PAK vl. 60, nr /04 05 itali SKOROPACKI, Michał SZEBESTA PPH ATT Sp. z.. Ssna 5, 40-467 Katice Przesyłanie energii elektryczne spsób iskrbezpieczny z ykrzystaniem tru spółsieg Dr inż. itali SKOROPACKI kńczył studia na ydziale Teletransmisi Odeskie Narde Akademii Łącznści. 97 r. brnił pracę dktrską. latach 97-978 był starszym naukym pracnikiem Instytutu Łącznści Kiie. latach 979-0 pracał ak dcent Centrum EMAG zatem Głónym Instytucie Górnicta. Obecnie pracue ak knsultant nauk - techniczny PPH ATT. Specalizue się dziedzinie autmatyki górnicze. Jest autrem i spółautrem 55 naukych publikaci raz 50 patentanych rziązań technicznych. e-mail: tskrpacki@gmail.cm Mgr inż. Michał SZEBESTA kńczył 0 r. ydział Autmatyki, Elektrniki i Infrmatyki Plitechniki Śląskie. Kntynuuę naukę na studiach dktranckich. Jeg zainteresania nauke dtyczą nienaruszalnści funkcnalne systemó kntrli bezpieczeństa pracy i prcesó technlgicznych funkcnuących strefach zagrżnych ybuchem, a także iskrbezpiecznymi systemami łącznści bezprzede, nadzru i lkalizaci śrdkó transprtu materiałó ak i persnelu pracuąceg pd ziemią. e-mail: michal.szebesta @atutnet.pl Streszczenie pracy móin mżliść ziększenia artści energii elektryczne przesyłane na dległść spsób iskrbezpieczny z ykrzystaniem metaleg tru d zasilania urządzeń elektrnicznych ulkanych strefach zagrżnych ybuchem gazó i aerzli palnych. trze spółsiym ziększenie dpuszczalne artści natężenia prądu mże być zrealizane za pmcą ykrzystania przedu centralneg yknaneg ak skrętka z kilku cienkich przedó dizlanych d siebie elektrycznie (przeód typu lica). Pzala t zmnieszyć indukcynść enętrzną tru spółsieg i tym samym mżliść ziększenia iskrbezpieczne artści natężenia prądu bdzie zdalneg zasilania. Sła klucze: strefa zagrżna ybuchem, iskrbezpieczeńst, zdalne zasilanie, tr przedy, parametry kabla, energia elektrmagnetyczna, yładanie iskre, układ chrnny. Intrinsically safe electric energy transmissin using a caxial cable Abstract The paper presents the pssibility f increasing the amunt f electric energy sent via an intrinsically safe metal circuit fr supply f per electrnic devices lcated in hazardus areas here the firedamp may ccur. The factrs deciding n the amunt f the intrinsically safe electric energy transmitted ver a distance are: lss f energy assciated ith the resistance f the circuit tracks, energy accumulated in reactance elements and the time delay caused by them. T minimize the energy lss, it seems t be a gd slutin t use a relatively high input vltage, but due t safety against electric shck nly vltages up t 60 VDC can be taken under cnsideratin. The transmissin path represents a linear, passive electric cell ith distributed parameters, hich makes it a delay circuit hse time f delay is assciated ith its inductance and capacitance. The mentined circuit delay affects the time f respnse f the safety circuit (ith fr ex. fldback type f prtectin) hich ensures the intrinsic safety f the transmissin path using the preemptive energy islatin at the mment f emergency cmmutatin hich may ccur in any pint f the circuit. In the paper there is stated that the caxial cable permissible amunt f energy can be increased ithin the usage f the central path made as the tisted pairs f multiple crds islated electrically ne frm anther (ire type lica ). It alls decreasing the internal inductance f the caxial path hich enables the increase