Opis matematyczny wpływu indukcyjności wewnętrznej źródła zasilania na iskrobezpieczeństwo obciążenia

• Autorzy: Skoropacki W. , Trzcionka S.

Warianty tytułu

EN

Mathematical description of the effect of internal inductance of the supply source on the intrinsic safety of the load

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Indukcyjność wewnętrzna źródła zasilania występuje w postaci konkretnych skupionych elementów, na przykład uzwojenia transformatorów separujących, cewki filtrów przeciwzakłóceniowych itp. W niektórych przypadkach oddziaływanie negatywne tych elementów indukcyjnych na iskrobezpieczeństwo obwodu wyjściowego można kompensować lub nawet wykorzystać do zwiększenia iskrobezpieczeństwa obwodu zewnętrznego źródła zasilania, szczególnie przy zastosowaniu nieliniowych układów ochronnych, zapewniających iskrobezpieczeństwo, ze względu na ich większy współczynnik przenoszenia energii elektrycznej w porównaniu z liniowymi układami ochronnymi. W artykule opisano modele matematyczne do estymacji wpływu indukcyjności wewnętrznej źródła zasilania na iskrobezpieczeństwo obwodu wyjściowego przy stosowaniu układów ochronnych z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową typu fold-back, dla różnych impedancji obciążenia. Uzyskane analityczne wyrażenia do estymacji energii elektrycznej wydzielonej w kanale wyładowania elektrycznego, wskutek oddziaływania źródła zasilania, jego indukcyjności wewnętrznej oraz parametrów obciążenia, pozwalają z wykorzystaniem wspomagania komputerowego a priori określić stopień iskrobezpieczeństwa obwodu elektrycznego, jak również dokonać analizy wrażliwości iskrobezpieczeństwa tego obwodu w zależności od zmian parametrów elektrycznych poszczególnych elementów. Stwierdzono, że wpływ indukcyjności wewnętrznej źródła zasilania zależy od impedancji wejściowej obwodu chronionego, jak również od charakteru komutacji awaryjnej, zwarcia lub rozwarcia w tym obwodzie. Przy pojemnościowym charakterze obciążenia w chwili powstania zwarcia na wyjściu źródła zasila­nia obecność indukcyjności wewnętrznej źródła zasilania łagodzi jego oddziaływanie, zmniejszając szyb­kość wzrostu prądu i wartości energii elektrycznej, wyzwalanej w punkcie zwarcia, nowelizując przy tym skutki opóźnienia zadziałania układu ochronnego. Przy obciążeniu typu RL w chwili powstania rozwarcia na wyjściu źródła zasilania około 20% energii magnetycznej, zgromadzonej w indukcyjności wewnętrznej źródła zasilania, jest wydzielane w kanale wyładowania elektrycznego, natomiast przy zadziałaniu układu ochronnego, dokonującego zwarcia zacisków wyjściowych źródła zasilania w chwili powstania komutacji awaryjnej, wartość ta jest do pominięcia. W warunkach rzeczywistych występuje opóźnienie zadziałania układu ochronnego od chwili powstania komutacji awaryjnej, które powinno być uwzględnione przy symulacji zmiany w czasie rezy­stancji układu ochronnego lub przy obliczeniu odpowiednich całek w sposób numeryczny.

EN

The intemal inductance of the supply source appears in the form of defined self-contained elements, for example winding of separating transformers, coil of anti-interference filters and the like. In somecases the negative influence of these inductive elements on the intrinsic safety of the output circuit can be compensated or even used to increase the intrinsic safety of the external circuit of supply source, particularly by applying non-linear protective systems that guarantee the intrinsic safety, on account of their higher coefficient of electric energy transfer, as compared to the linear protective systems. The paper presents mathematical models for estimation of the effect of internal inductance of the supply source on intrinsic safety of the output circuit, when applying protective systems with non-linear fold-back type current-voltage characteristics, for various impedances of the load. The analytic expres-sions obtained for estimation of electric energy generated in a channel of electrical discharge, as a result of the effect of the supply source, its internal inductance and load parameters, enable, by using computer assistance, to determine a priori the level of intrinsic safety of the electric circuit, as well as to carry out an analysis of this circuit intrinsic safety sensitivity, depending on the changes of electrical parameters of individual parameters. It has been found that the effect of internal inductance of the supply source depends on the input impedance of the protected circuit, as well as on the nature of emergency commutation, short-circuit or break in this circuit. With the capacitive character of load at the moment of short-circuit occurrence at the output of the supply source, the presence of the internal inductance of the supply source mitigates its effect, by reducing the rate of rise and the value of electric energy liberated in the point of short-circuit, at the same time modifying the effects of of the delay of the protective system activation. With the load of RL type at the moment of circuit breaking occurrence, at the output of the supply source, about 20% of magnetic energy accumulated in the internal inductance of the supply source is being liberated into the electrical discharge channel, whereas with the of protective system operating, causing short-circuiting of the output clamps of the supply source at the moment of emergency commutation, this value can be omitted. In the real conditions there is a delay in activation of the protective system sińce the moment of emergency commutation occurrence that should be taken into consideration when simulating t the time change of the protcctive system resistance, or when computing apprropriate integrals.

Słowa kluczowe

PL

zwarcie; indukcyjność wewnętrzna; źródło zasilania; iskrobezpieczeństwo

EN

short-circuit; internal industrance; supply source; intrinsic safety

• Wydawca: Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa
• Rocznik: 2009
• Tom: nr 4
• Strony: 71--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz.

Twórcy

autor

Skoropacki W.

autor

Trzcionka S.

• Główny Instytut Górnictwa

Bibliografia

• 1. Ciok Z. (1983): Procesy łączeniowe w układach energetycznych. Warszawa, Wydaw. Naukowo-Techniczne.
• 2. Fraczek J. (1995): Aparatura przeciwwybuchowa w wykonaniu iskrobezpiecznym. Katowice, Śląskie Wydaw. Techniczne.
• 3. Lindmanowski W. (1988): Zarys teorii wyładowań w dielektrykach. Wyd. I. Warszawa, Wydaw. Naukowo-Techniczne.
• 4. PN-EN 60079-11 Ed. 5.0: Electrical apparatus for explosive gas atmospheres Part 11: Intrinsic safety „i".
• 5. PN-EN 60079-25. Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Część 25: Systemy iskrobezpieczne.
• 6. Osiowski J. (1981): Zarys rachunku operatorowego. Warszawa, Wydaw. Naukowo-Techniczne.