Wraz z rozwojem optoelektronicznych technologii i powstawania nowych źródeł światła (głównie na bazie LED), pojawiają się nowe możliwości, ale i nowe problemy związane z wprowadzaniem ich do środowiska kopalni. W artykule rozpatrywane są aspekty fizjologiczne - w tym jakość postrzegania wzrokowego i nowe kryteria oceny zagrożenia promieniowaniem optycznym oraz aspekty techniczno-ekonomiczne związane głównie z zapewnieniem odpowiedniej cechy budowy przeciwwybuchowej urządzeń jak i opłacalności ekonomicznej przedsięwzięcia.
EN
Together with the development of optoelectronic technology and the emergence of new sources of light (mostly LED-based), opportunities and new problems occur associated with their introduction into the environment of the mine. The article considers physiological aspects - including the quality of visual perception and new criteria for optical radiation hazard evaluation as well as technical and economic aspects associated mainly with provision of respective characteristics of explosion-proof structure of the equipment and economic viability of the project.
W artykule omówiono zakres stosowania i skuteczność zapewnienia iskrobezpieczeństwa obwodów elektrycznych za pomocą układów ochronnych z liniową i nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową. Pokazano, że drogą stosowania układów ochronnych z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową można dostarczyć kilkakrotnie większą iskrobezpieczną moc do odbiorników energii elektrycznej w stosunku do liniowych układów ochronnych. Perspektywicznym kierunkiem w rozwoju układów ochronnych z nielniową charakterystyką prądowo-napięciową są układy ochronne z wykorzystaniem generatorów samowzbudnych. Pozwala to na realizację układu ochronnego czułego na dodatnie i ujemne zmiany wartości prądu oraz wyprzedzającej separacji obwodu chronionego od źródła zasilania przed powstaniem wyładowania elektrycznego w punkcie komutacji awaryjnej. Przy tym odpada konieczność redundancji elementów sterowanych. Zapewnia się możliwość stosowania tranzystorów jako elementów sterowanych dla zapewnienia poziomu iskrobezpieczeństwa "ia".
EN
The article features the range and efficiency of providing intrinsically safe qualities to electric circuits with the use of protection systems with linear and non-linear current and voltage characteristics. It was demonstrated that by means of protection systems with non-linear current and voltage characteristics it is possible to provide several times more intrinsically safe power to electric energy receivers than in the case of linear protection systems. The development of protection systems with non-linear current and voltage characteristics is directed towards protection systems with self-exciting generators. This allows to have a protection system sensitive to positive and negative changes of current value, along with ancestor separation of the protected system from the power supply source before an electric discharge occurs at the emergency commutation point. Here, it is not necessary to provide redundancy of controlled elements. It is possible to use transistors as controlled elements to provide the "ia" level of intrinsic safety.
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.
Stwierdzono, że stosowanie normatywnego iskiernika IEC do realizacji technicznej komutacji awaryjnej typu "zwarcie" lub "rozwarcie" w badaniach obwodów elektrycznych z wykorzystaniem barier iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową typu "z podcięciem" (foldback), staje się niemożliwe, ponieważ jego konstrukcja mechaniczna nie zapewnia prawidłowego funkcjonowania takich barier, dokonujących zwierania zacisków wejściowych obwodu chronionego. Innymi słowy, przy prędkości obrotowej elektrod wolframowych, 80 obr/min iskiernika i elektrody kadmowej, obracającej się wolniej w przeciwnym kierunku, mającej dwie równoległe szczeliny szerokości 2 mm w tarczy o średnicy 30 mm, uniemożliwia powrót bariery iskrobezpieczeństwa do stanu pierwotnego, po dokonaniu zwarcia biegunów zasilania. Problem ten szczególnie uwidacznia się podczas badania barier iskrobezpieczeństwa z wykorzystaniem wartości pochodnej prądu lub napięcia w algorytmie funkcjonowania. Zaproponowano metodykę eksperymentalnej oceny właściwości ochronnych barier iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową oraz jej techniczną realizację. Podstawę metodyki stanowią pomiary oscyloskopowe z układem mechanicznym (iskiernikiem) do dokonywania komutacji awaryjnej typu "zwarcie" lub "rozwarcie" w badanym układzie elektrycznym bez zastosowania probierczej mieszaniny gazowo-powietrznej. Opracowano konstrukcję mechaniczną iskiernika nadającego się do empirycznej estymacji wartości energii elektrycznej wydzielanej w punkcie komutacji awaryjnej przy stosowaniu barier iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową. Zbudowano stanowisko pomiarowe i przeprowadzono pomiary weryfikacyjne. Przedstawiona metoda eksperymentalnej estymacji wartości energii elektrycznej, wyzwalanej w kanale wyładowania elektrycznego oraz jej realizacja sprzętowa, pozwalają na: - przekonanie się a priori o iskrobezpieczeństwie projektowanego obwodu (układu) elektrycznego, - dokonanie analizy poziomu iskrobezpieczeństwa obwodu elektrycznego w zależności od wartości elementów i układów tworzących ten obwód (układ), - zmniejszenie, ogólnie rzecz biorąc, kosztów opracowania i wdrożenia aparatury elektrycznej przeznaczonej do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, - badanie iskrobezpieczeństwa obwodów elektrycznych ze zwiększonym, pod względem iskrobezpieczeństwa, natężeniem prądu. Metodyka eksperymentalnej oceny nie wymaga stosowania probierczej mieszaniny gazowo--powietrznej, a więc może być stosowana w jednostkach gospodarczych zajmujących się projektowaniem i wytwarzaniem aparatury elektrycznej, przeznaczonej do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, do wstępnej przedcertyfikacyjnej analizy zastosowanych rozwiązań technicznych.