in the intrinsically safe current in the remte per supply circuit hich als drps the respnse time f the safety barrier dn. Keyrds: explsin-hazard zne, intrinsic safety, remte pering, metallic circuit, parameters f the cable, electrmagnetic energy, spark discharge, prtectin device.. agi stępne Z dniem uzyskania, przez Plskę, człnksta nii Eurpeskie szystkie urządzenia autmatyki, telemechaniki, telekmunikaci i systemy kntrli parametró bezpieczeństa przeznaczne d stsania przestrzeniach zagrżnych ybuchem raz urządzenia zabezpieczaące, steruące i regulacyne, ulkane strefie bezpieczne, lecz które przyczyniaą się d bezpieczneg funkcnania urządzeń elektrycznych, ulkanych przestrzeniach zagrżnych ybuchem, muszą spełniać ymagania dyrektyy eurpeskie ATEX [,]. Kntrla parametró bezpieczeństa i zagrżeń zadych przestrzeniach zagrżnych ybuchem pinna spełniać arunek autnmicznści, tzn. pinna być zapenina ciągłść funkcnania przy dlne kncentraci medium ybuchych, np. pyłó, gazó i par cieczy palnych. arunek ten ziązany est z kniecznścią garantane, tzn. bez przer, dstay energii elektryczne z yską stabilnścią napięcia i niską zaartścią składych harmnicznych d terminali pmiarych i telekmunikacynych ulkanych przestrzeniach zagrżnych ybuchem. Iskrbezpieczne zdalne zasilanie takich terminali est nabardzie krzystną alternatyą dla zasilania lkalneg lub bufreg. yknanie iskrbezpieczne "i" urządzeń elektrycznych est ednym z rdzaó bud- y przeciybuche, cechuące się tym, że szystkie bdy elektryczne tych urządzeń nie są stanie zainicać zapłn mieszaniny palne skutek yładania iskreg lub efektu termiczneg pdczas nrmalne eksplataci i czasie pradpdbnych uszkdzeń pstaci zarcia lub rzarcia bdu elektryczneg (kmutaci aaryne). Zapłn mieszaniny ybuche następue przypadku kiedy artść energii bdźca energetyczneg, tzn. yładania iskreg, przekrczy artść zdlną, z kreślnym pradpdbieństem arunkach ustalnych, zainicać zapłn mieszaniny palne. przypadku mieszanin gazych całe ciepł yładania idzie na grzanie mieszaniny i e utlenienie. praktyce artść ta kreśla się ak minimalna energia zapłnu i yraża się dżulach (J). pracy rzażn niektóre aspekty ziększenia artści energii elektryczne przesyłane na dległść spsób iskrbezpieczne z ykrzystaniem tru spółsieg, któreg centralny przeód est yknany pstaci kilku izlanych między sbą żył rbczych. Spsób ten d tych czas nie zstał pdemany literaturze fache.. arunki przesyłania energii elektryczne spsób iskrbezpieczny trem przedym Przesyłanie energii elektryczne na dległść spsób iskrbezpieczny mże być zrealizane z ykrzystaniem tru macierzysteg kabla metaleg (układ przeód- przeód) lub bdu pchdneg utrzneg z dóch tró macierzystych. Pżądanym est aby tr przesyły, ykrzystyany d zdalneg zasilania, był edncześnie być ykrzystyany d transmisi sygnałó infrmacynych.
06 PAK vl. 60, nr /04 prszczny mdel elektryczny bdu zdalneg zasilania est przedstainy na rys., gdzie tr przesyły długści l est przedstainy pstaci kaskadeg płączenia n czórnikó, zbudanych ze skupinych elementó R, L, C artściach rónych R, L, C - rezystanci, indukcynści i pemnści ednstke tru dpiedni []. zględniaąc namnie krzystny ariant, pd zględem iskrbezpieczeństa, iskrbezpieczne źródł zdalneg zasilania (IŹZZ) przedstain pstaci elektrchemiczneg źródła (baterii akumulatró) rezystanci enętrzne R i. Pdstaymi przyczynami zmnieszaącymi artść iskrbezpieczne energii elektryczne, dstarczane na