Závazný postup č. 47
Zkoušky elektrických parametrů roznětnice
Nejmenší napětí, při němž je signalizována
připravenost roznětnice.
1. Zkouška se provádí při stávající teplotě zkušebního prostoru. Demontuje se víko roznětnice a paralelně k roznětným kondenzátorům se připojí voltmetr třídy přesnosti 1 nebo lepší s vhodným měřícím rozsahem, např. univerzální přístroj Metra typ DU 20, elektrostatický voltmetr S-53 a pod. Induktorem nebo vestavěným měničem se nabijí roznětné kondenzátory. Na voltmetru se odečte nejmenší napětí Uo při němž je signalizována připravenost roznětnice k vlastnímu roznětu. U roznětnic s induktorovým nabíjením je to okamžik bezprostředně před uhasnutím signalizačního prvku (dioda, doutnavka a pod.) po předchozím nabití roznětných kondenzátorů a postupném poklesu jejich napětí samovybíjením, u roznětnic s vestavěným měničem, napájeným z baterie nebo jiným způsobem, např. ze sítě, je to okamžik rozsvícení signalizačního prvku (napětí po jeho zážehu dále stoupá), u roznětnic s vestavěným voltmetrem je to poloha ukazovatele v nejnižším bodě přípustného rozmezí (spodní okraj tolerančního pole).
Kapacita roznětných kondenzátorů.
2. Demontuje se víko a paralelně k roznětným kondenzátorům se připojí měřič kapacity třídy přesnosti 1 nebo lepší s vhodným měřícím rozsahem, např. RLCG most TESLA BM 595.
Energie roznětnice
3. Energie E roznětnice se stanoví výpočtem z napětí Uo (dle čl.1) a kapacity C (dle čl.2) podle vztahu
E = 0,5 . C . Uo2 (J, F, V) (1)
Činnost blokovacího zařízení
4. Zkouška se provádí při stávající teplotě zkušebního prostoru. Dementuje se víko roznětnice a paralelně k roznětným kondenzátorům se připojí voltmetr podle čl.1. Na výstupní svorky roznětnice se připojí elektrický mžikový palník SO-anti, nebo jiné středně odolné rozněcovadlo se zážehovým impulsem 16 mJ/Ω. Při použití el. rozbušky musí být tato umístěná ve vhodném boxu. Při všech napětích U na kondenzátorech roznětnice, kdy není signalizována připravenost k roznětu (napětí U je menší než Uo podle čl.1), nesmí přepnutí příslušného ovládacího prvku do polohy ROZNĚT přivodit iniciaci el. palníku.
Namísto mžikového palníku lze na výstupní svorky roznětnice připojit bezinduktivní odpor podle čl.7 s odbočkou pro digitální paměťový osciloskop nebo jiné srovnatelné záznamové zařízení (Tektronix 2230, digitální záznamové zařízení ADAM typ TC 2008 fy Maurer a pod.). Pro všechna napětí U menší než Uo nesmí dojít k uvolnění energie roznětných kondenzátorů do zatěžovacího odporu.
Manipulační bezpečnost roznětnice
5. Manipulační bezpečnost se ověřuje jednak kontrolou konstrukčního řešení podle technické dokumentace (zvažují se zejména možné poruchové stavy jako např. průraz tyristoru apod.), jednak praktickým přezkoušením vzorku. Při stávající teplotě zkušebního prostoru se na výstupní svorky roznětnice připojí elektrický mžikový palník dle čl.4 a roznětnice se nabije na jmenovité napětí (je signalizována připravenost k roznětu). Během nabíjení ani při žádné další manipulaci s roznětnicí a jejími prvky (nabíjení, přepínání funkčního přepínače, pády a překlopení a pod.) s výjimkou úmyslného roznětu nesmí dojít k iniciaci palníku.
Velikost vnitřního odporu
6. Ověřuje se u kondenzátorových roznětnic s exponenciálním průběhem roznětného proudu. Při teplotě 20 ± 2°C se demontuje víko roznětnice a paralelně k roznětným kondenzátorům se připojí voltmetr podle čl.1. Na výstupní svorky roznětnice se připojí bezinduktivní odpor R (jeho indukčnost smí být nejvýše 5 μH) velikost 2,0 Ω s odbočkou pro záznam časového průběhu proudu digitálním záznamovým zařízením podle čl. 4. Roznětnice se nabije a při napětí U1 (U ≥ Uo) se provede roznět. Ze záznamu časového průběhu proudu s rozlišovací schopností nejméně 10-5 s se odečte špičková počáteční hodnota proudu I1. Velikost vnitřního odporu Ri se určí ze vztahu
U1
Ri = ----- - R (Ω, V, A) (2)
I1
Je-li v technickém požadavku výrobku předepsán minimální zatěžovací odpor větší než 2 Ω, volí se bezinduktivní odpor R podle této hodnoty.