EN
It has been stated that the application of standard IEC spark gap for technical realisation of failure commutation of "shorting" or "open" type in testing electric circuits with making use of spark safety barriers with nonlinear current-voltage characteristic of foldback type becomes impossible. It results from their mechanical construction which does not ensure the proper operation of such barriers which carry out short-circuiting protected circuit input terminals. In other words, at the rotational speed of 80 rot/min of the spark gap wolfram electrodes and the cadmium electrode which rotates slower in the opposite direction and has two parallel gaps of 2 mm wide in the disk of 30 mm in diameter disallowing the spark safety barrier to return to its primary condition after carrying out supply poles short-circuiting. This problem is especially shown during testing spark safety barriers with making use of the current derivative value or voltage in operational algorithm. Experimental methodology of evaluation of protective properties of spark safety barriers with non linear current-voltage characteristic and their technical realisation has been proposed. The basis of the methodology constitutes oscilloscope measurements with the mechanical system (spark gap) for carrying out failure commutation of "short circuit" or "open" type in the tested electrical system without the application of test gas and air mixture. Mechanical construction of the spark gap has been elaborated. It is suitable to the empiric estimation of the electrical energy value which is emitted at the point of failure commutation at the application of spark safety barriers with nonlinear current- voltage characteristic. A measuring position has been built and verification measurements have been carried out. Presented methodology of experimental estimation of electrical energy value that releases in the channel of electrical discharge and its equipment realisation enables: - to convince a priori of the spark safety of a designed electric system, - to carry out the analysis of the spark safety level of an electric system depending on the value of elements and systems creating the circuit (system), - to test spark safety of electric circuits, - to decrease generally the cost of its elaboration and implementation of electric apparatus assigned for working in explosive conditions zones, - to test the spark safety of electric circuits with increased, in terms of spark safety, current intensity. The experimental methodology of estimation does not require the application of test gas and air mixture so it may be applied by economic units dealing with designing and manufacturing electric apparatus, assigned for working in explosive conditions zones, for the initial before-verification analysis of applied technical solutions.
