Download Disparo de seguridad para fuente de alta tensión

CNEA·176
REPUBLlCA ARGENTINA
COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA
DISPARO DE SEGURIDAD PARA FUENTE DE ALTA TENSION
A. &ltis18 y H. Picanl
por
-
BUENOS AIRES
1966
DISPARO DE SEGURIDAD PARA FUENTE DE ALTA TENSION
A. Battista y H. Picard
de Energía Atómica
ComisiÓII Nacional
INTRODUCCION
Con el fin de cubrir requisitos de seguridad en las fuentes de alta tensión,
destinadas a mediciones en reactores, se ha desarrollado un circuito transistorizado denominado disparo de seguridad.
El objeto de este circuito es evitar que posibles fallas en la fuente de alta
tensión debidas a causas diversas (mala operación de la fuente en si, falla de
la fuente que las alimenta, etc.) puedan prodncir una operaciám errónea del sistema de control del reactor.
Este circuito está operado por la corriente de regnlación de la fuente de alta tensión y de la señal de alarma mediante un par de contactos de un relé, que
se cierran cuando hay falla de la alta tensión por algunas de las causas arriba
mencionadas.
El rango de temperaturas de operación es de OºC a 55ºC.
Describiremos primero las características básicas de las partes constitutivas, el circuÍto práctico desarrollado y finalmente la estabilización te'rmica de
mismo.
4
11. PRINCIPIO DE OPERACION
El circuito, que es totalmente transistorizado, consta de dos partes, una que
podriamos llamar detector de alta tensión y otra que es el disparo propiamente
dicho.
El detector de alta tensión es simplemente un transistor que pone O volts ó
volts en la entrada del disparo, correspondiendo estos dos niveles a las
condiciones hay alta tensión ó no hay alta tensión respectivamente.
+B
La indicación se logra llevando la última válvula de la cadena de válvulas
reguladoras coronas de la fuente de alta tensión a la base de un transistor npn,
en lugar de llevarla a tierra (figura 1).
+8
.Y,
,±,
,
,
I
R2
~..
A
R1
Figura 1
Al existir alta tensión circula una corriente constante is por la válvula
corona, la que es utilizada como señal de alta tensión, y al ser inyectada en la
base del transistor TI lo mantiene saturado, existiendo prácticamente OVen el
colector del mismo (punto A).
Si desaparece la alta tensión, o si baja del valor de operación de las válvulas corona, desaparece la corriente is en ellas y el transistor se corta apareciendo entonces + B volts en el punto A.
El disparo propiamente dicho es un circuito tipo Schmitt referencia 1 que
opera un relé (figura 2).
5
+8
R3
1.....-----0
ALARMA
R6
Figura 2
Mientras en su entrada existan alrededor de O volts (hay alta tensión) el
transistor T3 está al corte y el T4 está saturado operando de esta forma el relé
y manteniendo así abierta la señal de alarma.
Cuando aparece una tensión + B volts (no hay alta tensión) en la base de
T3 este va a la saturación y T4 al corte; al no circular corriente por el bobinado
del relé éste no opera y sus contactos cierran la señal de alarma.
m.
CIRCUITO PRACTICO
El circuito completo puede verse en la figura 3.
Previendo una posible falla en el transistor del circuito detector de alta
tensión, este ha sido duplicado, efectuándose la entrada al disparo por medio de
una compuerta ORo
La corriente de corona para saturación de los 2 transistores 2N2714 ha sido
calculada en 60 ¡LA, 30 p.A por cada transistor.
El disparo trabaja entre av cuando hay alta tensión y 6 volts cuando no
hay alta tensión, produciéndose entonces el disparo.
Siendo el dispositivo un circuito de seguridad se lo ha desarrollado, teniendo siempre en cuenta condiciones de máxima seguridad, de forma tal que el relé
está normalmente atrayendo y se corta su corriente al producirse el disparo, libe
berando así su armadura y cerrando la señal de alarma.
El transistor que acciona el relé debe ser un transistor npn de potencia. No
habiendo en existencia tal tipo de tranaietorea se logró nn fnncionamiento similar combinando un transistor npn 2N2714 y un pnp OC77 como se vé en la figura 3.
6
Una vez que el disparo haya operado por falla de la alta tensión no volverá
a la posición de operación normal, aunque desaparezca la falla, hasta que no
sea pulsado el botón de reposición reset.
Esto se logra alimentando el +B del relé a través de uno de sus contactos,
de forma tal que en condición normal de operación el relé se automantiene.
A efectos que la fuente de alta tensión no arranque hasta que el disparo de
seguridad se encuentra en condición normal de funcionamiento se ha hecho pasar
la alimentación de la misma (~B, AT) a través de otro contacto del relé.
Un pulsador de doble reposición reset pone al ser pulsado en condición
normal de funcionamiento a ambos circuitos simultáneamente.
El tiempo de operación del disparo de seguridad está fijado por el tiempo de
operación del relé utilizado. Y en nuestro caso este tiempo es de alrededor, de
30 mseg.
Si se desea una señal más rápida puede utilizarse la señal. eléctrica que
opera el relé. obteniéndola por medio de un seguidor por emisor.
IV. ESTABll..IDAD TERMICA
Dado que en e 1 circuito de disparo todos los transistores son de silicio.
excepto el OC77 que opera el relé, que es de Ge, .el problema de obtener un rango amplio de temperaturas de operación (OºC a 55ºC) se centra en la consideración del comportamiento térmico del citado transistor.
Experimentalmente se verificó que el circuito presentaba inestabilidad t~r­
mico a temperaturas superiores a los 37ºC, consistente en que el encender la alta tensión el circuito operaba correctamente, pero al cortar la alta tensión la
armadura del r~lé no se separaba del núcleo es decir, el circuito seguía dando,
indicación de operación conecta pese a no haber corriente de corona.
Esta inestabilidad se explica por el hecho de que la corriente necesaria para que el relé atraiga la armadura es del orden de 50 mA; mientras que estando
en operaciÓn con una corriente del orden de los 20 mA aún es capaz de retener
la armadura. La corriente de fuga del transistor originalmente utilizado, un OC80,
si bien no llegaba a los 50 mA, era del orden de los 20 mA. manteniendo la misma, entonces, operado el relé.
Para resolver el problema se cambio el transistor OC80 por uno de corriente
de fuga menor, optándose por el OC77. Para aumentar aún más la estabilidad se
incluyó un resistor de 70 ohms en serie. cómo se vé en la figura 3.
Hay no obstante una causa adicional de inestabilidad y que existe en la
condición de que no haya alta tensión y el disparo esté polarizado con +B.
En esta situación existen sobre el col ector del OC77 una elevada corriente
de fuga y una tensión considerable, lo que determina el embalamiento térmico y
la r~pida desUuccion del transistor.
.
1K
1K
6K
6K
6K
6K
-12V
100K
OA95
... 12V
3K
Figura 3
15K
I
~
'l'
... aaca.
ALARMA
6.3V 1\1
_A
F. AJ.
0"-.0 ........--_......
== ••
=O
---o
..L.
...L
CI
iI
.
ib:.-.::::: 0::::::: 0
•
RE5ET
(A.T.)
+8
-a
8
Requerimientos adicionales de seguridad ajenos al circuito en si salvan esta situación, pues corno vimos en la sección 3 el +B debe pasar por un par de
contactos del relé, desapareciendo asi la condición de inestabil idad térmica enunciada.
BmUOGRAFlA
l. HURLEY. Richard B. - Transistor Logic Circuits - pp 334 - 338
Jobo Wiley & Sons 1961.