Proudový impuls
7. Proudový impuls K je část energie roznětnice dodaná zatěžovací jednotce odporu elektrické sítě, tvořené zapojenými el. rozněcovadly v sériovém nebo serioparalelním zapojením. Zjišťuje se při stávající teplotě zkušebního prostoru.
Na výstupní svorky roznětnice se připojí bezinduktivní odpor R (indukčnost nejvýše 5 μH), nahrazující mezný odpor kruhu pro sériové, serioparalelní nebo paralelní zapojení jednotlivých druhů el. rozněcovadel s přesností nejméně 1%. K odbočce odporu R (může být složen ze dvou odporů) se připojí digitální paměťový osciloskop podle čl.4. Při napětí Uo podle čl.1 se provede roznět. Velikost proudového impulsu K, dodaného každé jednotce odporu elektrických rozněcovadel se obecně vypočte ze vztahu
t2 -1
K = ∫ i2 . dt (J.Ω , A, s) (3)
t2
Význam jednotlivých symbolů:
i - časový průběh proudu tekoucího každým z rozněcovadel
t1- čas, kdy proud i poprvé dosáhne v každém ze zapojených rozněcovadel hodnoty Is, předepsané pro současný roznět (pro rozněcovadla N se počítá 0,8 A, pro typ S 2,0 A, pro SICCA-S 4,0 A a pro typ V se počítá s hodnotou 25 A).
t2- čas, v němž proud i poprvé klesne na hodnotu Is to neplatí v případech, kdy úrovně Is je dosaženo v čase delším než 4 ms od počátku roznětného proudu (v těchto případech se za t2 volí 0,004 s) a v případech, kdy u důlně bezpečných roznětnic je proud i v okamžiku přerušení průtoku δt, měřeném od počátku roznětného proudu větší než Is (v těchto případech se za t2 dosadí doba průtoku proudu δt).
8. Při sériovém zapojení je proud i z výše uvedené rovnice zároveň roven celkovému proudu roznětnice I a mezný odpor okruhu R je roven součtu odporů všech rozněcovadel a odporu přírodního a nástavného vedení. Pro kondenzátorové roznětnice s exponenciálním průběhem roznětného proudu lze pro K z obecné rovnice v čl.7 odvolit
tau C . (R + Ri)
K = ------ . (Io2 - Io2) = ----------- . (Io2 - I22) (4)
2 2
Význam použitých symbolů:
K - proudový impuls v J/Ω
t - časovaná konstanta obvodu roznětnice v s
C - kapacita roznětnice ve F podle čl.2
Ri - vnitřní odpor roznětnice v Ω podle čl.6
R - mezný odpor roznětného okruhu v Ω
Io - počáteční proud roznětnice v A
I2 - proud roznětnice v čase t2 definovaném v čl.7
9. Pro paralelní zapojení se v technickém požadavku výrobku určí mezný odpor okruhu R a mezný počet paralelně zapojených rozněcovadel n. Velikost impulsu K se obecně vypočte z rovnice (3). Je-li proud roznětnice I, pak proud i, tekoucí do jednoho rozněcovadla bude
I
i = ----- (5)
n
Pro kondenzátorové roznětnice s exponenciálním průběhem proudu pak pro impuls platí
tau C . (R + Ri)
K = ------- . (Io2 - I22) = -------------- . (Io2 - I22) (6)
2 . n2 2 . n2
Význam symbolů je stejný, jako v čl.8, n je pak počet paralelně zapojených rozněcovadel. Je-li odpor jednoho rozněcovadla R1 a odpor přívodního vedení R HV, platí pro odpor okruhu R
R1
R = RHV + ------- (7)
n2
10. Pro serioparalelní roznět do n větví se v technickém požadavku výrobku uvede mezný odpor přívodního vedení RHV v závislosti na počtu větví a to pro všechny druhy el. rozněcovadel, pro které je možno roznětnici použít. Pro mezný odpor okruhu pak platí
Rv
R = RHV + ------- (8)
n
Při určení velikosti impulsu K se postupuje shodně s čl.9 s tím, že n neznamená počet rozněcovadel, nýbrž větví (paralelní zapojení je zvláštní případ zapojení serioparalelního, kdy ve větvi je pouze jedno rozněcovadlo a počet větví je tudíž roven počtu všech odpalovaných rozněcovadel).
11. Roznětnice vyhoví zkoušce proudového impulsu pro sériové a serioparalelní zapojení roznětné sítě, je-li velikost impulsu K při všech povolených zapojeních větší než proudový roznětný impuls jednotlivých druhů rozněcovadel (3 mJ/Ω u typu N, 18 mJ/Ω pro typ S, 60 mJ/Ω pro SICCA-S a 3 J/Ω pro typ V). Při paralelním zapojení postačí, je-li velikost proudového impulsu K shodná se zážehovým impulsem použitého rozněcovadla dle Závazného postupu č.33 (při paralelním zapojení není nutno zajistit současnost roznětu podle Závazného postupu č.34).