dległść, są: straty energii na rezystanci żył rbczych tru, magazynanie energii elektryczne elementach reaktancynych tru raz późnienie czase skutek becnści tych elementó. Iskrbezpieczna użyteczna mc P iskr (mc elektryczna która mże być przetrzna energię cieplną skutek yładania iskreg bez niebezpieczeństa zapłnu mieszaniny ybuche) dstarczna d bciążenia t R ynsi P iskr I t R, gdzie: I t / R R l R I, I - natężenie prądu trze, e i zap Izap minimalna artść prądu zapłnu knkretne mieszaniny ybuche, przymue się ak artść prądu, która yłue zapłn te mieszaniny z pradpdbieństem p=0-3. Dla zapenienia ptymalnych arunkó przesyłania energii elektryczne cela est praca stanie dpasania rezystanci eściych, Ri R l R. arunkach praktycznych rezystanca enętrzna źródła zdalneg zasilania nie przekracza kilku mó, złaszcza przy stsaniu zasilaczy akumulatrych, R i R l tedy It e / R l Izap. IŹZZ Rys.. Fig.. Ri l R L R L R n L n It E C C C n R n Mdel elektryczny bdu zdalneg zasilania Remte per supply circuit mdel Dla minimalizaci strat energii trze cele est ykrzystanie stsunk yskie artści e. Jednak, ze zględu na bezpieczeńst prażenie pd uagę mgą być brane artści e d 60 V [3]. Z klei tr przesyły przedstaia sbą linie, pasyne gni elektryczne parametrach rzłżnych skutek czeg est gniem późniaącym, czas późnienia któreg ynsi l LC [5], gdzie L,C - dpiedni indukcynść ednstka i pemnść ednstka tru. Opóźnienie nszne przez tr z klei płya na czas zadziałania bariery chrnne typu bcznika (np. fldback [3]), ak układu chrnneg na yściu źródła zdalneg zasilania, zapeniaąceg iskrbezpieczeńst tru przesyłeg drgą yprzedzaące izlaci energetyczne chili pstania kmutaci aaryne dlnym punkcie teg tru. Zapłn mieszaniny gaze przy pstaniu kmutaci aaryne bdzie przesyłym tarzyszy szereg prcesó, z których pdstaymi są: - pstaanie yładania elektryczneg, - przebieg yładania elektryczneg i yzalanie energii elektryczne, - kształtanie ądra zapalenia mieszance ybuche, Bilans energii tracne przy yładaniu elektrycznym mżna przypadku gólnym yrazić za pmcą zru () B Z gdzie: B - minimalna energia zapłnu mieszaniny ybuche, Z - bezzględna artść energii zapłnu, która pinna być dstarczna d punktu yładania elektryczneg dla zapłnu mieszaniny ybuche, K - energia tracna na nagrzeanie kntaktó, T - energia zużyta na inne straty cieplne. Dla uniknięcia zapłnu mieszaniny ybuche mc przetrnika energii elektryczne (punkt yładania) P C nie pinna przekrczyć artść dla spełnienia nierónści τ 0 K T P (t) dt () C Górna granica całkania kreśla maksymalny czas trania yładania elektryczneg, dla któreg temperatura bętści ednstke nie zdąży siągnąć artści T z. Obecnie dla zmnieszenia naczęście est stsane zabezpieczenie zieraące zaciski eście źródła zasilania (tz. bczniki chrnne g nrmy [8]) przy przekrczeniu artści prge prądu bdzie chrninym. ykrzystanie takieg zabezpieczenia ymaga spełnienia ymagań nrmy [8] plegaących na graniczeniu artści energii przepłyaące przez układ chrnny stanie prześciym. Określimy ymaganą szybkść działania takieg układu chrnneg z następuących rzażań. Birąc pd uagę nabardzie niekrzystny, pd zględem mżliści zapłnu mieszaniny ybuche, przypadek załóżmy, że rezystanca kanału yładania est róna rezystanci enętrzne źródła zasilania, t. R R. Energia tracna kanale yładania est róna k i k t / 4Ri. celu uniemżliienia zapłnu mieszaniny ybuche pinna być spełnina nierónść k Z. Zatem układ zabezpieczaący