Proudové obvody s jiskrovou bezpečností v měřicí, řídicí a regulační technice Druh ochrany před výbuchem Jiskrová bezpečnost (Ex i) je celosvětově zaveden pro měřicí, řídicí a regulační techniku prostředí s nebezpečím výbuchu. Více informací o návrhu proudových obvodů s jiskrovou bezpečností najdete zde.
Co je proudový obvod s jiskrovou bezpečností?
Součásti proudového obvodu s jiskrovou bezpečností
Proudový obvod s jiskrovou bezpečností se skládá alespoň z jednoho provozního prostředku s jiskrovou bezpečností, přidruženého provozního prostředku a propojovacích kabelů. Provozní prostředky s jiskrovou bezpečností mohou být s proudovými obvody bez jiskrové bezpečnosti propojeny jen přes příslušené provozní prostředky.
Příslušný provozní prostředek obsahuje proudové obvody s jiskrovou bezpečností i proudové obvody bez jiskrové bezpečnosti. Oddělení se dosahuje pomocí Zenerových bariér nebo galvanických oddělovačů. Podle normy IEC/EN 60079-11 jsou provozní prostředky s jiskrovou bezpečností zařazeny do úrovní ochrany ia, ib a ic.
Princip druhu ochrany před výbuchem Ex i
Princip ochrany podle druhu ochrany před výbuchem Ex i je založen na omezení energie vedené do prostředí s nebezpečím výbuchu a v něm uložené. Energie případné jiskry musí být vždy menší než minimální zápalná energie okolní výbušné atmosféry.
druh ochrany před výbuchem Ex i se vztahuje na celý proudový obvod s jiskrovou bezpečností podle normy IEC/EN 60079-11.
Napětí je omezeno, aby se energie jiskry udržela pod zápalnou energií. Omezení proudu zabraňuje tepelným účinkům způsobeným příliš horkým povrchem.
Principiální schéma pro omezení napětí a proudu
- Omezení napětí: Zenerova dioda se nad definovanou hodnotou napětí stává vodivou a omezuje napětí.
- Omezení proudu: Sériově zapojený odpor omezuje maximální proud.
Navrhování proudových obvodů s jiskrovou bezpečností
Kontrola vhodnosti zařízení na základě označení
Aby bylo zajištěno, že proudový obvod s jiskrovou bezpečností je bezpečný, musí provozovatel provést a realizovat opatření pro posouzení vhodnosti provozních prostředků s ohledem na požadovanou úroveň ochrany a přítomné skupiny materiálů, a to od ověření jiskrové bezpečnosti až po instalaci. Provozovatel určí zónu, skupinu a teplotní třídu pro polní přístroje na základě analýzy rizik a zkontroluje schválení přístrojů pro daný případ použití. To lze provést například označením provozních prostředků podle tabulky.
Poznámka: „EX“ zde znamená použití symbolu Ex
|
Provozní prostředek s jiskrovou bezpečností (polní přístroj):
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Hodnocení označení Ex |
Přidružený provozní prostředek
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
|
|---|---|---|---|
| a) | .... 1 .... Ga | Kategorie zařízení / úroveň ochrany polního přístroje Ex i odpovídá stanovené zóně | |
| b) | ... 1 ... ia ... Ga | Druh ochrany před výbuchem polního přístroje Ex i je schválen ve stanovené zóně | |
| c) | ... 1 G ... IIB T6 .... | Použití polního zařízení Ex i je schváleno ve stávající plynné atmosféře | |
| d) | Označení přidruženého provozního prostředku závorkami bez uvedení teplotní třídy / mezních hodnot | ... (1) ... [ ... ] ... | |
| e) | ... 1 G ... Ga | Kategorie zařízení / úroveň ochrany přidruženého provozního prostředku odpovídá polnímu přístroji Ex i | ... (1) G [ ... Ga] ... |
| f) | ... Ex ia ... | Druh ochrany před výbuchem přidruženého provozního prostředku odpovídá druhu ochrany před výbuchem polního přístroje Ex i | ... [Ex ia ... ] ... |
| g) | ... IIB ... | Přidružený provozní prostředek je schválen pro stejnou nebo vyšší skupinu | ... IIC |
Prokázání jiskrové bezpečnosti
Proudový obvod s jiskrovou bezpečností se obvykle skládá z provozního prostředku s jiskrovou bezpečností, přidruženého provozního prostředku a propojovacích kabelů. Pro zajištění bezpečnosti kombinace zařízení je nutno prokázat jiskrovou bezpečnost proudového obvodu. To se provádí v souladu s normou IEC/EN 60079-14 a případně dalšími normami a předpisy.
