Circuits à sécurité intrinsèque dans la technologie de mesure, de commande et de régulation Le mode de protection Sécurité intrinsèque (Ex i) est établi dans le monde entier pour la technologie de mesure, de commande et de régulation dans les zones à atmosphère explosible. Apprenez-en davantage sur la conception des circuits à sécurité intrinsèque.
Qu'est-ce qu'un circuit à sécurité intrinsèque ?
Composants d'un circuit à sécurité intrinsèque
Un circuit à sécurité intrinsèque se compose d'au moins un équipement à sécurité intrinsèque, d'un équipement associé et de câbles de raccordement. Les équipements à sécurité intrinsèque doivent uniquement être raccordés à des circuits sans sécurité intrinsèque par des équipements associés.
Un équipement associé possède à la fois des circuits à sécurité intrinsèque et des circuits sans sécurité intrinsèque. La séparation est assurée par des barrières Zener ou des séparateurs galvaniques. Les équipements à sécurité intrinsèque sont classés selon la norme CEI/EN 60079-11 dans les niveaux de protection ia, ib et ic.
Principe de protection du mode de protection Ex i
Le principe de protection du mode de protection Ex i est basé sur la limitation de l'énergie transmise et stockée dans une zone à atmosphère explosible. L'énergie d'une éventuelle étincelle doit alors toujours être inférieure à l'énergie minimale d'inflammation de l'atmosphère explosive environnante.
Le mode de protection Ex i se réfère à l'ensemble du circuit à sécurité intrinsèque conformément à la norme CEI/EN 60079-11.
Afin de maintenir l'énergie des étincelles en dessous de l'énergie d'inflammation, la tension est limitée. La limitation du courant empêche les effets thermiques dus à des surfaces trop chaudes.
Schéma de principe pour la limitation de tension et de courant
- Tension maximale admissible : la diode Zener devient conductrice à partir d'une valeur de tension définie et limite la tension.
- Limitation de courant : une résistance montée en série limite le courant maximal.
Conception de circuits à sécurité intrinsèque
Vérification de l'adéquation de l'appareil à l'aide du marquage
Afin de garantir la sécurité du circuit à sécurité intrinsèque, l'exploitant doit prendre et mettre en œuvre les mesures nécessaires pour évaluer l'adéquation des équipements au niveau de protection requis et aux groupes de substances présents, depuis la preuve de la sécurité intrinsèque jusqu'à l'installation. L'exploitant détermine la zone, le groupe et la classe de température pour l'appareil de terrain à l'aide de l'analyse des risques et vérifie l'homologation des appareils pour l'application prévue. Cela peut être fait, par exemple, à l'aide du marquage des équipements conformément au tableau.
Remarque : « EX » signifie ici l'utilisation du symbole Ex
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Équipement à sécurité intrinsèque (appareil de terrain) :
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Évaluation du marquage Ex |
Équipement associé
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
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|---|---|---|---|
| a) | .... 1 .... Ga | La catégorie d'appareil/le niveau de protection d'appareil Ex i du dispositif de terrain correspondent à la zone définie | |
| b) | ... 1 ... ia ... Ga | Le mode de protection de l'appareil de terrain Ex i est autorisé dans la zone définie | |
| c) | ... 1 G ... IIB T6 .... | L'utilisation de l'appareil de terrain Ex i est autorisée dans l'atmosphère gazeuse existante | |
| d) | Marquage de l'équipement associé avec des parenthèses, sans indication de la classe/des limites de température | ... (1) ... [ ... ] ... | |
| e) | ... 1 G ... Ga | Catégorie d'appareil/niveau de protection d'appareil de l'équipement associé correspondent à l'appareil de terrain Ex i | ... (1) G [ ... Ga] ... |
| f) | ... Ex ia ... | Le mode de protection de l'équipement associé correspond à celui de l'appareil de terrain Ex i | ... [Ex ia ... ] ... |
| g) | ... IIB ... | L'équipement associé est homologué pour le même groupe ou un groupe supérieur | ... IIC |
Preuve de la sécurité intrinsèque
Le circuit à sécurité intrinsèque se compose généralement de l'équipement à sécurité intrinsèque, de l'équipement associé et des câbles de connexion. Afin de garantir la sécurité de la combinaison d'appareils, la sécurité intrinsèque du circuit électrique doit être vérifiée. Cela s'effectue conformément à la norme CEI/EN 60079-14 et, le cas échéant, à d'autres normes et dispositions.
