Zapewnienie iskrobezpieczeństwa systemów zdalnego zasilania przez zastosowanie układów ochronnych z nieliniową charakterystyką wyjściową

• Autorzy: Skoropacki W.

Warianty tytułu

EN

Ensuring the intrinsic safety remote power supply systems be means of application of protective circuits having non-linear output characteristics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Iskrobezpieczeństwo obwodu elektrycznego może być zapewnione następującymi sposobami: - przez ograniczenie prądu i napięcia w punkcie komutacji awaryjnej, powstałym w dowolnym miejscu w obwodzie chronionym, - przez ograniczenie szybkości zmiany napięcia w punkcie komutacji awaryjnej, - za pomocą separacji energetycznej źródła zapłonu. Najprostszym sposobem realizacji pierwszego sposobu jest zastosowanie szeregowego rezystora ograniczającego. Wadą tego sposobu jest brak stabilizacji napięcia na wejściu iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego oraz niska wartość iskrobezpiecznej mocy odbieranej od źródła zasilania z ograniczającym rezystorem wyjściowym. Separacja energetyczna źródła zapłonu (np. źródła zasilania) jest najbardziej efektywnym sposobem zapewnienia iskrobezpieczeństwa przy powstaniu komutacji awaryjnej w obwodzie elektrycznym. Sposób ten polega na ograniczeniu trwania wyładowania elektrycznego. Charakterystyka wyjściowa układu ochronnego jest przy tym nieliniowa. Równocześnie przy jednakowej mocy maksymalnej, którą źródło może oddać obciążeniu, trwanie wyładowania i wydzielona energia będą mniejsze niż przy stosowaniu układu ochronnego z charakterystyką liniową, tzn. z ograniczającym rezystorem wyjściowym. Jednym ze sposobów realizacji nieliniowej charakterystyki wyjściowej układu ochronnego jest energetyczna separacja obwodu chronionego (odłączenie źródła zasilania). Energetyczna separacja (odłączenie) źródła zasilania przy komutacji awaryjnej jest najmniej skomplikowanym i najbardziej efektywnym sposobem zapewnienia iskrobezpieczeństwa obwodów elektrycznych przez ograniczenie trwania rozładowania. Odłączenie źródła zasilania może być zrealizowane w następujący sposób: - przez ciągłą kontrolę parametrów obwodu elektrycznego i odłączenie źródła zasilania w przypadku, kiedy te parametry przekroczą wartości dopuszczalne, - przez kontrolę stanu pracy obwodu elektrycznego i odłączenie źródła zasilania, przy przekroczeniu dopuszczalnej wartości prądu lub napięcia, - przez kontrolę szybkości zmian prądu i napięcia w obwodzie elektrycznym i odłączenie źródła zasilania przy przekroczeniu wartości pochodnej od prądu lub napięcia ustalonego prądu. Odłączenie źródła zasilania najczęściej jest stosowane przy przekroczeniu wartości progowej prądu w obwodzie. Ta metoda umożliwia kilkakrotne zwiększenie mocy iskrobezpiecznej obciążenia w stosunku do źródła zasilania z liniową charakterystyką wyjściową. Realizacja techniczna takiego układu ochronnego polega na stosowaniu kluczy zwierających z wykorzystaniem tyrystorów. Badania zapalności obwodów elektrycznych z wymienionymi układami ochronnymi nie mogą być prowadzone z wykorzystaniem typowego iskiemika. Estymacji wartości energii można dokonać na podstawie: obliczeń analitycznych, symulacji komputerowej, np. z wykorzystaniem programu PSPICE, pomiarów oscyloskopowych. Metoda oscyloskopowa w tym przypadku jest najbardziej perspektywiczną alternatywą. Stosowanie układu ochronnego z nieliniową charakterystyką dokonującego odłączenia źródła zasilania przez zwarcia zacisków wyjściowych źródła zasilania, w chwili powstania komutacji awaryjnej, wymaga opracowania i realizacji technicznej algorytmów współpracy między tym układem a źródłem zasilania oraz odbiornikiem energii elektrycznej. Wymagana jest także realizacja "miękkiego" startu włączenia i odbioru energii elektrycznej.

EN

The intrinsic safety of electric circuits can be ensured by the following means: - limitation of current or voltage at the emergency commutation point anywhere in the circuit being protected, - limitation of voltage changes rate at the emergency commutation point, - energetic separation of the ignition source. The simplest way to implement the first method is the application of a limiting resistor in series, though this solution has its drawbacks, namely there is lack of voltage stabilization at the protective circuit input and the intrinsic safety power taken over from the power source with the limiting output resistor is low. The energetic separation of the ignition source (for example the power source) is the most effective method to ensure intrinsic safety when an emergency commutation arises in the electric circuit. This method consists in limitation of electrical discharge duration time. Output characteristics of the protective circuit is non-linear in this case, and for the same amount of maximal power that can be transferred into the load by the power source, both the discharge duration time and the energy produced would be lower than in the protective circuits of linear characteristics, i.e. with a limiting output resistor. One of the means of realization of non-linear output characteristics of protective circuit is the energetic separation of the circuit being protected (i.e. disconnection of the power source). The energetic separation (disconnection) of the power source during emergency commutation is the simplest and most effective way of securing intrinsic safety for electric circuits by reduction of discharge duration time. Disconnection of the power source can be realized in the following ways: - constant monitoring of parameters of the electric circuit and interruption of power supply when the permissible values of these parameters are exceeded, - monitoring of the state of the circuit and disconnection of power supply when the permissible values of voltage or current are exceeded, - monitoring of rates of change of voltage and current in the circuit and disconnection of power supply when the derivative of voltage or current exceeds certain values. Disconnection of power supply is frequently used when current in the circuit exceeds the threshold value. This method enables to achieve the values of intrinsic safety power of load several times higher in comparison with power supply systems having linear output characteristics. Technical realization of such protective circuits consist in application of short-circuiting keys with the use of thyristors.

Słowa kluczowe

PL

iskrobezpieczeństwo; obwód elektryczny; separacja energetyczna

EN

intrinsic safety; power supply system; energetic separation

• Wydawca: Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa
• Rocznik: 2005
• Tom: nr 4
• Strony: 99--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 3 poz.

Twórcy

autor

Skoropacki W.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Akustyki Technicznej, Techniki Laserowej i Radiometrii, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, tel. [phone],

Bibliografia

• 1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 marca 1994 r. w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych państw członkowskich, dotyczących urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, 94/9/WE ATEX 100A.
• 2. PN-EN 50020: Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Wykonanie iskrobezpieczne „i”.
• 3. Skoropacki W. (1999): Problemy zwielokrotnienia torów naturalnych kopalnianej sieci telekomunikacyjnej. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa nr 837. Katowice, GIG.