musi garantać dcięcie dpłyu prądu d chili pstania kmutaci aaryne czasie mnieszym d 4R i /. g Z 3. pły parametró tru przesyłeg na iskrbezpieczeńst bdu zdalneg zasilania Bezpieczeńst przeciybuche dla yknania iskrbezpieczneg uzyskue się przez: - graniczenie mcy elektryczne pradzne d strefy zagrżne pprzez graniczenie napięcia lub prądu pradznych d te strefy, - graniczenie indukcynści i pemnści enętrzne źródła kntaktuąceg ze strefą zagrżenia, - graniczenie artści energii elektryczne magazynane elementach elektrycznych pdłączanych strefie zagrżenia d bdu iskrbezpieczneg. artść energii elektryczne zgrmadzne trze przesyłym stpniu znaczącym determinuę zdlnści zapalaące bdu zdalneg zasilania układzie: zasilacz iskrbezpieczny - tr przesyły - dbirnik zasilania. Skmplikana zależnść między parametrami tru przesyłeg a eg zdlnścią zapalaącą pdue, że trzymanie gólneg zru analityczneg, służąceg d kreślenia płyu tych parametró na zdlnść zapalaącą, est bardz trudne. ziązku z tym, literaturze raz różnych materiałach nrmatynych brakue knkretnych zaleceń dtyczących ybru nagrszeg, pd zględem iskr- Z
PAK vl. 60, nr /04 07 bezpieczeństa, stanu aaryneg bdu zdalneg zasilania z ykrzystaniem tru przesyłeg. Załóżmy, że różnica ptencałó pmiędzy przedami na eściu tru est róna e. stanie ustalnym prąd trze I t est róny I e e t R R... R R n R l R (3) gdzie l- długść tru przesyłeg. ykrzystuąc rzażania zaarte [0], energię pla elektryczneg E zgrmadzną trze przesyłym długści l mżna kreślić ak E C l C el Rl R l e I trx dx 0 R l R 3( Rl R ) (4) Energia E est maksymalna przy R, E max C e l /. Z klei artść energii pla magnetyczneg M, zgrmadzne trze przesyłym, yraża się za pmcą zru L l e M (5) lr R Energia M est maksymalna przy R 0, M max L e lr. Energia pla elektrmagnetyczneg EM zgrmadzna trze przesyłym est róna EM M E. Przykład, yniki bliczeń energii elektrmagnetyczne zgrmadzne trze symetrycznym dla typeg górniczeg kabla telekmunikacyneg typu YTKG średnicy żył rbczych d = 0,8 mm i parametrach ednstkych R =70 Ω/km, L =0,7 0-3 H/km, C = 50 0-9 F/km, długści l=0 km dla różnych bciążeń rezystancynych są ilustrane krzyymi przedstainymi na rys.. Jak iadm, artść bezzględna energii zapłnu mieszaniny metan-pietrzne est róna 0,8 mj [], a mieszaniny dr-pietrzne - 0,09 mj. Zatem, arunkach rzeczyistych przy rganizaci zdalneg zasilania terminali elektrnicznych kpalni na dległść d 0 km, przy graniczne artści napięcia zdalneg zasilania 60 V prądu stałeg - ze zględu na bezpieczeńst prażenie [3] energia elektrmagnetyczna zgrmadzna trze typeg górniczeg kabla telekmunikacyneg nie est ystarczaąca d zapalenia mieszaniny metan-pietrzne. Z klei duże liczbie przypadkó artść energii est dstateczna dla zapalenia mieszaniny drpietrzne. Zauażmy, że dla bdó indukcynych grupy I minimalny 3 prąd zapalaący dla indukcynści skupine L 0,7 0 H ynsi kł 0,3A (przy napięciu źródła ź = 60V), a dpuszczalna pemnść C dp przy napięciu ź = 60V przekracza 30 F ( dla bdu pemnścieg C 40, rys. nrmy [8]). Z teg ynika, że pemnść i indukcynść ednstka tru przesyłeg telekmunikacyneg kabla górniczeg średnicy żył =0,8 mm nie są decyduącymi czynnikami iskrbezpieczeństa dla bdó elektrycznych grupy I, a tr przesyły takieg kabla nie mże być rzpatryany ak drębne źródł zapalenia mieszaniny metan-pietrzne ystępuące kpalniach ęgla kamienneg. pły parametró piertnych tru przesyłeg na arunki yładania elektryczneg