W artykule omówiono jeden ze sposobów realizacji technicznej układów zapewniania iskrobezpieczeństwa z charakterystyką wyjściową typu "z podcięciem" (foldback), oparty na wykorzystaniu generatorów samowzbudnych. Układy te mają wiele zalet, a mianowicie: - możliwość rozpoczynania procesu wyprzedzającej separacji obwodu chronionego od źródła zasilania przed powstaniem wyładowania elektrycznego w punkcie komutacji awaryjnej, - możliwość eliminowania konieczności potrojenia (ew. podwojenia) układów ochronnych w celu zapewnienia niezawodności ich funkcjonowania, - możliwość stosowania tranzystorów jako elementów sterowanych w celu zapewnienia poziomu iskrobezpieczeństwa "ia", ponieważ dowolne uszkodzenie tranzystora (np. zwarcie lub rozwarcie między jego elektrodami) skutkuje zerwaniem drgań samowzbudnego generatora i przerwaniem dostarczania energii elektrycznej do obwodu chronionego, - możliwość zintegrowania układu separacji galwanicznej z układem ochronnym iskrobezpiecznego obwodu elektrycznego, - możliwość iskrobezpiecznego zdalnego zasilania, z wykorzystaniem jednego toru przewodowego (macierzystego lub pochodnego), odbiorników energii elektrycznej rozproszonych w wyrobiskach kopalnianych, za pomocą odrębnych kanałów zasilania z wykorzystaniem ortogonalnych nośników energii elektrycznej, w celu zwiększenia iskrobezpiecznej energii elektrycznej dostarczonej do tych odbiorników. Analiza właściwości takich układów pod względem teoretycznym i utylitarnym w kontekście wymagań dyrektywy Atex wymaga dysponowania ich modelem matematycznym. W artykule na podstawie strukturalnego przedstawienia w postaci dynamicznego obiektu, zbudowanego jako wzmacniacz z silnym dodatnim trzęsieniem zwrotnym, zawierającym regulowany korektor amplitudy i fazy, uzyskano uogólniony model strukturalny wymienionych układów ochronnych oraz otrzymano w formie analitycznej jego podstawowe modele matematyczne, a mianowicie operatorową transmitancję po wymuszeniu i równanie charakterystyczne. Pozwala to na wykonanie, z wykorzystaniem wspomagania komputerowego, analizy stopnia wrażliwości iskrobezpieczeństwa obwodu chronionego na zmiany jego parametrów elektrycznych, estymowanie charakterystyki czasowej i częstotliwościowej w procesie powstawania i zrywania drgań periodycznych w układzie ochronnym w zależności od parametrów obciążenia.
Jednym z istotnych elementów iskrobezpiecznych systemów łączności, telemetrii, a także układów sterowania w kopalniach metanowych są zasilacze iskrobezpieczne. Zasilacze iskrobezpieczne powinny spełniać między innymi wymagania dyrektyw ATEX oraz EMC. W pracy omówiono sposoby realizacji iskrobezpiecznych zasilaczy prądu stałego z uwzględnieniem ich struktury oraz układów ochronnych. Zwrócono uwagę na możliwości wykorzystania generatorów samowzbudnych przy budowie zasilaczy iskrobezpiecznych.
EN
The intrinsically safe power supply units are one of the essential components included in the intrinsically safe communication systems, telemetry, and control systems in the methane mines. Among other things they should meet the requirements of the ATEX and EMC Directives. The paper presents how the intrinsically power supply units should be made taking into account their structures and the protective circuits. There has been paid attention to the possibilities for application of self-excited generators for construction of the intrinsically safe power supply.
Według dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 94/9/WE (ATEX 100A), poziom iskrobezpieczeństwa "ia", nie może być uzyskany za pomocą stosowania sterowanych elementów półprzewodnikowych jako szeregowych ograniczników prądu. Stosowanie tych elementów natomiast jest dozwolone w postaci równoległych ograniczników napięcia jako zwierników zacisków wyjściowych źródła zasilania. Układ ochronny obwodu iskrobezpiecznego, zbudowany na tej zasadzie, ma nieliniową charakterystykę wyjściową. Z tej przyczyny aktualne staje się badanie efektywności zapewnienia iskrobezpieczeństwa układów ochronnych o nieliniowej charakterystyce wyjściowej z wykorzystaniem zależności energetycznych w okresie przejściowym. W artykule zostało przedstawione to zagadnienie w zakresie analizy wydzielania energii w kanale wyładowania elektrycznego wskutek komutacji awaryjnej typu zwarcie w obwodzie RC. Do analizy tej energii wykorzystano kilka matematycznych modeli zmiany rezystancji kanału wyładowania - liniowej i nieliniowych. Stwierdzono, że wydajność energetyczna procesu wyładowania, stanowiąca procentowy udział energii elektrycznej pochłanianej w kanale wyładowania w stosunku do pierwotnej energii zgromadzonej w kondensatorze, jest maksymalna dla liniowego modelu zmiany rezystancji kanału wyładowania elektrycznego oraz w początkowym okresie procesu wyładowania i przy minimalnej szybkości zmiany rezystancji kanału wyładowania elektrycznego. Efekt znaczącej redukcji energii pochłanianej w kanale wyładowania osiąga się w przypadku stosowania nieliniowego układu elektronicznego, zwierającego punkt iskrowego rozładowania kondensatora z jak najkrótszym opóźnieniem w stosunku do początku powstania procesu rozładowania, przy czym potencjalna wartość tej redukcji nie przewyższa 50% w przypadku stosowania progowych układów zabezpieczenia nadprądowego. Wykazano, że rezystor szeregowo włączony w obwód rozładowania kondensatora staje się skuteczny, pod względem redukcji energii wydzielanej w kanale wyładowania, dla wartości tego rezystora powyżej 10 Ω, przy czym efekt redukcji nie jest stały dla kondensatorów o różnej pojemności. Z kolei, włączenie dodatkowego rezystora w przypadku zastosowania nieliniowego układu ochronnego zmniejsza w sposób wyraźny wartość energii elektrycznej wydzielanej w kanale wyładowania. Istotne zmniejszenie tej energii osiąga się już przy wartości dodatkowego rezystora wynoszącej kilka omów. To oznacza, że zastosowanie nieliniowych układów ochronnych jest korzystniejsze niż z konwencjonalnych liniowych układów ochronnych, ponieważ w licznych przypadkach obecność takiego rezystora o dużej wartości koliduje z przeznaczeniem kondensatora, na przykład kiedy kondensator jest wykorzystywany jako element filtru wygładzającego.
