Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Eksperymentalna ocena właściwości ochronnych barier iskrobezpieczeństwa z nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową

Skoropacki W.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2009

|

nr 2

55-68

PL

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.

2

Zależności energetyczne przy zapewnieniu iskrobezpieczeństwa obwodów elektrycznych typu RC za pomocą układów ochronnych o nieliniowej charakterystyce wyjściowej

Skoropacki W.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2006

|

nr 4

63-76

PL

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.

3

Modelowanie fizyczne toru przewodowego przy ocenie iskrobezpieczeństwa obwodów i systemów elektrycznych

Skoropacki W.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2003

|

nr 2

33-48

PL

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.