należy uzględnić płączeniu z ddziałyaniem źródła zdalneg zasilania i dbirnika energii zasilania. / J 7,5 0-4 5,0 0-4,5 0-4,0 0-4 7,5 0-5 3 Ω 5,0 0-5 0 00 400 600 800 000 Rys.. Fig.. artści energii elektrmagnetyczne zmagazynane trze symetrycznym parametrach ednstkych: R = 70 Ω/km, C =50 0-9 F/km, L = 0,7 0-3 H/km; dla e= 4 V, dla e= 48 V, 3 dla e= 60 V Amunt f the electrmagnetic energy stred in the symmetric path f unit parameters: R = 70 Ω/km, C =50 0-9 F/km, L = 0,7 0-3 H/km; fr e= 4 V, fr e= 48 V, 3 fr e= 60 V Tr przesyły, ak gni późniaące, narzuca pene graniczenia stsunku d ybru artści e raz rezystanci enętrzne źródła zdalneg zasilania R i. Na rys. 3 przedstain krzye ilustruące zależnść czasu d rezystanci enętrzne centralneg źródła zasilania, ciągu któreg układ chrnny z nielinią charakterystyką yścią (na przykład typu fldback [3]) pinien dknać yprzedzaąceg dcięcia dpłyu prądu d bciążenia, pcząszy d chili pstania kmutaci aaryne. 00 00 0 Rys. 3. Fig. 3. τ,µs R i,ω 3 4 5 6 7 8 9 0 Czas yprzedzaąceg dcięcia dpłyu prądu d bciążenia zależnści d rezystanci enętrzne źródła zasilania. - dla = V; - dla = 4 V Time f the pre-cut f the lad current depending n the internal resistance f per supply. - fr = V; - fr = 4 V Zatem, przy rganizaci zdalneg zasilania dbirnikó energii elektryczne, ulkanych strefie zagrżne ybuchem, znaczna część energii elektryczne est tracna na rezystanci żył rbczych tru macierzysteg. Zmnieszenie tych strat est mżlie drgą stsania tru przedeg z żyłami rbczymi iększym przekru. Jednak ta drga skutkue ziększeniem strat na rezystrze graniczaącym łączanym na yściu źródła zasilania dla zapenienia iskrbezpieczeństa eg bdu yścieg. 4. Stsanie tru spółsieg dla przesyłania energii elektryczne spsób iskrbezpieczny Indukcynść ednstka miedzianeg ednrdneg tru symetryczneg mże być przedstaina sumą [4] z L x L L (6) gdzie: x - spółczynnik ydłużenia żył rbczych tru symetryczneg skutek skręcania (zykle,0< x <, ), L z i L - dpiedni indukcynść ednstka ziązana z plem magnetycznym ystępuącym na zenątrz i enątrz i żył rbczych tru.
08 PAK vl. 60, nr /04 zapisie praktycznym L, mh/km a 0 4 d mh km L, x ln Qz (7) gdzie: a dległść między siami żył rbczych, d średnica żył rbczych, - przenikal- nść zględna materiału żył rbczych (dla miedzi =), Qz - funkca pmcnicza zależ- na d ielkści z, która z klei zależy d częsttliści f i średnicy żył rbczych ak z k 0 3 f (dla średnic d żył rbczych tru symetryczneg d 0,4 mm d mm k 0, 6 ). Pemnść ednstka ednrdneg tru symetryczneg pstaci praktyczne yraża się ak 3 nf (8) C x 0 a km 36ln a d d gdzie - przenikalnść elektryczna zględna izlaci żył rb- czych. Indukcynść L miedzianeg tru spółsieg z ednli- tym centralnym przedem pstaci praktyczne mżna yrazić ak D 33,3 4 H L ln 0 (9) d f d D km gdzie: D - enętrzna średnicą pltu, d - średnicą centralneg przedu. Dla ptymalneg stsunku średnic D / d 3, 6 pstaci uprszczne L yraża się za pmcą zru [4] 6,3 mh L 0,56 (0) D f km Z kle pemnść ednstka miedzianeg tru spółsieg frmie uprszczne yraża się za pmcą zru nf C 43,4 () km Na rys. 4 są przedstaine ykresy charakteryzuące zależnść L d średnicy żył rbczych tru symetryczneg raz tru spółsieg dla ptymalneg stsunku średnic ( D / d 3, 6 ), plietylene izlaci żył ( =,3) i częsttliści f 50 khz. Zauażmy, że zakresie typych średnic ( 3 mm) i grubści izlaci (Δ=0,8 mm) żył rbczych telekmunikacynych i sygnalizacynych kabli