Come limitare l'energia disponibile a Spark?

Leggi questo articolo per scoprire come limitare l'energia disponibile alla scintilla.

L'induttanza è forse il parametro più importante nei circuiti a bassa tensione, che dà origine a scintille incendiarie. In un circuito contenente componenti induttivi, è richiesta energia per stabilire campi magnetici e questa energia viene immagazzinata fino a quando il circuito non viene interrotto. In un induttore ad aria compressa questa energia sarà ½ LI ², dove L è il valore dell'induttore in henries e I, la corrente, in ampere.

Con induttori con nucleo in ferro questa semplice formula non può essere utilizzata perché la permeabilità del materiale del nucleo cambia continuamente con il cambiamento del flusso. In entrambi i casi, tuttavia, quando il circuito si rompe, una tensione viene indotta nel circuito in una direzione per mantenere il flusso di corrente.

L'entità di questa tensione dipenderà dalla velocità di variazione del flusso magnetico che a sua volta segue il tasso di variazione della corrente. L'energia rilasciata dall'induttore si dissiperà in parte nella resistenza del circuito ma principalmente nella scarica tra gli elettrodi di separazione.

Nei circuiti di interruzione la tensione indotta si sommerà a quella della sorgente primaria per trasportare la corrente tra gli elettrodi. Questa maggiore energia alla scintilla era quasi considerata il problema principale nei circuiti a sicurezza intrinseca. Infatti Wheeler e Thorton hanno mostrato come l'energia potrebbe essere deviata dalla scintilla fornendo un percorso alternativo per la corrente indotta.

Qui discutiamo vari metodi usati negli anni nelle miniere:

1. Il condensatore limiterebbe l'aumento della tensione indotta nell'induttore riducendo la velocità di variazione della corrente e immagazzinando energia. Questo metodo è più efficace alle tensioni più alte e alle basse correnti, ma ora è considerato insoddisfacente perché sono ora disponibili metodi di protezione molto migliori.

2. Per essere veramente efficace, il resistore deve essere di un valore piuttosto basso o lo spreco di potenza sarebbe normalmente inaccettabile.

3. Il metodo corto in rame prevede il montaggio di un tubo di rame sul giogo del magnete prima che la bobina sia montata. Il tubo di rame si comporta come l'avvolgimento secondario cortocircuitato su un trasformatore quando cambia la corrente nell'avvolgimento primario. L'efficacia di questo metodo dipende da un'elevata induttanza reciproca tra la bobina e il manicotto.

Questo metodo viene utilizzato quando fornito da una tensione alternata tramite diodo remoto, fornisce la protezione del nucleo pilota. Il relè funziona solo sul componente cc della corrente, il componente CA viene effettivamente cortocircuitato dal manicotto di rame. La boccola di rame dà anche un leggero ritardo nel tirare e rilasciare.

4. La resistenza non lineare è stata utilizzata sulle linee telefoniche dove si è constatato che la normale tensione vocale è così bassa che il resistore non lineare ha un valore elevato. A tensioni più elevate la resistenza cade rapidamente per assorbire l'energia in eccesso.

5. Collegando un raddrizzatore attraverso l'induttore in modo che presenti un'elevata resistenza alla corrente diretta ma una bassa resistenza alla corrente indotta. Questo accade a causa della variazione di polarità che si verifica attraverso l'induttore, quando l'alimentazione è interrotta. È diventata quasi una pratica standard utilizzare un raddrizzatore a ponte per dissipare l'energia induttiva associata ai relè.

Un relè protetto in questo modo può essere lavorato da una fonte di alimentazione CA o CC. Infatti i quattro raddrizzatori producono effettivamente due percorsi in parallelo con la bobina, e quindi cortocircuitando l'emf indotta. Il principale vantaggio di questo metodo è che il relè non è polarizzato quando usato nei circuiti cc.

Tuttavia, in alcuni casi, un relè è progettato appositamente per essere consapevole della polarità montando un raddrizzatore in serie con la bobina. In questo caso un secondo raddrizzatore è montato nella direzione appropriata attraverso la bobina, come dispositivo di sicurezza.

Tuttavia, nel corso degli anni il tipo di raddrizzatore utilizzato per questo scopo è cambiato. Infatti, ora vediamo dalla nostra esperienza che i raddrizzatori di ossido di rame e di selenio sono stati sostituiti da diodi semiconduttori di germanio o silicio. Questi ultimi dispositivi sono stati trovati molto più efficienti ed efficaci, a causa del fatto che la caduta di tensione diretta, quando porta la piena corrente nominale, raramente supera 0, 7 volt.

Gli effetti dell'aggiunta di relè, protetti da diodi a semiconduttore su una sorgente di corrente intrinsecamente sicura, avrebbero un effetto simile sull'aumento della tensione di alimentazione di 0, 7 volt. Questo sarebbe solo marginalmente meno sicuro rispetto alla fornitura intrinsecamente sicura da sola.

Si è notato che a volte un circuito può contenere una quantità significativa di induttanza in cui, a causa dell'effetto sul funzionamento del circuito, non è possibile utilizzare i suddetti metodi, nel qual caso l'energia del punto vendita ½ LI ² può essere mantenuta ad un limite di sicurezza limitando il flusso di corrente.

Un esempio potrebbe essere dove l'induttanza fa parte di un circuito trasformato, nel qual caso il componente DC può essere limitato da un resistore in serie, o bloccato del tutto dalla capacità in serie.

Nei circuiti resistivi tutta l'energia disponibile per produrre calore alla scintilla deve essere fornita dalla fonte primaria di corrente, sia dalla batteria o dal trasformatore. Ciò che è forse più importante è che la tensione disponibile tra i contatti di separazione è limitata alla tensione dell'alimentazione.

L'energia disponibile per la scintilla può essere limitata dall'inclusione di una resistenza non induttiva in serie con l'alimentazione. Anche se parliamo di circuiti resistivi, è importante ricordare che tutti i circuiti mostrano una certa induttanza, raramente sotto i 5 micro henri, e in certe circostanze, questo può essere importante.

Nel caso di circuiti capacitivi, l'energia immagazzinata è data dalla formula ½ CV ², il parametro importante è la tensione del circuito piuttosto che la corrente. La seguente tabella indica il valore massimo della capacità che può essere utilizzato su circuiti a tensioni diverse senza la necessità di limitare la corrente di cortocircuito per mezzo di un resistore in serie.

Tali strumenti sono coperti da un certificato intrinsecamente sicuro che dichiara gli strumenti sicuri per conto proprio ma la combinazione di strumento e circuito da testare potrebbe non essere intrinsecamente sicura.

Tuttavia, la sicurezza è garantita osservando le condizioni di certificazione che sono stampate sull'etichetta dello strumento di prova:

(a) Gli strumenti non devono essere usati dove la concentrazione di metano nell'aria raggiunge l'1, 25%.

(b) La connessione tra lo strumento di test e il circuito sottoposto a test deve essere effettuata correttamente prima di applicare la tensione e la connessione non deve essere interrotta fino a quando il cavo non viene scaricato attraverso lo strumento.