183347. lajstromszámú szabadalom • Robbanásbiztos tápegység
1 183 347 2 A jelen találmány célja olyan tápegység kialakítása, amely kielégíti a Robbanásbiztonsági Villamos Szabályzat által az I/a gyújtószikramentességi osztályú villamos szerelvényekkel szemben támasztott követelményeket, nevezetesen két alkatrész egyidejű meghibásodása esetén is teljes biztonságot nyújt, ugyanakkor jó hatásfokkal, megfelelő üzembiztonsággal és élettartammal alkalmas elektromos, elsősorban elektronikus mérő-, jelző-, távjelző-, riasztó- stb. készülékek energiaforrásául történő felhasználásra. Robbanásveszélyes munkahelyeken, úgymint bányákban, kőolaj-, és földgáz kitermelésére, feldolgozására, szállítására és kezelésére szolgáló munkahelyeken, továbbá a vegyipar számos, hasonlóan robbanásveszélyes gázok vagy gőzök jelenlétével, vagy ennek lehetőségével jellemezhető munkahelyén egyre kiterjedtebben alkalmazzák a különféle gázjelenlét-indikátor műszereket, amelyek jelzik-, mérik-regisztrálják a levegőben jelenlevő gázok koncentrációját, vagy valamely előre meghatározott (veszélyt jelentő) koncentrációérték elérésekor figyelmeztető (riasztó) jelzést adnak. Ugyanakkor ezeken a munkahelyeken is terjednek a technológiai folyamat egyes jellemzőinek mérésére, (táv) jelzésére, sőt befolyásolására alkalmazott elektromos és különösen elektronikus berendezések. Ezek közös tulajdonsága, hogy általában törpefeszültségű-, és — különösen térvezérlésű félvezetőelemek alkalmazása esetén — kisteljesítményű villamos tápenergiát igényelnek, ezért ezeket a berendezéseket a villamos hálózattól függetlenül elektrokémiai áramforrásokról (telepekről, illetve akkumulátorokról) működtetik. Ez az üzemmód egyben a berendezések hordozhatóságát is biztosítja, ami külön előnyt jelent. Az elektrokémiai áramforrások alkalmazása sem zárja azonban ki azt, hogy az arra csatlakoztatott berendezésben és/vagy az ahhoz vezető kábelben bekövetkezett zárlat esetén ne lépjenek fel olyan nagy áramok, amelyeknek megszakításakor intenzív szikrázás jön létre, ami közvetlen veszélyt jelent. Ilyen (zárlati) áramok megszakítása esetén kedvezőtlen körülmények között még az olvadóbiztosíték kiolvadása is robbanás okozója lehet. Ezért az ilyen célra alkalmazott áramforrásokat legegyszerűbben áramkorkátozó ellenállások közbeiktatásával védik a veszélyes zárlati áramok kialakulása ellen. Ez azonban lényegesen lerontja a tápegység hatásfokát. A tápáramforrás teljesítményének igen jelentős, nem egyszer több mint 50 %-a az áramkorlátozó ellenálláson hővé alakul; a jelentős hőfejlődés szükségessé teszi az alkatrész hűtését, és ezzel megakadályozza az áramforrás műgyantába történő beágyazását, - ami adott esetben a teljes biztonság elérése irányába komoly lépést jelentene. Ennek kiküszöbölésére ismertté váltak olyan védőkapcsolások, amelyek az itt kitűzött célt vagy annak egy részét kívánják megvalósítani. Régen ismeretes olyan (kapcsoló) tranzisztorok alkalmazásával kialakított védőkapcsolás, ahol a felhasznált teljes teljesítmény áthalad a tranzisztor emitter-kollektorkörén, és túláram esetén a bázisfeszültség megfelelő változtatásával érik el az áram korlátozását. Ilyen megoldást ismertet pl. a 22 13 921 lajstromszámú nyugatnémet szabadalom, illetve térvezérlésű elemekkel megoldva a 26 44 402 lajstromszámú nyugatnémet szabadalom szerinti megoldás. A