górniczych indukcynść ednstka tru symetryczneg est kł dóch raz iększa dniesieniu d tru spółsieg przy ptymalnym stsunku średnic tru spółsieg D / d 3, 6. Natmiast pemnść ednstka est mniesza. Zauażmy, że zakresie typych średnic ( 3 mm) i grubści izlaci (Δ=0,8 mm) żył rbczych telekmunikacynych i sygnalizacynych kabli górniczych indukcynść ednstka tru symetryczneg est kł dóch raz iększa dniesieniu d tru spółsieg przy ptymalnym stsunku średnic tru spółsieg D / d 3, 6. Natmiast pemnść ednstka est mniesza. Rys. 4. Fig. 4. 0,5 d, mm 0,5,5,5 3 3,5 4 Indukcynść ednstka zależnści d średnicy żył rbczych dla tru symetryczneg i tru spółsieg przy ptymalnym stsunku średnic D/d=3,6; ƒ=50 kh; - dla tru symetryczneg, - dla tru spółsieg nit inductance vs. the diameter f ires fr symmetrical path and caxial cable at the ptimal diameter rati D/d=3.6 f=50khz, fr symmetrical path, fr caxial cable Dla artści graniczne napięcia zasilania e 60 V dpuszczalna sumaryczna pem- nść bdzie iskrbezpieczneg ynsi kł C 3 mf (dla bdu pemnścieg C+5,6 Ω rys. nrmy [8] raz spółczynnika bezpieczeństa k,5 ). artść energii elektryczne zgrmadzne takie pemnści ynsi E C / 5,4 mj, ten czas ak maksymalna artść energii elektryczne zgrmadzne trze spółsiym długści l 0 km trybie R ynsi E 0,53 mj (dla C 85 nf/km i e 60 V ). Zatem, przy rganizaci zdalneg iskrbezpieczneg zasilania prądem stałym z ykrzystaniem tru przesyłeg czynnikiem decyduącym, pd zględem iskrbezpieczeństa, zstae sumaryczna artść indukcynści teg tru, artść które z klei kreśla dpuszczalną artść natężenia prądu trze przesyłym i tym samym artść iskrbezpieczne mcy dstarczne na dległść. Z pyższeg ynika, że zmnieszenie strat energii elektryczne na rezystanci tru przesyłeg drgą stsania żył rbczych iększym przekru ma graniczne zastsanie. Przy zapenieniu iskrbezpieczeństa bdu zdalneg zasilania za pmcą liniych układó chrnnych ziększenie przekru żył rbczych pgarsza, ymagany przez nrmę [8], stsunek indukcynści bciążenia d rezystanci bciążenia akie mgą być przyłączne d źródła zasilania z linią charakterystyką yścią, tzn. z rezystrem graniczaącym. Spełnienie teg arunku ymaga ziększenia rezystra graniczaąceg, c z klei skutkue zmnieszeniem artści iskrbezpieczne mcy przesyłane na dległść. ymagania dnśnie stsunku indukcynści bciążenia d rezystanci bciążenia nie dtyczą bdó iskrbezpiecznych zasilanych ze źródła z nielinią charakterystyką yścią. tym przypadku siąga się ziększenia iskrbezpieczne mcy elektryczne przesyłane na dległść, ednak indukcynść tru przesyłeg zstae isttną przyczyną graniczaącą mżliść ziększenia natężenia prądu tym trze i iskrbezpieczne mcy zdalneg zasilania. trze spółsiym ziększenie dpuszczalne artści natężenia prądu mże być zrealizane za pmcą ykrzystania przedu centralneg yknaneg ak skrętka z kilku cienkich przedó dizlanych d siebie elektrycznie ( przeód typu lica). Pzala t zmnieszyć indukcynść enętrzną tru spółsieg i tym samym mżliść ziększenia iskrbezpieczne artści natężenia prądu bdzie zdalneg zasilania. Przykłady przekró takieg tru spółsieg przedstain na rys. 5. Indukcynść ednstka L takieg tru spółsieg dla prądu stałeg i niskich częsttliści pstaci praktyczne mżna przedstaić ak [] D 0,4 L ln R 3 D D R ln 4m m m H m ()