EN
According to the directive of European Parliament and Council 94/9/WE (ATEX 100A), level "ia" of sparkproofness, it can not be obtained with the use of applying of steered semiconducting elements as serial current limiters. However, applying of these elements is permissible in form of voltage parallel limiters, as short circuiting switches of output terminals of power supply. Protective system of sparkproof circuit, built according to this rule, possess a non-linear output characteristics. Because of this, efficiency tests of sparkproofness assurance using energy relations for a transitory period become a live issue for the protective systems with non-linear output characteristics. In the paper, this question was presented in the scope of analysis of energy releasing in channel of electric discharge resulting from emergency commutation of the short-circuit type in circuit RC. Some mathematical models of channel discharge resistance change, linear and non-linear, were used for analysis of this energy. It was stated that an energetic efficiency of discharge process, constituting proportional part of electric energy absorbed in discharge channel in relation to prime energy accumulated in capacitor, is maximal for a linear model of resistance change of electric discharge channel, as well as in an initial period of discharge process and at minimal rate of resistance change of electric discharge channel. Effect of significant reduction of energy absorbed in the discharge channel is achieved in the case of applying of non-linear electronic system short-circuiting the point of sparkle discharge of capacitor within the shortest possible delay in relation to beginning of rise of the discharging process. At the same time, the potential value of this reduction is not higher than 50%, in the case of threshold systems applying for excess current protection. It was shown, that resistor included in series in a capacitor discharging circuit becomes effective, with regard to reduction of energy releasing in channel of discharge, for values of its resistance above 10 Ω , and the effect of reduction is not constant for capacitors of different capacities. Subsequently, inclusion of an additional resistor diminishes significantly the value of electric energy releasing in the channel of discharge in the case of use of the non-linear protective system. Essential decrease of this energy is achieved already at additional resistance value of few ohms. This means that use of non-linear protective systems is more advantageous than the use of conventional linear protective systems, because in numerous cases the presence of such a resistor of large value interferes with a capacitor destination, for example when the capacitor is used as an element of smoothing filter.
Artykuł podejmuje zagadnienie zagrożenia elektrycznością statyczną powstającą na powierzchni odzieży roboczej i sprzętu ochrony indywidualnej w górnictwie, na podstawie szczegółowej analizy warunków inicjacji zapłonu mieszanek gazowych i pyłowych występujących w kopalniach głębinowych. Nowe przepisy Unii Europejskiej wprowadziły obowiązek oceny zagrożenia elektrycznością statyczną odrębnie dla prac z materiałami wybuchowymi, w tym szczególnie z wybuchowymi materiałami inicjującymi (zapalniki), charakteryzującymi się niską wartością energii zapłonu. Na podstawie przeprowadzonej analizy sformułowano wnioski profilaktyczne i metodyczne, dotyczące ochrony przed skutkami działania elektryczności statycznej.
EN
Basing on a detailed study of ignition initiation conditions for gas and dust mixes occurring in underground mines, undertaken in this article is the question of hazard of the static electricity originating on the surface of personal working clothes and protection equipment used in mining. The respective new regulations of the European Union have imposed on mines the obligation of assessment of the static electricity hazard separately for blasting work with explosives involved, in particular with initiators (detonators) distinguished for a low level ignition energy. On the basis of the study conducted, formulated have been prevention-type and methodical conclusions pertaining to protection against the effects of influence of static electricity.
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.