tirisztorok elterjedésével ismertté váltak olyan védőkapcsolások is, amelyek egy tirisztoron bocsájtják át az üzemi áramot, és ennek kioltásával valósítják meg túláram fellépése esetén az áramkör megszakítását, mint pl. a 2 157 230 lajstromszámú nyugatnémet szabadalom szerinti megoldásnál. Tirisztornak az áramforrással párhuzamos kapcsolása, és ezzel a tirisztoron keresztül létrehozott rövidzárlat útján a kimenőáram megszűntetése felismerhető a TE-907 alapszámon közrebocsájtott magyar halasztott vizsgálaté bejelentésben. Ismeretesek komplikáltabb kapcsolások is, amelyek a megengedhető túláram pontosabb beállítását teszik lehetővé. Így pl. az 1 563 754 lajstromszámú NSZK szabadalom szerinti megoldás, amely egy oszcillátorral előállított szinuszrezgést alkalmaz referenciafeszültségként, és ezzel való összehasonlítás alapján működteti a kapcsolóelemet, vagy a 2 213 921 lajstromszámú NSZK szabadalom, amely a bemenő-, és a kimenőfeszültségből időközönként vett „minta” összehasonlítása alapján ellenőrzi a kimenőáramkört, és végzi el „hibajel” esetén a kikapcsolást. A felsorolt megoldások egyike sem elégíti ki azt a feltételt, hogy két alkatrész egyidejű meghibásodása esetén is szikramentesen elvégezze a szükséges kikapcsolást. E hibán kíván segíteni a jelen találmány. A jelen találmány olyan tápegységet ismertet, amely az áramkör kikapcsolására három, egymástól független áramkört tartalmaz, ezek egyike az üzemszerű kikapcsolást végző áramkör, amely mikroamper nagyságrendű áram kapcsolásával működtethető, tehát kézzel történő érintésre működő sensorkapcsolóként is kialakítható, és működtetéskor a robbanásbiztonságot érintő ív húzására, szikraképzésre képtelen. A másik a túláramvédelem kikapcsoló áramköre, amelynek működése teljes egészében elektronikus, és a harmadik, a vészkikapcsoló áramkör, amely egy, az áramforrással párhuzamosan kapcsolt tirisztor begyújtása útján az áramkör végső védelmét jelentő olvadóbiztosíték kiolvasztását végzi, és ezzel a berendezés üzemét végleg beszünteti. Mivel ez utóbbi áramkör az összes többi áramkörtől függetlenül működik, a találmány szerinti kapcsolás kielégíti azt a feltételt, hogy két alkatrésze (akár szakadásos, akár átütéses) meghibásodása esetén a védelem funkcióját még mindig ellássa. A feltétel teljesülése nem csak egyes alkatrészekre, hanem áramkörökre is érvényes: a védelem két áramkör egyidejű meghibásodása esetén is működőképes. A bekapcsolást ugyancsak sensorként kiképezhető áramkör végzi, itt is mikroamper nagyságrendű áram zárása oldja meg a feladatot, ami a teljes gyújtószikramentességet jelenti. Amennyiben a találmány szerinti berendezést zárt egységgé képezzük ki, pl. műgyantával kiöntjük olymódon, hogy az áramforrások (pl. Ni-Cd akkumulátorok) és az olvadóbiztosíték is kiöntésre kerüljenek, tehát a műgyantatömbből csak a töltőcsatlakozás, valamint a kimenőkapcsok rendelkeznek kivezetéssel, a berendezés olyan tápegységet képez, amely az akkumulátorok élettartamáig használható, könnyen tölthető, teljesen robbanásbiztos energiaellátóberendezésként csatlakoztatható a táplált mérő- stb. készülékekhez. A találmány egy lehetséges kiviteli alakját az ábrák tüntetik fel, ahol az 1. sz. ábra a tápegység kapcsolási tömbvázlatát, 2. sz. ábra egy lehetséges kapcsolási vázlatát tünteti fel. 5 1C 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 o
