Шунт-диодные барьеры

Принципиальные электрические схемы блоков искрозащиты на стабилитронах. a — схема блока с балластным резистором; b — схема блока с балластным резистором для переменного тока; c — схема блока без балластного резистора; d — схема блока для переменного тока с балластными резисторами и заземленной средней точкой стабилитронов; e — схема блока для переменного тока с балластными резисторами с дублированием стабилитронов и заземленной их средней точкой. 1-2 к искроопасной цепи; 3-4 к искробезопасной цепи^[1]

Диоды в диодном барьере безопасности ограничивают напряжение, приложенное к искробезопасной цепи, а неповреждаемый токоограничительный резистор ограничивает ток, который может проходить по цепи. Барьеры безопасности предназначены для применения в качестве средств сопряжения искробезопасных и искроопасных цепей.^[2]

В зависимости от уровня искробезопасной цепи ia, ib, ic ветвь цепи, содержащая ограничивающий напряжение диод, должна параллельно троироваться (для ia) или дублироваться (для ib).^[3]

Искробезопасные барьеры на шунтирующих диодах (стабилитронах) были разработаны в конце 1950-х для контроллеров управления технологическими процессами в химической промышленности.

Обычно блок искрозащиты на стабилитронах (БИС) выполнен как единый неразборный блок, залитый компаундом или помещённый в неразборную оболочку, что исключает возможность ремонта или замены элементов его внутреннего монтажа.

БИС состоит из шунтирующих стабилитронов и последовательно включённых резисторов или резисторов и предохранителей.

В нормальном режиме работы электрооборудования напряжение пробоя стабилитронов не превышается — стабилитрон не проводит ток. При возникновении аварии во вторичной части системы, расположенной в безопасной зоне, и при превышении внешним напряжением значения напряжения пробоя стабилитрона (рабочей областью стабилитронов является участок на обратной ветви вольт-амперной характеристики) он переходит в режим стабилизации уровня напряжения при изменении величины протекающего через него тока. Стабилитрон начинает проводить ток. Последовательно включённый резистор ограничивает ток в цепи взрывоопасной зоны. При достижении током определённого значения срабатывает встроенный предохранитель, что предотвращает передачу недопустимо большой электрической мощности из безопасной зоны в электрические цепи оборудования, расположенного во взрывоопасной зоне.

Достоинства:

• простота изделий;
• универсальность;
• низкие потери;
• не требует отдельного источника питания;
• большая практика эксплуатации во всем мире;
• высокая плотность монтажа
• высокая точность и линейность
• низкая стоимость
• хороший частотный диапазон (до 100 КГц).

Недостатки:

• ограниченный диапазон рабочих напряжений;
• ограниченное напряжение, доступное в опасной зоне;
• необходимость фундаментального безопасного заземления барьеров;
• необходимость использования только низковольтного оборудования, обусловленное гальванической связью между опасной и безопасной зонами;
• оборудование опасной зоны должно быть изолировано от земли;
• не поддается восстановлению после аварии;
• уязвимы к молнии и другим импульсным перенапряжениям.

Одним из основных параметров, характеризующим барьеры, является проходное сопротивление. При снижении проходного сопротивления барьера возможно использовать датчики с большим значением минимального напряжения питания и большим сопротивлением. Использование российскими производителями мощных резисторов и мощных стабилитронов позволило снизить проходное сопротивление 24-вольтовых барьеров степени искрозащиты ib до 284 Ом. Дальнейшее уменьшение проходного сопротивления использованием более мощных стабилитронов ограничивается увеличением габаритов барьеров и увеличением их стоимости.^[4]