Como limitar a energia disponível no Spark?

Leia este artigo para descobrir como limitar a energia disponível na faísca.

A indutância talvez seja o parâmetro mais importante em circuitos de baixa tensão, o que dá origem a faíscas de ignição. Em um circuito contendo componentes indutivos, é necessária energia para estabelecer campos magnéticos e esta energia é armazenada até que o circuito seja quebrado. Em um indutor de núcleo de ar esta energia será ½ LI ², onde L é o valor de indutor em Henry e I, a corrente, em amperes.

Com indutores de núcleo de ferro, esta fórmula simples não pode ser usada porque a permeabilidade do material do núcleo muda continuamente com a mudança de fluxo. Em qualquer caso, no entanto, quando o circuito é interrompido, uma tensão é induzida no circuito em uma direção para manter o fluxo de corrente.

A magnitude dessa tensão dependerá da taxa de mudança do fluxo magnético que, por sua vez, segue a taxa de mudança de corrente. A energia liberada pelo indutor será parcialmente dissipada na resistência do circuito, mas principalmente na descarga entre os eletrodos de separação.

Em circuitos de interrupção, a tensão induzida se soma à tensão da fonte primária para transportar a corrente entre os eletrodos. Esse aumento de energia na centelha foi quase considerado como o principal problema em circuitos intrinsecamente seguros. Na verdade, Wheeler e Thorton mostraram como a energia poderia ser desviada da centelha, fornecendo um caminho alternativo para a corrente induzida.

Aqui discutimos vários métodos usados ​​ao longo dos anos nas minas:

1. O capacitor limitaria o aumento da tensão induzida no indutor, reduzindo a taxa de mudança de corrente e armazenando energia. Este método é mais efetivo nas voltagens mais altas e baixas correntes, mas agora é considerado insatisfatório porque métodos de proteção muito melhores estão disponíveis.

2. Para ser realmente eficaz, o resistor deve ser de valor razoavelmente baixo ou o desperdício de energia normalmente seria inaceitável.

3. O método curto de cobre envolve o encaixe de um tubo de cobre no garfo do imã antes que a bobina seja encaixada. O tubo de cobre se comporta como o enrolamento secundário curto-circuitado em um transformador quando a corrente no enrolamento primário muda. A eficácia deste método depende de uma alta indutância mútua entre a bobina e a manga.

Este método é usado quando fornecido a partir de uma tensão alternada via diodo remoto, fornece proteção do núcleo do piloto. O relé somente operará no componente dc da corrente, sendo que o componente CA é efetivamente curto-circuitado pela luva de cobre. A manga de cobre também dá um ligeiro atraso na entrada e saída.

4. O resistor não linear foi usado em linhas telefônicas, onde se descobriu que a tensão de fala normal é tão baixa que o resistor não linear tem um valor alto. Em voltagens mais altas, a resistência cai rapidamente para absorver energia excedente.

5. Conectando um retificador através do indutor para que ele apresente uma alta resistência à corrente direta, mas uma baixa resistência à corrente induzida. Isso acontece por causa da mudança na polaridade que ocorre no indutor, quando o suprimento é quebrado. Tornou-se quase uma prática padrão usar um retificador de ponte para dissipar a energia indutiva associada aos relés.

Um relê protegido desta maneira pode ser trabalhado a partir de uma fonte de alimentação CA ou CC. De fato, os quatro retificadores efetivamente produzem dois caminhos em paralelo com a bobina, e, assim, curto-circuitando a fem induzida. O principal benefício deste método é que o relé não é consciente da polaridade quando usado em circuitos cc.

No entanto, em alguns casos, um relé é deliberadamente projetado para ser consciente da polaridade, montando um retificador em série com a bobina. Neste caso, um segundo retificador é montado na direção apropriada através da bobina, como um dispositivo de segurança.

No entanto, com o passar dos anos, o tipo de retificador usado para essa finalidade mudou. De fato, vemos agora, a partir de nossa experiência, que os retificadores de óxido de cobre e selênio foram substituídos por diodos semicondutores de germânio ou silício. Estes últimos dispositivos são encontrados muito mais eficientes e eficazes, devido ao fato de que a queda de voltagem para frente, ao transportar corrente nominal total, raramente excede 0, 7 volts.

Os efeitos da adição de relés, protegidos por diodos semicondutores a uma fonte de corrente intrinsecamente segura, teriam um efeito semelhante ao aumento da tensão de alimentação em 0, 7 volts. Isso seria apenas marginalmente menos seguro do que o suprimento intrinsecamente seguro por conta própria.

Foi notado que às vezes um circuito pode conter uma quantidade significativa de indutância onde, devido ao efeito na operação do circuito, os métodos acima não podem ser usados, em cujo caso, a energia armazenada ½ LI ² pode ser mantida a um limite seguro. limitando o fluxo atual.

Um exemplo seria onde a indutância forma parte de um circuito virado, em cujo caso, o componente dc pode ser limitado por um resistor em série, ou bloqueado por capacitância em série.

Em circuitos resistivos, toda a energia disponível para produzir calor na faísca deve ser fornecida a partir da fonte primária de corrente, seja da bateria ou do transformador. O que talvez seja mais importante é que a tensão disponível entre os contatos de partição é limitada à tensão da fonte.

A energia disponível para faíscas pode ser limitada pela inclusão de uma resistência não indutiva em série com o fornecimento. Embora falemos de circuitos resistivos, é importante lembrar que todos os circuitos exibem alguma indutância, raramente abaixo de 5 micro henry e, em certas circunstâncias, isso pode ser importante.

No caso de circuitos capacitivos, a energia armazenada é dada pela fórmula ½ CV ², sendo o parâmetro importante a tensão do circuito e não a corrente. A tabela a seguir indica o valor máximo de capacitância que pode ser usado em circuitos com diferentes voltagens sem a necessidade de limitar a corrente de curto-circuito por meio de um resistor em série.

Tais instrumentos são cobertos por um certificado intrinsecamente seguro que declara os instrumentos seguros por si só, mas a combinação de instrumento e circuito sendo testado pode não ser intrinsecamente segura.

No entanto, a segurança é garantida observando as condições de certificação que estão impressas no rótulo do instrumento de teste:

(a) Os instrumentos não devem ser usados ​​quando a concentração de metano no ar atingir 1, 25%.

(b) A conexão entre o instrumento de teste e o circuito sob teste deve ser feita adequadamente antes que a tensão seja aplicada e a conexão não seja interrompida até que o cabo seja descarregado através do instrumento.