Prokázání jiskrové bezpečnosti pro proudové obvody s jiskrovou bezpečností s jedním zdrojem proudu
Proudové obvody s jiskrovou bezpečností obvykle obsahují pouze jeden zdroj energie nebo jeden provozní prostředek. Nejprve se kontrolují kritéria podle tabulky „Kontrola vhodnosti prostředku na základě označení“. Návody k obsluze poskytují nezbytné údaje týkající se bezpečnosti. Poté se kontrolují parametry proudového obvodu: Napětí, proud, výkon, kapacita a indukčnost.
K prokázání jiskrové bezpečnosti je třeba kapacity a indukčnosti kabelů získat z datových listů kabelů. Případně lze předpokládat následující nejhorší směrné hodnoty podle normy IEC/EN 60079-14:
- Kapacita kabelů: 200 nF/km
- Indukčnosti kabelů: 1 mH/km
Parametry uváděné výrobci kabelů jsou obecně nižší.
Podmínky pro prokázání jiskrové bezpečnosti
Pokud je splněno těchto pět podmínek, je kombinace provozního prostředku, přidruženého provozního prostředku a kabelů jiskrově bezpečná.
|
Provozní prostředek s jiskrovou bezpečností (polní přístroj)
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Připojovací kabely |
Přidružený provozní prostředek
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
|
|---|---|---|---|
| 1) | Ui | ≥ Uo | |
| 2) | Ii | ≥ Io | |
| 3) | Pi | ≥ Po | |
| 4) | Ci | + Cc | ≤ Co |
| 5) | Li | + Lc | ≤ Lo |
Příklad prokázání jiskrové bezpečnosti: Analogový VSTUP
Oddělovací zesilovač napájení Ex i
Zařízení přenáší analogové signály 4 ... 20 mA z pasivního měřicího převodníku s galvanickým oddělením z prostoru s nebezpečím výbuchu do řídicí jednotky a napájí měřicí převodník.
Srovnání údajů týkajících se bezpečnosti Příklad Analogový VSTUP
Předpoklad: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Provozní prostředek s jiskrovou bezpečností (polní přístroj)
Vysílač tlaku |
Připojovací kabely
Délka = 500 m |
Přidružený provozní prostředek
Oddělovací zesilovač napájení Ex i MACX MCR-EX-RPSSI-I |
Podmínka splněna? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 30 V | ≥ Uo = 25,2 V | ano | |
| 2) | Ii = 100 mA | ≥ Io = 93 mA | ano | |
| 3) | Pi = 750 mW | ≥ Po = 587 mW | ano | |
| 4) | Ci = 0 nF | + Cc = 90 nF | ≤ Co = IIC: 107 nF | ano |
| 5) | Li = 0 mH | + Lc = 0,5 mH | ≤ Lo = IIC: 3 mH | ano |
Závěr: Podmínky prokázání jiskrové bezpečnosti jsou splněny.
Příklad prokázání jiskrové bezpečnosti: Analogový VÝSTUP
Výstupní oddělovací zesilovač s jiskrovou bezpečností
Zařízení vysílá analogové signály 0/4 ... 20 mA z řídicí jednotky do akčního členu v prostředí s nebezpečím výbuchu.
