¿Cómo limitar la energía disponible en Spark?

Lee este artículo para descubrir cómo limitar la energía disponible en la chispa.

La inductancia quizás sea el parámetro más importante en los circuitos de bajo voltaje, lo que da lugar a chispas incendiarias. En un circuito que contiene componentes inductivos, se requiere energía para establecer campos magnéticos y esta energía se almacena hasta que el circuito se rompe. En un inductor con núcleo de aire, esta energía será ½ LI ², donde L es el valor del inductor en henries y I, la corriente, en amperios.

Con los inductores con núcleo de hierro, esta fórmula simple no se puede usar porque la permeabilidad del material del núcleo cambia continuamente con el cambio de flujo. En cualquier caso, sin embargo, cuando el circuito se rompe, se induce una tensión en el circuito en una dirección para mantener el flujo de corriente.

La magnitud de este voltaje dependerá de la velocidad de cambio del flujo magnético que, a su vez, sigue la velocidad de cambio de la corriente. La energía liberada por el inductor se disipará parcialmente en la resistencia del circuito, pero principalmente en la descarga entre los electrodos de separación.

En los circuitos de interrupción, el voltaje inducido se sumará al de la fuente primaria para llevar la corriente entre los electrodos. Este aumento de energía en la chispa fue casi considerado como el principal problema en los circuitos intrínsecamente seguros. De hecho, Wheeler y Thorton mostraron cómo la energía podría desviarse de la chispa al proporcionar un camino alternativo para la corriente inducida.

Aquí discutimos varios métodos utilizados a lo largo de los años en las minas:

1. El condensador limitaría el aumento de voltaje inducido en el inductor al reducir la tasa de cambio de corriente y al almacenar energía. Este método es más efectivo en los voltajes más altos y en las corrientes bajas, pero ahora se considera insatisfactorio porque ahora hay mejores métodos de protección disponibles.

2. Para ser realmente efectivo, la resistencia debe ser de un valor bastante bajo o el desperdicio de energía normalmente sería inaceptable.

3. El método corto de cobre consiste en colocar un tubo de cobre en el yugo magnético antes de colocar la bobina. El tubo de cobre se comporta como el devanado secundario en cortocircuito en un transformador cuando cambia la corriente en el devanado primario. La efectividad de este método depende de una alta inductancia mutua entre la bobina y el manguito.

Este método se utiliza cuando se suministra desde una tensión alterna a través de un diodo remoto, proporciona protección de núcleo piloto. El relé solo funcionará en el componente de corriente continua, mientras que el componente de cobre se cortocircuitará efectivamente. La funda de cobre también produce un ligero retraso en la extracción y el desmontaje.

4. Se ha usado una resistencia no lineal en líneas telefónicas donde se encuentra que el voltaje de voz normal es tan bajo que la resistencia no lineal tiene un valor alto. A voltajes más altos, la resistencia cae rápidamente para absorber el excedente de energía.

5. Conectando un rectificador a través del inductor para que presente una alta resistencia a la corriente directa pero una baja resistencia a la corriente inducida. Esto sucede debido al cambio en la polaridad que se produce en el inductor, cuando se interrumpe el suministro. Se ha convertido en una práctica casi estándar usar un puente rectificador para disipar la energía inductiva asociada con los relés.

Un relé protegido de esta manera se puede trabajar desde una fuente de alimentación de CA o CC. De hecho, los cuatro rectificadores producen efectivamente dos vías en paralelo con la bobina y, por lo tanto, cortocircuitan el emf inducido. El beneficio principal de este método es que el relé no es consciente de la polaridad cuando se usa en circuitos de CC.

Sin embargo, en algunos casos, un relé está diseñado deliberadamente para ser consciente de la polaridad al colocar un rectificador en serie con la bobina. En este caso, se coloca un segundo rectificador en la dirección adecuada a través de la bobina, como dispositivo de seguridad.

Sin embargo, a lo largo de los años, el tipo de rectificador utilizado para este propósito ha cambiado. De hecho, ahora vemos por nuestra experiencia que los rectificadores de óxido de cobre y selenio han sido reemplazados por diodos semiconductores de germanio o silicio. Estos últimos dispositivos se encuentran mucho más eficientes y efectivos, debido al hecho de que la caída de voltaje hacia adelante, cuando transporta la corriente nominal completa, rara vez supera los 0.7 voltios.

Los efectos de agregar relés, protegidos por diodos semiconductores a una fuente de corriente intrínsecamente segura tendrían un efecto similar al aumento de la tensión de alimentación en 0, 7 voltios. Esto sería solo marginalmente menos seguro que el suministro intrínsecamente seguro por sí mismo.

Se ha observado que a veces un circuito puede contener una cantidad significativa de inductancia donde, debido al efecto en la operación del circuito, no se pueden utilizar los métodos anteriores, en cuyo caso, la energía de almacenamiento ½ LI ² puede mantenerse a un límite seguro mediante limitante-el flujo de corriente.

Un ejemplo sería cuando la inductancia forma parte de un circuito girado, en cuyo caso, el componente de CC puede estar limitado por una resistencia en serie, o bloqueado por completo por una capacitancia en serie.

En los circuitos resistivos, toda la energía disponible para producir calor en la chispa debe suministrarse desde la fuente principal de corriente, ya sea desde la batería o el transformador. Lo que quizás sea más importante es que el voltaje disponible entre los contactos de separación se limita al voltaje de la fuente.

La energía disponible para chispas puede limitarse mediante la inclusión de una resistencia no inductiva en serie con el suministro. Aunque hablamos de circuitos resistivos, es importante recordar que todos los circuitos exhiben cierta inductancia, rara vez por debajo de 5 micrófonos, y en ciertas circunstancias, esto puede ser importante.

En el caso de los circuitos capacitivos, la energía almacenada viene dada por la fórmula ½ CV ², cuyo parámetro importante es la tensión del circuito en lugar de la corriente. La siguiente tabla indica el valor máximo de capacitancia que se puede usar en circuitos a diferentes voltajes sin la necesidad de limitar la corriente de cortocircuito por medio de una resistencia en serie.

Dichos instrumentos están cubiertos por un certificado de seguridad intrínseca que declara que los instrumentos son seguros por sí mismos, pero la combinación del instrumento y el circuito que se está probando puede no ser intrínsecamente segura.

Sin embargo, la seguridad se asegura observando las condiciones de certificación que están impresas en la etiqueta del instrumento de prueba:

(a) Los instrumentos no deben utilizarse cuando la concentración de metano en el aire alcance el 1.25 por ciento.

(b) La conexión entre el instrumento de prueba y el circuito bajo prueba debe realizarse correctamente antes de que se aplique el voltaje y la conexión no se debe romper hasta que el cable se descargue a través del instrumento.