выходного трансформатора 6 гальванической развязки искроопасной и искробезопасной цепей подключена через искробезопасную линию связи 7 к нагрузке 4.

Система работает следующим образом. В номинальном режиме источник искроопасного питания 1 обеспечивает передачу необходимой мощности по искроопасной кабельной линии 3. Энергия из линии 3 через барьер-преобразователь 5 поступает через выходной трансформатор 6 по искробезопасным линиям 7 к нагрузке 4.

При аварийной коммутации в искробезопасной цепи нагрузки 4 задающий генератор 10 останавливается по сигналу о превышении напряжения с элемента 9 искрозащиты по напряжению, вызванному скачком напряжения на разрядном промежутке и транслированному через выходной трансформатор 6 из выходной искробезопасной в входную искроопасную цепь. В режиме КЗ или при превышении током цепи нагрузки заданного значения элемент 8 искрозащиты по току также срывает генерацию барьера-преобразователя 5.

При появлении замыкания на землю в кабельной линии 3 или в первичной искроопасной цепи барьера-преобразователя срабатывает блок 2 защиты от утечки источника искроопасного питания 1 и отключает цепь питания от кабельной линии 3.