Stosowanie oświetlenia elektrycznego wyrobisk podziemnych i stanowisk pracy w kopalniach metanowych ograniczone jest wymaganiami bezpieczeństwa przeciwwybuchowego. Z godnie z prze-pisami eksploatacyjnymi w przypadku stwierdzenia w wyrobisku podziemnym zawartości metanu powyżej 2% należy niezwłocznie wyłączyć sieć elektryczną, unieruchomić maszyny i urządzenia oraz wycofać ludzi z zagrożonych wyrobisk. Wymaganie to dotyczy również oświetlenia roboczego na podziemnych stanowiskach pracy i dróg ewakuacyjnych. Wyłączenie zasilania powoduje wyłączenie oświetlenia, w tym także wskazującego kierunki dróg ewakuacyjnych. Ewakuacja załogi w takich sytuacjach możliwa jest jedynie przy oświetleniu dostarczanym przez osobiste lampy nahełmowe pracowników. W sytuacjach awaryjnych bierne wskaźniki dróg ewakuacyjnych, wykonane z materiałów odblaskowych, często nie spełniają oczekiwań, gdyż wymagają oświetlenia odrębnym źródłem światła pobudzającym odbicie, przy czym emitowane przez nie światło odbite jest często zbyt słabo widoczne, zwłaszcza w wyrobisku zapylonym lub zadymionym. Przedstawiono koncepcję awaryjnego oświetlenia w kopalniach metanowych, przeprowadzono analizę systemu awaryjnego oświetlenia z wykorzystaniem drabinkowej i szeregowej konfiguracji pod kontem spełnienia wymagań energetycznych dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 94/9/WE (ATEX 100A). Omówiono aspekty realizacji technicznej drabinkowej i szeregowej konfiguracji takiego systemu. Ustalono, że diody LED, ze względu swoje parametry techniczne i niezawodnościowe, znakomicie nadają się do realizacji awaryjnego oświetlenia wyrobisk podziemnych i stanowisk pracy w kopalniach metanowych.
EN
Electric lightening applicable in underground mines and work positions in methane mines is limited by claims of counterexplosive safeties. It belongs to operational regulations in case of affirmation in underground over 2% methane contents immediately should exclude power lines, stop indicate machine and recapture people from threatened underground. It concerns also underground work positions and evacuation ways. Exclusion of supplying, causes exclusion of lightening, including directions of evacuation ways. Evacuation of crew is possible in such situations at lightening supplied by personal helm lamps. Indicators of evacuation ways in passive emergency conditions, from reflection materials executed, they do not grant expectations often, because they require illumination separate source incentive reflection enlightened, issued is reflected visible at that by it slightly enlightened often far too, especially in ashed underground or fill with smoke. Presented concept of emergency lightening in methane mines, lead analysis of system of emergency lightening with utilisation of ladder and chain configuration under account of implementation of energy claim of directive of the European Parliament and Council 94/9/WE (ATEX 100A). It discuss aspects of technical realisation of such ladder and chain configuration system. It establish, that LED diodes, from respect on technical parameters and reliability, they be suitable superbly for realisation of emergency lightening in underground and work positions in methane mines.
W referacie omówiono warunki eksploatacji kabli telekomunikacyjnych w wyrobiskach podziemnych zakładów górniczych. Podano podstawowe środki techniczne umożliwiające minimalizację wpływu na kable występujących w tym środowisku zagrożeń. Określono wymagania techniczne dla nowych konstrukcji ekranowanych, górniczych kabli telekomunikacyjnych przewidzianych do pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem oraz eksploatowanych w wyrobiskach o zwiększonych narażeniach wodnych. Podano zasadę budowy i konstrukcji oraz podstawowe parametry elektryczne i mechaniczne nowych konstrukcji kabli.
EN
The paper refers to the operating conditions of telecommunication cables at underground workings of mining plants. There are given the fundamental technical means which can minimize an effect of hazards occurring in this environment, on the cables. The paper describes the technical requirements for new design of screened mine telecommunication cables provided to be used at explosion areas or at workings exposed to increased water risk. The principle of construction and basic electric and mechanical parameters of the cables of new construction are given.
