Comment limiter l'énergie disponible chez Spark?

Lisez cet article pour savoir comment limiter l’énergie disponible à l’étincelle.

L'inductance est peut-être le paramètre le plus important dans les circuits basse tension, ce qui provoque des étincelles incendiaires. Dans un circuit contenant des composants inductifs, il faut de l'énergie pour établir des champs magnétiques et cette énergie est stockée jusqu'à ce que le circuit soit rompu. Dans un inducteur à noyau d'air, cette énergie sera égale à ½ LI ², où L est la valeur de l'inducteur en henries et de I, le courant, en ampères.

Avec les inducteurs à noyau de fer, cette formule simple ne peut pas être utilisée car la perméabilité du matériau du noyau change continuellement avec le changement de flux. Dans les deux cas, cependant, lorsque le circuit est cassé, une tension est induite dans le circuit dans une direction permettant de maintenir le flux de courant.

L'amplitude de cette tension dépendra de la vitesse de changement du flux magnétique qui suit à son tour la vitesse de changement du courant. L'énergie libérée par l'inducteur se dissipera en partie dans la résistance du circuit, mais principalement à la décharge entre les électrodes de séparation.

Dans les circuits de coupure, la tension induite s'ajoutera à celle de la source primaire pour transporter le courant entre les électrodes. Cette augmentation d'énergie à l'étincelle était presque considérée comme le problème majeur des circuits à sécurité intrinsèque. En fait, Wheeler et Thorton ont montré comment l’énergie pouvait être détournée de l’étincelle en offrant un chemin alternatif au courant induit.

Ici, nous discutons des différentes méthodes utilisées au fil des ans dans les mines:

1. Le condensateur limiterait la montée de la tension induite dans l'inducteur en réduisant le taux de variation du courant et en stockant de l'énergie. Cette méthode est plus efficace aux tensions élevées et aux courants faibles, mais elle est maintenant considérée comme non satisfaisante, car des méthodes de protection bien meilleures sont maintenant disponibles.

2. Pour être vraiment efficace, la résistance doit avoir une valeur assez basse, sinon le gaspillage d'énergie serait normalement inacceptable.

3. La méthode Cuivre court consiste à installer un tube en cuivre sur la culasse de l'aimant avant l'installation de la bobine. Le tube de cuivre se comporte comme l’enroulement secondaire court-circuité d’un transformateur lorsque le courant dans l’enroulement primaire change. L'efficacité de cette méthode dépend d'une inductance mutuelle élevée entre la bobine et le manchon.

Cette méthode est utilisée lorsqu'elle est alimentée par une tension alternative via une diode distante, fournit une protection du noyau pilote. Le relais ne fonctionnera que sur la composante continue du courant, la composante alternative étant effectivement court-circuitée par le manchon en cuivre. Le manchon en cuivre donne également un léger retard lors de l’arrivée et de la chute.

4. Une résistance non linéaire a été utilisée sur des lignes téléphoniques où la tension de parole normale est si basse que la résistance non linéaire a une valeur élevée. À des tensions plus élevées, la résistance diminue rapidement pour absorber le surplus d'énergie.

5. En connectant un redresseur aux bornes de l'inductance de manière à ce qu'il présente une résistance élevée au courant direct, mais une faible résistance au courant induit. Cela est dû au changement de polarité qui se produit dans l'inducteur lorsque l'alimentation est interrompue. Il est presque devenu pratique courante d'utiliser un redresseur en pont pour dissiper l'énergie inductive associée aux relais.

Un relais ainsi protégé peut être travaillé à partir d’une source d’alimentation en courant alternatif ou continu. En fait, les quatre redresseurs produisent effectivement deux chemins en parallèle avec la bobine, ce qui permet de court-circuiter la force électromotrice induite. L'avantage principal de cette méthode est que le relais n'est pas conscient de la polarité lorsqu'il est utilisé dans des circuits en courant continu.

Cependant, dans certains cas, un relais est délibérément conçu pour tenir compte de la polarité en installant un redresseur en série avec la bobine. Dans ce cas, un deuxième redresseur est installé dans la direction appropriée à travers la bobine, en tant que dispositif de sécurité.

Cependant, au fil des années, le type de redresseur utilisé à cette fin a changé. En fait, nous savons maintenant, grâce à notre expérience, que les redresseurs à oxyde de cuivre et au sélénium ont été remplacés par des diodes à semi-conducteurs en germanium ou en silicium. Ces derniers dispositifs se révèlent beaucoup plus efficaces et efficients, du fait que la chute de tension directe, lorsqu’elle transporte le courant nominal maximal, dépasse rarement 0, 7 volt.

Les effets de l’ajout de relais protégés par des diodes semi-conductrices à une source de courant de sécurité intrinsèque auraient un effet similaire à celui d’une augmentation de la tension d’alimentation de 0, 7 volt. Cela ne serait que légèrement moins sûr que l’approvisionnement intrinsèquement sûr.

Il a été remarqué que parfois un circuit peut contenir une inductance importante lorsque, en raison de son effet sur le fonctionnement du circuit, les méthodes ci-dessus ne peuvent pas être utilisées. Dans ce cas, l’énergie de stockage ½ LI ² peut être maintenue à une limite de sécurité en: limiter le courant.

Un exemple serait où l’inductance fait partie d’un circuit mis en rotation, auquel cas le composant continu peut être limité par une résistance en série, ou bloqué complètement par une capacité en série.

Dans les circuits résistifs, l’ensemble de l’énergie disponible pour produire de la chaleur à l’étincelle doit provenir de la source de courant primaire, de la batterie ou du transformateur. Ce qui est peut-être plus important, c’est que la tension disponible entre les contacts de séparation soit limitée à la tension de l’alimentation.

L'énergie disponible pour la formation d'étincelles peut être limitée par l'inclusion d'une résistance non inductive en série avec l'alimentation. Bien que nous parlions de circuits résistifs, il est important de rappeler que tous les circuits présentent une certaine inductance, rarement inférieure à 5 microns, et dans certaines circonstances, cela peut être important.

Dans le cas de circuits capacitifs, l’énergie emmagasinée est donnée par la formule ½ CV ², le paramètre important étant la tension du circuit plutôt que le courant. Le tableau suivant indique la valeur maximale de la capacité pouvant être utilisée sur des circuits de tensions différentes sans qu'il soit nécessaire de limiter le courant de court-circuit au moyen d'une résistance en série.

Ces instruments sont couverts par un certificat de sécurité intrinsèque qui les déclare seuls, mais la combinaison de l’instrument et du circuit testé peut ne pas être intrinsèquement sûre.

Cependant, la sécurité est assurée par le respect des conditions de certification imprimées sur l'étiquette de l'instrument de test:

(a) Les instruments ne doivent pas être utilisés lorsque la concentration de méthane dans l'air atteint 1, 25%.

(b) La connexion entre l'instrument de test et le circuit testé doit être correctement établie avant que la tension ne soit appliquée et la connexion ne doit pas être rompue tant que le câble n'est pas déchargé à travers l'instrument.