Srovnání údajů týkajících se bezpečnosti Příklad Analogový VÝSTUP
Předpoklad: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Provozní prostředek s jiskrovou bezpečností
Ovládací ventil |
Připojovací kabely
Délka = 250 m |
Přidružený provozní prostředek
Výstupní oddělovací zesilovač s jiskrovou bezpečností Ex i MINI MCR-EX-IDS-I-I-PT |
Podmínka splněna? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 28 V | ≥ Uo = 26,4 V | ano | |
| 2) | Ii = 110 mA | ≥ Io = 98 mA | ano | |
| 3) | Pi = 770 mW | ≥ Lo = 647 mW | ano | |
| 4) | Ci = 5 nF | + Cc = 45 nF | ≤ Co = IIC: 89 nF | ano |
| 5) | Li = 0 mH | + Li = 0,25 mH | ≤ Lo = IIC: 2 mH | ano |
Závěr: Podmínky prokázání jiskrové bezpečnosti jsou splněny.
Instalace elektrických zařízení pro přenos signálu v prostředí s nebezpečím výbuchu
Požadavky na použití elektrických provozních prostředků
V zařízeních v prostředí s nebezpečím výbuchu vyplývají různé požadavky na použití elektrických provozních prostředků. Pro techniku MaR mohou nastat například následující případy použití:
- Senzory a akční členy jsou rozmístěny ve všech Ex zónách
- Oddělovací zesilovače jsou umístěny v zóně 1, zóně 2 nebo v bezpečném prostředí
- Řídicí jednotka je zpravidla umístěna v bezpečném prostředí
Přístroje mohou být s druhem ochrany před výbuchem Jiskrová bezpečnost a/nebo s jiným druhem ochrany před výbuchem.
Jiskrově bezpečný přenos signálu v prostředí s nebezpečím výbuchu
Snímače a akční členy v zóně 0 jsou obvykle instalovány s druhem ochrany před výbuchem Jiskrová bezpečnost Ex ia a připojeny k přidruženým provozním prostředkům. Údaje týkající se bezpečnosti jsou uvedeny v certifikátu EU o přezkoušení typu oddělovače Ex i.
Oddělovače Ex i mohou být instalovány pouze mimo prostředí s nebezpečím výbuchu, pokud nejsou chráněny jiným druhem ochrany před výbuchem, například pevným uzávěrem:
• Instalace v zóně 1, např. v pouzdře s pevným uzávěrem
• Instalace v zóně 2, např. v kombinaci se zvýšenou bezpečností: Zde musejí být splněny podmínky normy IEC 60079-15, např. skříně musejí mít krytí alespoň IP54.
Přenos signálu bez jiskrové bezpečnosti v prostředí s nebezpečím výbuchu
Pokud jsou přítomny snímače nebo akční členy s jiným druhem ochrany před výbuchem než Ex d nebo Ex e, je povoleno použití oddělovačů bez jiskrové bezpečnosti. Pro zařízení v zóně 2 je vyžadováno schválení, které stanoví zvláštní podmínky, jako je schválená skříň podle IEC/EN 60079-15 a IEC/EN 60079-0 s minimální třídou ochrany IP54. Bez tohoto schválení musejí být oddělovače instalovány v pouzdře s pevným uzávěrem (Ex dc).
Snímač „ec“ nebo akční člen lze připojit k oddělovači s jiskrovou bezpečností nebo bez ní v zóně 2. Při připojení k oddělovači Ex i se jiskrová bezpečnost neuplatňuje; oddělovač musí být odpovídajícím způsobem označen.
Požadavky na instalaci
Na obrázku jsou znázorněny různé možnosti instalace elektrických přístrojů v prostředí s nebezpečím výbuchu plynu. Požadavky na projektování, výběr a instalaci jsou obsaženy v normě IEC/EN 60079-14. Zkoušení, údržba a opravy jsou stanoveny v normách IEC/EN 60079-17 a IEC/EN 60079-19.
Oddělovací zesilovače a měřicí převodníky pro ochranu před výbuchem
Oddělovací zesilovače a měřicí převodníky pro ochranu proti výbuchu zajišťují vedle standardních funkcí také elektrickou ochranu proti výbuchu pro všechny skupiny látek a oblasti v souladu s příslušnými normami. Produkty jsou důsledně vyvíjeny a hodnoceny v souladu se SIL IEC 61508 a PL DIN EN ISO 13849. Tím se minimalizuje nebezpečí na přijatelné zbytkové riziko a zajistí se ochrana osob, strojů a životního prostředí.
