СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСКРОБЕЗОПАСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ РАБОТ ВО ВЗРЫВООПАСНОЙ СРЕДЕ.

Современные переносные приборы и электрооборудование существенно уступают по своим технико-экономическим показателям (габариты, вес, стоимость) аналогичным приборам и электрооборудованию в общепромышленном исполнении.

Это связано с тем, что обеспечение искро- и взрывозащиты существенно усложняет их конструкцию, что сказывается на технико-экономических показателях таких приборов. Не удается решить полностью эту задачу и с помощью прогрессивного вида защиты «искробезопасная электрическая цепь», для наибольшего приближения конструкции переносных приборов и электрооборудования к промышленному исполнению необходимо создать более совершенные методы оценки и обеспечения искробезопасности в сравнении с действующими в мировой практике.

В настоящее время барьеры искрозащиты различного типа производят многие компании, как западные, так и российские. Продукция зарубежных производителей достаточно дорогостоящая (простейший одноканальный искробезопасный барьер стоит порядка 150-400 долларов). Продукция отечественных производителей делится на два вида. Первый – это достаточно простые искробезопасные барьеры в виде стабилитрона и балластного резистора, но такая простая реализация не всегда применима из-за отсутствия хорошего заземление, то есть гарантированное отсутствие потенциала на нулевом проводе. Второй вид барьеров - устройства с 15 гальваническими развязками, но он имеет ряд недостатков. Здесь при кажущемся достатке выбора, оказывается, что часть устройств не обеспечивает максимальной защиты, часть достаточно дорога, а некоторые не подходят по техническим параметрам и т.д. Как правило, стоимость таких барьеров в одноканальном исполнении составляет величину порядка 130 долларов, и в них используется изолирующий усилитель, что приводит к искажениям передачи тока.

Устройства искробезопасности применяются повсеместно и пользуются высоким спросом. Область знаний, в которой происходит разработка, популярна и постоянно развивается. На подобные разработки возлагаются большие надежды и, в связи с этим данный проект весьма актуален. Планируется автоматизировать работу источника питания. Идея заключается в том, чтобы в источник питания отечественного производства для шахтной промышленности внедрить возможность удаленного управления с помощью сети Modbus и внести такой источник питания в структуру SCADA – системы. Иными словами, создать встраиваемое устройство, которое подключается к автоматизированной сети и не требует вмешательства человека в работу. Разработка такого проекта состоит из двух частей:

- Разработка схемотехнического решения источника питания, которое должно включать в себя множество возможностей по предотвращению искроопасных ситуаций.

- Написание управляющей программы для управления искробезопасным источником питанания. Программа должна выполнять ряд функция, таких как: обмен данными с ОРС-сервером по протоколу ModBus RTU, отслеживание сигналов с аналоговых и дискретных входов, подача сигналов на дискретные выходы, управление работой искробезопасного источника питания, отслеживание выходного напряжения и тока, отслеживание напряжения и тока аккумуляторной батареи, своевременное аварийное отключение питания на выходе ИП.

Данный проект дает возможность встраиваемости разработанного кода программы, в отечественное оборудование и возможность подключения его в автоматизированной сети, где не требует вмешательства человека в работу

На сегодняшний день большинство современных искробезопасных источников питания работают по сетевому протоколу , но у всех отсутствует открытый исходный код управляющей программы, поэтому требуется разработать управляющую программу самостоятельно [1, с. 202].

1. Источник питания R. STAHL серии 9143

Немецкий искрозащищеный источник питания R. STAHL Серии 9143 обеспечивает два простых способа подключения инструментальных цепей к оборудованию в опасной зоне: при помощи барьеров Зеннера или изоляторов.

Барьеры Зеннера – промышленный стандарт, применяемый более 30 лет. Семейство барьеров безопасности на шунтирующих диодах представляет собой простейший тип защиты электрических цепей в опасных зонах. Компактные по исполнению и недорогие устройства устанавливаются и заземляются одновременно, обеспечивая высочайший уровень безопасности и надежности.

Изолирующие интерфейсы R. STAHL являются альтернативой шунт-диодным барьерам для защиты электрических цепей в опасных зонах. Они не предъявляют жестких требований по заземлению и дополнительно обеспечивают усиления сигнала и релейные функции. Изоляция цепей в опасной и безопасной зонах позволяет производить заземление в любой удобной точке, что упрощает установку и предотвращает проблемы с контурами заземления.

Серия R. STAHL 9143 – это последнее поколение устройств для монтажа на объединительной плате, основанное на предыдущей версии и обеспечивающее много преимуществ для ключевых приложений. Данная серия, инициирует новый промышленный стандарт для устройств на DIN-рейке, идеально соответствующих широкому разнообразию интерфейсных задач, связанных с технологическими приборами.

Блок питания Ex i серии 9143 используется для искробезопасной подачи питания на полевые устройства, например, трех- или четырехпроводные передатчики, электромагнитные клапаны, световые барьеры и контроллеры. Он обеспечивает стабильное, регулируемое выходное напряжение через искробезопасные выходы. Характеристики:

•  max/min номинальное напряжение, В, 4/5.6;
•  максимальных ток, мА, 200;
•  два канала;
•  степень защиты от внешних воздействий по ГОСТ 14254, IP20.