W wyniku analizy ustaleń komisji powypadkowych powołanych przez Prezesa WUG w Głównym Instytucie Górnictwa opracowano przenośny przyrząd do pomiaru stężenia tlenu, tlenku węgla, siarkowodoru i metanu w atmosferze kopalnianej. Oryginalną cechą przyrządu jest zastosowanie 3,5 - metrowej sondy teleskopowej umożliwiającej przeprowadzenie pomiarów przed wejściem w strefę zagrożenia. Przyrząd jest maksymalnie zminiaturyzowany i odporny na wpływy zewnętrzne. Uzyskał cechę przeciwwybuchowości Eexi(a)I/II T1 i dopuszczenie WUG do stosowania w podziemnych zakładach wydobywczych, w polach metanowych zaliczanych do stopnia "a", "b" i "c" niebezpieczeństwa wybuchu. Rozwiązanie nagrodzono srebrnym medalem na Międzynarodowej Wystawie Wynalazków "BRUSSELS EUREKA" 2002".
EN
As a result of a study of the findings made by the Accident Investigation Commissions set by the WUG's President developed has been by the Central Mining Institute a portable instrument for measurement of concentration of oxygen, carbon monoxide, hydrogen sulfide and methane in the mine atmosphere. A genuine feature of the instrument is the application of a 3.5 m. long telescopic probe that enables the taking of measurements prior to entry in a hazardous zone. The instrument has been miniaturized to a maximum degree and made proof against outer factors. It has been provided with the WUG's explosion-proof mark of Eexi(a) I/II T1 and granted approval for use in underground mining operation units in the methane areas classified in the "a", "b" and "c" degrees of explosion hazard. The design has been awarded with a Silver Medal of the "BRUSSELLS EUREKA 2002" International Inventions Exhibition.
Urządzenia telemetryczne i telekomunikacyjne mogą być zasilane prądem stałym następującymi sposobami: - przy równoległym podłączeniu odbiorników energii elektrycznej do obwodu zdalnego zasilania (tzw. konfiguracja "drabinkowa"), - przy szeregowym połączeniu odbiorników energii elektrycznej do obwodu zdalnego zasilama, - z wykorzystaniem kaskadowo połączonych konwerterów napięcia, - z wykorzystaniem odrębnych kanałów energii elektrycznej. Porównania sposobów przesyłania energii elektrycznej dokonano na podstawie porównania smna-rycznej wartości użytecznej mocy Pu dostarczonej do odbiorników energii elektrycznej i współczynnika sprawności eta. Wartość mocy elektrycznej, którą można przesyłać na odległość do kopalnianych urządzeń telekomunikacyjnych, jest ograniczona wymaganiami iskrobezpieczeństwa oraz warunkami prowadzenia robót pod napięciem, przy czym czynnikiem dominującym w takim przypadku jest wartość mocy użytecziiej dostarczonej do tych urządzeń. Największą wartość mocy użytecznej dostarczonej do odbiorników energii elektrycznej z wykorzystaniem toru naturalnego lub pochodnego kabla telekomunikacyjnego osiąga się, stosując przelotowe konwertery napięcia zasilania. Przy stosowaniu przelotowych konwerterów napięcia, w porównaniu z wariantami zasilania bez konwerterów (układ drabinkowy i szeregowy), można osiągnąć kilkakrotnie większą wartość mocy elektrycznej dostarczonej na odległość l, przy porównywalnych wartościach prądu na wejściu obwodu zdalnego zasilania. Stosowanie odrębnych kanałów przesyłania energii do poszczególnych odbiorników zdalnego zasilania pozwala na dostarczenie nieco większej mocy użytecznej w porównaniu ze sposobem konwencjonalnym. Jednak realizacja techniczna odrębnych kanałów zarówno o podziale częstotliwościowym, jak i czasowym jest bardziej skomplikowana, i związana z istotnymi problemami zapewnienia iskrobezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej. Najbardziej korzystny, pod względem realizacji teclinicznej, jest sposób zdalnego zasilania z stosowaniem przelotowych konwerterów napięcia. Pozwala on w dogodniejszy sposób zapewnić iskrobezpieczeństwo obwodu zdalnego zasilania drogą podziału tego obwodu na iskrobezpieczne energetyczne izolowane między sobą odcinki, wykorzystanie jednakowych przelotowych konwerterów napięcia, funkcjonujących w trybie dopasowania impedancji wejściowych, zapewnić kompatybilność clektromagnetyczną w jednym wieloparowym kablu telekomunikacyjnym.