Preuve de fonctionnement de la sécurité intrinsèque des circuits à sécurité intrinsèque avec une source de courant
Les circuits à sécurité intrinsèque ne contiennent généralement qu'une seule source d'énergie ou un seul équipement. Les critères du tableau « Vérification de l'adéquation des appareils à l'aide du marquage » sont d'abord vérifiés. Les manuels d'utilisation fournissent les données techniques de sécurité nécessaires. Les paramètres du circuit électrique (tension, courant, puissance, capacité, inductance) sont ensuite vérifiés.
Pour prouver la sécurité intrinsèque, les capacités et inductances des câbles doivent être indiquées dans les fiches techniques des câbles. Il est également possible d'utiliser les valeurs indicatives suivantes correspondant aux pires cas conformément à la norme CEI/EN 60079-14 :
- Capacités des câbles : 200 nF/km
- Inductances des câbles : 1 mH/km
Les paramètres indiqués par les fabricants de câbles sont généralement inférieurs.
Conditions à remplir pour prouver la sécurité intrinsèque
Si les cinq conditions sont remplies, la combinaison des équipements, des équipements associés et des câbles est intrinsèquement sûre.
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Équipement à sécurité intrinsèque (appareil de terrain)
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Câbles de raccordement |
Équipement associé
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
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|---|---|---|---|
| 1) | Ui | ≥ Uo | |
| 2) | Ii | ≥ Io | |
| 3) | Pi | ≥ Po | |
| 4) | Ci | + Cc | ≤ Co |
| 5) | Li | + Lc | ≤ Lo |
Exemple de preuve de la sécurité intrinsèque : IN analogique
Amplificateur-séparateur d'alimentation à sécurité intrinsèque
L'appareil transmet des signaux analogiques 4 ... 20 mA d'un convertisseur de mesure passif situé dans la zone ATEX à un automate de manière isolée galvaniquement et alimente le convertisseur de mesure en énergie.
Comparaison des caractéristiques techniques de sécurité Exemple d'entrée IN analogique
Hypothèse : Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
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Équipement à sécurité intrinsèque (appareil de terrain)
Transmetteur de pression |
Câbles de raccordement
Longueur = 500 m |
Équipement associé
Amplificateur-séparateur d'alimentation Ex i MACX MCR-EX-RPSSI-I |
Condition remplie ? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 30 V | ≥ Uo = 25,2 V | oui | |
| 2) | Ii = 100 mA | ≥ Io = 93 mA | oui | |
| 3) | Pi = 750 mW | ≥ Po = 587 mW | oui | |
| 4) | Ci = 0 nF | + Cc = 90 nF | ≤ Co = IIC : 107 nF | oui |
| 5) | Li = 0 mH | + Lc = 0,5 mH | ≤ Lo = IIC : 3 mH | oui |
Conclusion : les conditions de preuve de la sécurité intrinsèque sont remplies.
Exemple de preuve de la sécurité intrinsèque : sortie OUT analogique
Amplificateur-séparateur de sortie Ex i
L'appareil transmet des signaux analogiques 0/4 ... 20 mA d'un automate à un actionneur dans la zone ATEX, avec séparation galvanique.