Výpočet mezných zatěžovacích odporů
12. Při stanovení mezných zatěžovacích charakteristik nových typů roznětnic je nutno m.j. přihlédnout ke kolísání základních parametrů roznětnic (napětí, kapacita, energie, vnitřní odpor) důsledku výrobních tolerancí a stárnutí součástek a dále k nepřesnosti měření a nastavení odporu větví roznětné sítě.
13. U roznětnic s exponenciálním průběhem roznětného proudu lze zatěžovací charakteristiky stanovit výpočtem. Vyjde se z napětí roznětnice Uo (čl.1), přípustného minima kapacity roznětnic C, garantovaného v technickém požadavku výrobku (nesmí být menší než 90% jmenovité hodnoty), garantovaného maxima vnitřního odporu podle čl.6 a z minima doby průtoku proudu u důlně bezpečných roznětnic (je nutno, aby minimum δt bylo v podnikové normě rovněž garantováno).
Pro velikost odporu větve Rv serioparalelního zapojení el. rozněcovadel s proudem Is pro současný roznět a roznětným impulsem K (viz čl.7) do n větví platí při odporu přírodního vedení RHV tento vztah
Obrázek - Vzorec
Vztah platí tehdy, jestliže proud i v každém rozněcovadle poklesne na hodnotu Is nejpozději v čase 0,004 s od počátku roznětného proudu, u roznětnic důlně bezpečných pak nejpozději v čase δt (viz čl.7). U roznětnic s velkou kapacitou může být proud i při sériovém zapojení případně i pro nejnižší hodnoty n v každém ze zapojených rozněcovadel v čase 0,004 s, resp. δt od počátku roznětného proudu větší než Is.
Po výpočtu odporu větví Rv podle výšeuvedeného vzorce je proto nutno provést kontrolu velikosti proudu i v čase ts = 0,004 s, resp. Ts = δt u roznětnic důlně bezpečných podle vztahu
t3
----
Uo Rc.C
i = -------- . e (10)
n . Rc
Rv kde Rc = Ri + RHV + --- je celkový zatěžovací odpor, připojený na n kapacity C, nabitý napětím Uo při n větvích.
Pokud vyjde proud i z výše uvedené rovnice pro některá n větší než Is je pro tato n nutno stanovit odpory Rv jiným postupem. Vyjde se přitom z rovnice (11)
-2.t3 ----
C . Uo2 Rc.C
K = ----------- . (l - e ) (11)
2 . n2 . Rc
Význam všech symbolů byl uveden v předchozím článcích. Z rovnice (11) se vypočte celkový zatěžovací odpor Rc a z něho pak odpor větve Rv:
Rv = n . (Rc - Ri - RHV) (12)
Odpory větví Rv vypočtené pro všechna n z prvé, resp. z obou rovnic se pak zaokrouhlí s přihlédnutím k čl.12.
14. Obecně se mezné zatěžovací odpory pro jednotlivá zapojení stanoví z empiricky zjištěné závislosti impulsu K, dodávaného roznětnice, na velikosti celkového zatěžovacího odporu podle čl.7 (nikoli Rc v němž je zahrnut i vnitřní odpor roznětnice).
Způsobem podle čl.7 se provede záznam časového průběhu proud I roznětnice pro následující velikosti odporů R (Ω):
2,3,4,6,8,10,15,20,30,40,60,80,100,200,500,1000
V závislosti na kapacitě a energii roznětnice je možno uvedený rozsah zatěžovacích odporů zúžit. Z takto získaných záznamů proudů pro jednotlivá R se způsobem podle čl.7 stanoví velikost impulsu K pro různá n. Do logaritmických souřadnic se vynesou závislosti impulsu K na odporu R pro n = 1,2,3 atd. Schematicky jsou tyto závislosti znázorněny na obrázku. Z požadované hodnoty roznětného impulsu (viz čl.11), která se v grafu vyznačí pořadnicemi K1 pro typ N, K2 pro typ S atd. lze pak zpětně odečíst velikost odporu R pro jednotlivá n.
Odpor větve se z takto určených mezných odporů R vypočte z rovnice (13)
Rv = n . (R - RHV) (13)
Takto vypočtené odpory se pak zaokrouhlí směrem dolů podle zásad, uvedených v čl.12.
Obrázek č. 1
Doba průtoku proudu u důlně bezpečných roznětnic
15. Ověřuje se při zkoušce podle čl.7.
Nejvyšší provozní napětí důlně bezpečných roznětnic
16. Ověřuje se při zkouškách podle čl.1 a čl.7.