EN
The telemetric and telecommunication equipment can be DC - supplied with the use of following methods: - at parallel connection of the receivers of electrical energy to the circuit of remote power supply, (the so called "ladder - type" configuration"). - at series coimection of the receivers of electrical energy to the circuit of remote power supply. - with the use of cascade - connected voltage converters, - with the use of separate electrical energy chamiels. The comparison of the method for transmitting electrical energy was made on tlie basis of comparing the total value of effective power Po delivered to the electrical energy receivers and the efficiency coefficient. The value of electrical power to be remotely delivered to mine telecommunication equipment is limited by the requirements of intrinsic safety and conditions of conducting the work in the live wire condition, with the dominating factor being, in this case, the value of effective power dehvered to this equipment. The highest value of effective power delivered to the receivers of electrical energy with the use of either a natural or phantom line of a telecommunication cable is obtained using the through -converters of the supply voltage. In the case of using the through-voltage converters, as compared to the power supply version without these converters (ladder - type and series versions), one can obtain a several times greater value of electrical power supplied to a distance L keeping the comparable values of current at the input of the remote power supply system . The use of separate chamiels to transmit energy to individual receivers of remote power supply makes it possible to deliver a little higher value of effective power, as compared to the conventional method On the other hand, the technical realisation of separate channels, both with the frequency and time division, is more complicated and connected with important problems of ensuring the intrinsic safety and electromagnetic compatibility. The most advantageous, in tenns of technical realisation, is the method of remote power supplying with the use of through voltage converters. It enables to ensure more conveniently the intrinsic safety of the remote power supply circuit into intrinsically - safe, energetically isolated, sections, and the use of identical through-voltage converters operating in the mode of matching the input impedances, to ensure the electromagnetic compatibility in a single multi- pair telecommunication cable.
Jedną z metod określenia poziomu iskrobezpieczeństwa obwodów i systemów elektrycznych zawierających tory przewodowe (linie długie) jest metoda polegająca na wykorzystaniu iskiernika. W celu właściwego przeprowadzenia badań za pomocą iskiernika należy posługiwać się prawidłowym modelem fizycznym toru przewodowego (macierzystego), w postaci kaskadowego połączenia pasywnych symetrycznych czwórników, typu "T", "Π" i "X", zbudowanych ze skupionych elementów R, L, C, których wartości są równe odpowiednim parametrom toru macierzystego. Czwórniki te najczęściej symulują odcinki toru macierzystego o znanych parametrach jednostkowych Rj, Lj, Cj i Gj. Modelowanie toru przewodowego za pomocą pasywnych czwórników wymaga spełnienia dwóch kryteriów: - sumaryczna wartość elektromagnetycznej energii zgromadzonej w elementach reaktancyjnych czwórników zastępczych powinna być adekwatna do wartości energii zgromadzonej w naturalnym torze przewodowym, - charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe kaskady czwórników zastępczych i toru przewodowego powinny być zbieżne w wymaganym paśmie pulsacji, tak w stanie jałowym, jak i w stanie dopasowania falowego. Określono podstawowe warunki zastępowania toru przewodowego minimalną liczbą pasywnych czwórników, przy zachowaniu adekwatnej zdolności gromadzenia i przekazywania energii elektrycznej do punktu komutacji awaryjnej. Ocena modelu fizycznego została dokonana na podstawie określenia zbieżności charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych kaskady czwórników zastępczych i odcinka toru przewodowego w stanie jałowym i w stanie dopasowania falowego. Ustalono, że zastępowanie jednostkowego odcinka toru przewodowego jednym czwórnikiem nie odwzorowuje parametrów falowych toru macierzystego kabla w stanie jałowym i dopasowania falowego, co jest konieczne w badaniach, za pomocą iskiernika zapalności obwodu elektrycznego z torem przewodowym, ponieważ podczas wyładowania elektrycznego rezystancja kanału wyładowania zmienia się od 0 do ∞ (przy awaryjnym rozwarciu obwodu) lub od ∞ do 0 (przy awaryjnym zwarciu). Zakres pulsacji, dla którego wymagana jest zbieżność charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych toru przewodowego i kaskady czwórników zastępczych powinien być określany dla każdego konkretnego przypadku z uwzględnieniem parametrów źródła zasilania, zabezpieczenia przeciwwybuchowego i środowiska wybuchowego.