PAK vl. 60, nr /04 09 Z klei indukcynść ednstka takieg tru dla yskich częsttliści mżna yrazić ak Rys. 5. Fig. 5. d+δ Δ D H L ln R m Przekró tru spółsieg z centralnym przedem typu lica Caxial cable prfile ith the cre ire f type lica D R d (3) e zrach () i (3) przyęte znaczenia: - przenikalnść 7 magnetyczna próżni ( 4 0 H/m), D - średnica enętrzna przedu zenętrzneg [mm], R - prmień kła na którym są umieszczne śrdki żył przedu centralneg [mm], - grubść ścianki przedu zenętrzneg [mm], m - liczba żył przedu enętrzneg, - prmień pedyncze żyły przedu enętrzneg ( d / ) [mm]. Parametr R mżna kreślić ak R m /. Z klei dla ptymalneg stsunku średnic przedó tru spółsieg D 7,( R ). Przykład, na rys. 6 przedstain ykresy zależnści indukcynści ednstke tru spółsieg d średnicy pedynczych żył centralneg przedu dla tru spółsieg bliczne dla różne liczby żył rbczych m. Rys. 6. Fig. 6. Indukcynść ednstka tru spółsieg zależnści d średnicy i liczby żył rbczych m przedu centralneg dla ptymalneg stsunku średnic D/d=3,6; Δ=0,5 mm; δ=0,5 mm; - dla m= 4; - dla m= 8 mm; 3- dla m= 6 mm; 4- dla tru spółsieg The unit inductance f the caxial path vs. the diameter and the number f ires m in the cre fr the ptimal diameter rati D/d=3.6 Δ=0,5 mm; δ=0,5 mm; -fr m= 4; - fr m= 8 mm; 3- fr m= 6 mm; 4- fr caxial path celu uprszczenia analizy prónacze, załóżmy że przy rganizaci zdalneg zasilania prądem stałym rezystance tru symetryczneg i spółsieg są róne. Rezystancę ednstką tru symetryczneg dla prądu stałeg mżna yrazić zrem [9]. R s q 3 Ω 8x 0 (4) d km gdzie: d i q - dpiedni średnica i pór łaściy materiału żył rbczych (dla miedzi przy temperaturze 0 C q 0,075 mm / m ). Rezystanca ednstka tru spółsieg przy prądzie stałym t suma dóch składnikó R Ra R ( R i b a R b - dpiedni rezystanca ednstką przedu enętrzneg i zenętrzneg dla prądu stałeg). Dla przyętych załżeń R R s. Załóżmy rónież, że przekró przedu enętrzneg tru spółsieg przekru edne żyły tru symetryczneg są róne, tzn. Ra R s /. Dla zachania ednakych artści rezystanci R R R / i ptymalneg stsunku średnic b a s D / d 3,6 grubść ścianki przedu zenętrzneg pinna ynsić,84 d, 8. Zatem dla tru symetryczneg średnicy żył rbczych d mm rezystanca ednstka edług (4) ynsi R s,3 /km. Dla średnicy ednliteg przedu enętrzneg tru spółsieg d mm średnica enętrzna D przedu zenętrzneg pinna ynsić D 3,6 d 7, mm, a grubść eg ścianki pinna ynsić,88 mm. Przykład tablice przedstain yniki bliczeń ptencalne artści iskrbezpieczne P i mcy która mże być dstarczna d dbirnika energii elektryczne rezystanci eście R, ulkaneg na dległści l, dla różnych artści napięcia na eściu tru przesyłeg e. Obliczenia przepradzn dla grupy urządzeń I (górnict) z uzględnieniem spółczynnika bezpieczeństa k, 5. Należy pdkreślić, że przypadki przesyłania energii elektryczne trem przedym spsób iskrbezpieczny zasada dpasania rezystanci eściych nie zasze mże być realizana, pnieaż graniczna iskrbezpieczna artść natężenia prądu trze przesyłym zależy d stsunku artści indukcynści i rezystanci tru i ma charakter nieliniy [8]. Tab.. Tab.. P i, Ptencalna artść iskrbezpieczne mcy P i przesłane na dległść l d bciążenia R bliczna dla różnych artści e i średnic d żył rbczych tru symetryczneg i spółsieg z ykrzystaniem układó chrnnych z nielinią charakterystyką yścią (grupa I, k=,5) Ptential amunt f the intrinsically safe per P i sent ver distance l t lad R calculated fr different e values and diameters d f the cre ires f the symmetrical and caxial path ith use f safety circuits ith nnlinear utput characteristic (grup I, k=,5) = 0,5; δ=0,5 e V 36 V 48 V 5. Pdsumanie tr symetryczny (x =,0) tr spółsiy (m =8) 0,8,,6,0 0,8,,6,0 l = km 0.5.4.3 3. 