2. Источник питания НИЛ АП RealLab NL-12V-Ex.

Следующий аналог отечественного производства - НИЛ АП RealLab NL-12V-Ex. Источники питания этой серии выполнены по схеме с преобразованием входного напряжения в высокочастотное переменное с последующей передачи энергии через высокочастотный разделительный трансформатор. Серия имеет высокий КПД, снабжена алюминиевым теплоотводом, имеет защиту от перегрузки по току нагрузки.

Источники питании торговой мари RealLab!™ предназначены для питания электронных устройств и для питания модулей автоматики торговой мари RealLab!™ серии NL, а также модулей автоматики других производителей.

Источники питания серии такой серии предназначены для использован на производствах и объектах вне взрывоопасных зон в соответствии с настоящим руководством по эксплуатации и действующими нормативными документами по безопасности. Источники питания устанавливаются в монтажных шкафах на монтажные панели или непосредственно на стенки шкафа. Крепление источников питания выполняется через четыре отверстия в основании корпуса. Помимо этого, в комплект поставки входит крепеж для установки блока питания на DIN-рейку. Вид взрывозащитытакого источника представляет собой искробезопасную электрическую цепь уровня «ia».

Ниже представлены параметры данного источника питания:

•  напряжение питающей сети, ~220±10% или ~127±10% В;
•  частота сети, 50±1 Гц;
•  максимальная потребляемая мощность, 15 Вт;
•  максимальный рабочий ток нагрузки: 1 А;
•  один канал;
•  степень защиты от внешних воздействий по ГОСТ 14254, IP20.

3. Шахтный источник питания «Ингортех».

Еще один отечественный источник питания - ШИП «Ингортех» (шахтный источник питания) применяется для обеспечения искробезопасным напряжением питания постоянного тока устройств систем типа «Микон», СПГТ-41, аппаратуры «КРУГ», других шахтных измерительных, управляющих и информационных систем, систем шахтной автоматизации, сигнализации и связи. Область применения – подземные выработки шахт и рудников, в том числе опасных по газу, пыли, внезапным выбросам в соответствии с ПБ 05-618-, в том числе в шахтах и рудниках, атмосфера которых может содержать, в дополнение к метану, примеси других горючих газов.

ШИП является блочно-модульным устройством, блоки которого могут использоваться совместно с другими блоками ШИП или независимо от них:

ШИП-С – сетевой блок содержит сетевой модуль и обеспечивает выработку искробезопасного напряжения без аккумуляторной поддержки и искробезопасного напряжения для питания и заряда аккумуляторного(ых) блока(ов) (модуля(ей)), при этом питание блока производится от основного или резервного сетевого напряжения с автоматическим вводом резерва (АВР);

ШИП-А – аккумуляторный блок содержит аккумуляторный модуль и вырабатывает искробезопасное напряжение с аккумуляторной поддержкой, при этом его питание осуществляется от сетевого блока, ШИП-А в виде съемного аккумуляторного модуля используется как Ex-компонент;

ШИП-У – универсальный блок содержит сетевой модуль, функционально аналогичный ШИП-С, и аккумуляторный модуль, функционально аналогичный ШИП-А.

ШИП-С и ШИП-А могут использоваться отдельно друг от друга: ШИП-С используются в тех случаях, когда нет необходимости организации бесперебойного питания с аккумуляторной поддержкой; ШИП-А могут применяться тогда, когда необходимо обеспечить аварийное питание искробезопасных устройств в местах, где отсутствует сетевое напряжение переменного тока, при условии, что аккумуляторный модуль периодически заменяется. Аккумуляторные модули могут заменяться непосредственно на месте установки. Вид взрывозащиты - РВ Exds[ia]I. Параметры электропитания источника:

•  входное напряжение, В, ~36±10% - 15%;
•  номинальное выходное напряжение, В, 12;
•  максимальный выходной ток нагрузки, мА, 500;
•  частота сети, Гц, 50;
•  степень защиты от внешних воздействий по ГОСТ 14254, IP54.

Как мы видим, у всех этих устройств есть свои недостатки. Рассмотренное нами первое устройство хоть и отвечает всем высоким требованиям, но все же требует для стабильной работы заземление, плюс всего два канала, а также имеет сравнительно высокую стоимость. Второе устройство - имеет лишь один канал, отсутствует цифровой интерфейс. Третье устройство - обеспечивает уровень безопасности ниже первых двух, у него отсутствует цифровой интерфейс. Учитывая все это уже разработана схема источника питания, отвечающего самым высоким стандартам искробезопасности, к которому будет написана управляющая программа [2, с. 50].

Список литературы:

1. Палеев, Д. Ю. Математическое моделирование активного воздействия на взрывоопасные области и очаги горения в угольных шахтах / Палеев Д.Ю., Брабандер О.П. // Томск: Изд. Томского гос. ун-та, 1999.- 202 с.
2. Источники питания с широким температурным диапазоном для жестких условий эксплуатации: Пособие / НИЛ АП, 2015. — 50 с.