Comparaison des caractéristiques techniques de sécurité Exemple de sortie OUT analogique
Hypothèse : Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
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Équipement à sécurité intrinsèque
Vanne de réglage |
Câbles de raccordement
Longueur = 250 m |
Équipement associé
Amplificateur-séparateur de sortie Ex i MINI MCR-EX-IDS-I-I-PT |
Condition remplie ? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 28 V | ≥ Uo = 26,4 V | oui | |
| 2) | Ii = 110 mA | ≥ Io = 98 mA | oui | |
| 3) | Pi = 770 mW | ≥ Lo = 647 mW | oui | |
| 4) | Ci = 5 nF | + Cc = 45 nF | ≤ Co = IIC : 89 nF | oui |
| 5) | Li = 0 mH | + Li = 0,25 mH | ≤ Lo = IIC : 2 mH | oui |
Conclusion : les conditions de preuve de la sécurité intrinsèque sont remplies.
Installation d'appareils électriques pour la transmission de signaux dans les zones ATEX
Exigences d'utilisation pour les équipements électriques
Dans les installations comportant des zones Ex, les équipements électriques sont soumis à différentes exigences d'utilisation. Pour la technologie de mesure, de commande et de régulation, les cas d'application suivants peuvent par exemple se présenter :
- Les capteurs et actionneurs sont répartis dans toutes les zones Ex
- Les amplificateurs-séparateurs se trouvent dans la zone 1, la zone 2 ou la zone sûre
- L'automate est généralement situé dans la zone sûre
L'instrumentation peut ici être réalisée avec le mode de protection Sécurité intrinsèque et/ou avec un autre mode de protection.
Transmission des signaux à sécurité intrinsèque dans des zones à atmosphère explosible
Les capteurs ou actionneurs en zone 0 sont généralement installés en mode de protection Sécurité intrinsèque Ex ia et raccordés à des équipements associés. Les caractéristiques techniques de sécurité sont indiquées dans le certificat d'examen de type UE du séparateur Ex i.
Les séparateurs Ex i doivent uniquement être installés en dehors de la zone à atmosphère explosible, à moins qu'ils ne soient protégés par un autre mode de protection tel qu'une enveloppe antidéflagrante :
• Installation en zone 1, par exemple dans des boîtiers antidéflagrants
• Installation en zone 2, par exemple en combinaison avec une sécurité augmentée : les conditions de la norme CEI 60079-15 doivent être remplies, par exemple les boîtiers doivent avoir au minimum un indice de protection IP54.
Transmission de signaux sans sécurité intrinsèque dans une zone à atmosphère explosible
Si des capteurs ou des actionneurs d'autres modes de protection, tels que Ex d ou Ex e, sont présents, l'utilisation de séparateurs sans sécurité intrinsèque est autorisée. Pour les appareils en zone 2, une homologation Ex ec qui impose des conditions particulières telles qu'un boîtier homologué selon les normes CEI/EN 60079-15 et CEI/EN 60079-0 avec au moins une classe de protection IP54 est nécessaire. Sans cette homologation, les séparateurs doivent être installés dans un boîtier antidéflagrant (Ex dc).
Un capteur ou actionneur « ec » peut être raccordé à un séparateur à sécurité intrinsèque ou sans sécurité intrinsèque dans la zone 2. En cas de raccordement à un séparateur Ex i, la sécurité intrinsèque n'est plus garantie et le séparateur doit être marqué en conséquence.
Exigences d'installation
L'illustration montre différentes possibilités d'installation d'appareils électriques dans une zone exposée à des explosions de gaz. Les exigences en matière de conception, de sélection et d'installation sont définies dans la norme CEI/EN 60079-14. Les essais, la maintenance et la réparation sont définis dans les normes CEI/EN 60079-17 et CEI/EN 60079-19.
Amplificateurs-séparateurs et convertisseurs de mesure pour la protection anti-explosion
Les amplificateurs-séparateurs et les convertisseurs de mesure pour la protection anti-explosion garantissent, outre les fonctions standard, la protection électrique contre les explosions pour tous les groupes de substances et domaines conformément aux normes applicables. Les produits sont développés et évalués de manière cohérente selon les normes SIL CEI 61508 et PL DIN EN ISO 13849. Ils réduisent ainsi les dangers à un risque résiduel acceptable et garantissent la protection des personnes, des machines et de l'environnement.