EN
One of the methods used for determination of spark-proof safety of electric systems including metallic circuits is based on the use of spark gap. An appropriate physical model of metallic circuit is indispensable for that purpose. Such model is built in the form of a cascade of two-terminal-pair networks of "T", "Π" and "X" type, consisting of lump R, L, C elements and having parameters equal to the respective parameters of the metallic circuit. Usually two-terminal-pair networks emulate sections of metallic circuit whose unitary parameters Rj, Lj, Cj and Gj are known. The two following criteria should be met in order to secure a good emulation of metallic circuit by passive two-terminal-pair networks: - sum of electromagnetic energy accumulated in elements of two-terminal-pair networks should be adequate to the value of energy accumulated in the natural metallic circuit, - attenuation-frequency diagrams of the cascade of two-terminal-pair networks and the diagrams of metallic circuit should converge in the requested range of pulsation both in the idle state and in the state of impedance matching, The essential conditions were determined for metallic circuit modeling by minimal number of two-terminal-pair networks with ability preserved for accumulation of electric energy and its transfer to the emergency commutation point. The assessment of physical model was carried out by determination of convergence of diagrams of a section of the metallic circuit and a cascade of two-terminal-pair networks both the idle state and in the state of impedance matching. It has been determined that the substitution of a single section of the metallic circuit by one two-terminal-pair network in spark gap testing does not represent adequately wave parameters of metallic circuit of the cable both in the idle or impedance matching states. It is so because the resistance of the discharge channel changes from 4 to 0 (in the case of emergency circuit opening) or from 0 to 4 (in the case of emergency shorting). The pulsation range for which convergence is required of attenuation-frequency diagrams of a cascade of two-terminal-pair networks and diagrams of a metallic circuit should be determined in each particular case.
W artykule zostały przedstawione dotychczasowe wyniki badań nad określeniem niezawodności kopalnianej sieci telekomunikacyjnej ISDN, prowadzonych w ramach projektu badawczego finansowanego przez Komitet Badań Naukowych. W pierwszej części artykułu scharakteryzowano możliwe sposoby podejścia do analizy niezawodności strukturalnej. Następnie zaproponowano kryteria oceny niezawodności oraz przedstawiono przykładową strukturę kopalnianej sieci telekomunikacyjnej. Część zasadnicza artykułu została poświęcona opisowi opracowanego algorytmu przeprowadzenia analizy niezawodności struktury sieci ISDN.
EN
The article presents the present results of tests on determination of mine telecommunication network (ISDN) relibility, conducted within the framework of a research project financed by the State Committee for Scientific Research. In the first part of the article, the possible aproach to analysis of structural reliability is described. Then the criteria to estimate reliability are suggested and an examplary structure of mine telecommunication network is presented. The main part of the article is devoted to description of the algorithm for making the analysis of the ISDN network structure reliability.
Iskrobezpieczne zasilacze lokalne oraz zasilacze współpracujące z linią przesyłową powinny w sposób gwarantowany przekazywać energię elektryczną do kopalnianych systemów telekomunikacyjnych i tele-metrycznych oraz zapewniać iskrobezpieczeństwo swego obwodu wyjściowego we wszystkich warunkach pracy zarówno określonych jak i losowych. Zasilacz (system zasilania) realizujący w taki sposób zasilanie urządzeń kopalnianych może być klasyfikowany jako zasi-lacz z cechami sztucznęj inteligencji. Przedstawiono sposoby realizacji strukturalnej takich zasilaczy i systemów zasilania.
EN
Intrinsically-safe local supply units and those co-operating with transmission line should, in a warranted way, transmit electric energy to mine telecommunication and telemetry systems and ensure intrinsic safety of their output circuits under any operation conditions, both the determinate and random ones. The supply unit (power supply system) which performs power supply of mine eqipment in such a way can be specified as a unit with character-istic of artificial intelligence. The methods of structure realization of these supply units and systems are presented.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Jako kryterium zapłonu mieszanki wybuchowej przy komutacji awaryjnej w obwodzie elektrycznym wybrano wartość energii elektrycznej wyzwalanej w procesie wyładowania elektrycznego. Wartość tej energii jest sumarycznym skutkiem oddziaływania poszczegól-nych elementów magazynujących energię elektryczną i źródeł zasilania. Zaproponowano algorytm postępowania i metodykę obliczania wartości energii elektrycznej oddawanej do punktu wyładowania elektrycznego przez poszczególne elementy magazynujące i źródła zasilania obwodu elektrycznego.
EN
The value of electrical energy released during the process of electrical discharge has been assumed as the criterion for ignition of an explosive mixture at commutational breakdown in the electrical circuit. This energy value is the total effect of interaction of individual energy-storing elements and power supply sources. An algorithm is approach together with the methodics of calculation of electrical energy values released into the point of electrical discherge by the individual energy-storing elements and power supply sources have been proposed.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.