0.5.4.3.3 l = km 0.6 0.63..6 0.6 0.63.. l = 4 km 0.3 0.8 0.50 0.7 0.4 0.30 0.65 0.7 l = 8 km 0.06 0.4 0.5 0.39 0.06 0.4 0.5 0.40 l = km 3.8 4,6 4,9 6, 4,6 5,8 6,4 8,40 l = km.3 4.4 5,43 5,84,3 5. 5,75 6,75 l = 4 km,,44 4.8 5,.4,78 4.55,85 l = 8 km 0.57,9 3,7 4,46 0.57,38 4,05 9,05 l = km 4.64 7. 9,8,44 5. 6,47 4, 0, l = km 3.67 5,4 8,4 0,96 4.07 9,6 0,4 8,4 l = 4 km.7 3,57 6,06 8,4.83 4.58 8,5 4, l = 8 km.0,06 3,94 5,68.0,3 4,46 0,4 Czynnikami decyduącymi artści iskrbezpieczne mcy elektryczne dstarczne na dległść metalym trem przesyłym są: rezystanca żył rbczych, sumaryczna artść induk-
0 PAK vl. 60, nr /04 cynści teg tru raz czas późnienia nszneg przez tr, pnieaż czas ten z klei kreśla czas reakci układu chrnneg. artść indukcynści tru przesyłeg determinue dpuszczalną artść natężenia prądu trze przesyłym i tym samym artść iskrbezpieczne mcy dstarczne na dległść. Ziększenie iskrbezpieczne mcy elektryczne dstarczne na dległść est mżlie drgą ziększenia przekru żył rbczych przy ednczesnym zmnieszeniu indukcynści sumaryczne tru przesyłeg. Techniczna realizaca takieg tru est mżlia na bazie ykrzystania tru spółsieg z przedem centralnym yknanym ak skrętka z kilku cienkich przedó dizlanych d siebie elektrycznie (przeód typu lica). Pzala t kł dóch raz zmnieszyć, dniesieniu d tru symetryczneg, indukcynść enętrzną tru spółsieg i tym samym ziększyć iskrbezpieczną artść natężenia prądu bdzie zdalneg zasilania. Ziększenie iskrbezpieczne mcy dstarczne d dbirnika energii elektryczne ulkaneg na dległści est yraźnie przypadku rganizaci zdalneg zasilania z ykrzystaniem tru spółsieg z centralnym przedem yknanym pstaci skrętki z kilku cienkich żył dizlanych d siebie elektrycznie. 6. Literatura [] Frączek J.: Aparatura przeciybucha yknaniu iskrbezpiecznym. Śląskie ydanict Techniczne, Katice 995. [] Kalantarv P.L., Cetlin L.A.: Rasczet induktivnste. Energatmizdat. Leningrad,986. [3] Miśkieicz K., Skrpacki.: Iskrbezpieczne zasilacze prądu stałeg stan becny, perspektyy rzu. Mechanizaca i Autmatyzaca Górnicta, vl./453, s. 9-4, 008. [4] Nicki.: Pdstay teletransmisi. Tm. yd. Kmunikaci i Łącznści. arszaa, 97. [5] Ott J., Smith M.: Feedback cntrl systems. McGr-Hill Bk Cmpany, Inc. Ne Yrk, Trnt, Lndn,958. [6] Osiski J., Szabatin J.: Pdstay terii bdó. Tm III, ydanicta NT, arszaa 995. [7] PN-IEC 60364-4-4.Instalace elektryczne biektach budlanych. Ochrna dla zapenienia bezpieczeństa. Ochrna przeciprażenia. [8] PN-EN-60079-. Atmsfery ybuche. Część : Zabezpieczenie urządzeń za pmcą iskrbezpieczeństa "i". [9] Piątek P.: Mdelanie linii, kabli i tró ielkprądych. ydanict Plitechniki Częstchskie. Częstcha, 007. [0] Skrpacki.: Prblemy zielkrtnienia tró naturalnych kpalniane sieci telekmunikacyne. Prace Nauke Głóneg Instytutu Górnicta, vl. 837, 999. [] Skrpacki.: Mdelanie fizyczne tru przedeg przy cenie iskrbezpieczeństa bdó i systemó elektrycznych. Prace Nauke GIG, Górnict i Śrdisk, vl., s. 33-48, 003. [] ytyczne drażania Dyrektyy Rady 94/9E z 3 marca 994 r. spraie ednlicenia przepisó pranych Państ Człnkskich dtyczących urządzeń i systemó chrnnych przeznacznych d użytku przestrzeniach zagrżnych ybuchem, Ministerst Gspdarki arszaie, ydanie czarte - rzesień 0. trzyman / received: 0.05.03 przyęt d druku / accepted: 0.0.04 artykuł recenzany / revised paper INFORMACJE