Gyújtószikramentes áramkörök a mérés-, vezérlés- és szabályozástechnikában A robbanásveszélyes területeken telepített mérés-, vezérlés- és szabályozástechnikánál a gyújtószikramentes (Ex i) gyújtószikra-mentességi besorolás világszerte elterjedt. Itt többet megtudhat a gyújtószikramentes áramkörök kialakításáról.
Mi az a gyújtószikramentes áramkör?
A gyújtószikramentes áramkörök összetevői
A gyújtószikramentes áramkör legalább egy gyújtószikramentes üzemi eszközből és egy hozzá tartozó üzemi eszközből, valamint az összekötő kábelekből áll. A gyújtószikramentes üzemi eszközök csak a hozzájuk tartozó üzemi eszközökön keresztül csatlakoztathatók a nem gyújtószikramentes áramkörökhöz.
A hozzá tartozó üzemi eszköznek vannak gyújtószikramentes és nem gyújtószikramentes áramkörei is. Az elválasztás Zener-gátak vagy galvanikus leválasztók segítségével valósítható meg. Az IEC/EN 60079-11 szabvány szerint a gyújtószikramentes üzemi eszközöket ia, ib és ic védelmi szintekbe kell besorolni.
Az Ex i gyújtószikra-mentességi besorolás védelmi elve
Az Ex i gyújtószikra-mentességi besorolás védelmi elve a robbanásveszélyes Ex területre vezetett és ott tárolt energia korlátozásán alapul. Az esetleges szikrázás energiájának mindig kisebbnek kell lennie, mint a környező robbanásveszélyes légkör minimális gyulladási energiája.
Az Ex i gyújtószikra-mentességi besorolás az IEC/EN 60079-11 szerinti teljes gyújtószikramentes áramkörre vonatkozik.
Abból a célból, hogy a szikra energiája a gyújtási energia alatt maradjon, a feszültséget korlátozni kell. Az áramkorlátozó megakadályozza a túl forró felületek által okozott hőhatásokat.
A feszültség- és áramkorlátozás elvi kapcsolási rajza
- Feszültségkorlátozás: a Zener-dióda egy meghatározott feszültségérték felett vezetővé válik, és korlátozza a feszültséget.
- Áramkorlátozás: egy sorba kapcsolt ellenállás korlátozza a maximális áramot.
A gyújtószikramentes áramkörök kialakítása
A készülék alkalmasságának ellenőrzése a jelölés alapján
Annak garantálása érdekében, hogy a gyújtószikramentes áramkör biztonságos legyen, az üzemeltetőnek végre kell hajtania az üzemi eszköz alkalmasságának kiértékelésére vonatkozó intézkedéseket a szükséges védelmi szint és a jelenlévő anyagcsoportok tekintetében, a gyújtószikra-mentesség igazolásától egészen a telepítésig. Az üzemeltető a kockázatelemzés alapján meghatározza a terepi készülék zónáját, csoportját és hőmérsékleti osztályát, valamint ellenőrzi a készülékek adott alkalmazási esetre vonatkozó engedélyét. Ezt például az üzemi eszközök jelölése alapján lehet megtenni, a táblázatnak megfelelően.
Megjegyzés: Az „EX” itt az Ex szimbólum használatára utal
|
Gyújtószikramentes üzemi eszköz (terepi készülék):
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Az Ex jelölés kiértékelése |
Hozzá tartozó üzemi eszköz
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
|
|---|---|---|---|
| a) | .... 1 .... Ga | Az Ex i terepi készülék készülékkategóriája / készülékvédelmi szintje megfelel a megadott zónának | |
| b) | ... 1 ... ia ... Ga | Az Ex i terepi készülék gyújtószikra-mentességi besorolása engedélyezve van a megadott zónában | |
| c) | ... 1 G ... IIB T6 .... | Az Ex i terepi készülék használata engedélyezve van a meglévő gáztartalmú légkörben | |
| d) | A hozzá tartozó üzemi eszköz jelölése zárójelben, a hőmérsékleti osztály/határértékek feltüntetése nélkül | ... (1) ... [ ... ] ... | |
| e) | ... 1 G ... Ga | A hozzá tartozó üzemi eszköz készülékkategóriája / készülékvédelmi szintje megfelel az Ex i terepi készüléknek | ... (1) G [ ... Ga] ... |
| f) | ... Ex ia ... | A hozzá tartozó üzemi eszköz gyújtószikra-mentességi besorolása illeszkedik az Ex i terepi készülékéhez | ... [Ex ia ... ] ... |
| g) | ... IIB ... | A hozzá tartozó üzemi eszköz ugyanazon vagy magasabb értékű csoporthoz van engedélyezve | ... IIC |
A gyújtószikra-mentesség igazolása
A gyújtószikramentes áramkör jellemzően a gyújtószikramentes üzemi eszközből, a hozzá tartozó üzemi eszközből és az összekötő vezetékekből áll. A készülékkombináció biztonságának garantálása érdekében igazolni kell az áramkör gyújtószikra-mentességét. Ezt az IEC/EN 60079-14 és adott esetben más szabványok és előírások szerint kell elvégezni.
A gyújtószikra-mentesség igazolása egyetlen áramforrást tartalmazó gyújtószikramentes áramkörök esetében
A gyújtószikramentes áramkörök általában csak egy energiaforrást vagy egy üzemi eszközt tartalmaznak. Először a kritériumokat „A készülék alkalmasságának ellenőrzése a jelölés alapján” című táblázat szerint kell ellenőrizni. A használati utasítások tartalmazzák a szükséges biztonságtechnikai adatokat. Ezután az áramkör feszültség, áram, teljesítmény, kapacitás és induktivitás paramétereit kell ellenőrizni.
A gyújtószikra-mentesség ellenőrzéséhez a kábelek kapacitásait és induktivitásait a kábelek adatlapjaiból kell kiolvasni. Alternatívaként az IEC/EN 60079-14 szabvány szerint a következő legrosszabb esetre vonatkozó irányértékek is feltételezhetők:
- kábelkapacitások: 200 nF/km,
- kábelinduktivitások: 1 mH/km.
A kábelgyártók által megadott paraméterek általában ezeknél alacsonyabbak.
A gyújtószikra-mentesség igazolásának teljesítendő feltételei
Ha a következő öt feltétel teljesül, akkor az üzemi eszközök, a hozzájuk tartozó üzemi eszközök és kábelek kombinációja gyújtószikramentes.
|
Gyújtószikramentes üzemi eszköz (terepi készülék)
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Összekötő vezetékek |
Hozzá tartozó üzemi eszköz
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 |
Példa a gyújtószikra-mentesség igazolására: analóg BE
Ex i tápláló leválasztó erősítő
A készülék galvanikusan leválasztott módon átviszi a 4 ... 20 mA-es analóg jeleket egy Ex területen felszerelt passzív mérőváltóról a vezérlőre, és ellátja a mérőváltót energiával.
A biztonságtechnikai adatok összehasonlítása Példa: analóg BE
Feltételezés: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Gyújtószikramentes üzemi eszköz (terepi készülék)
Nyomás jeladó |
Összekötő vezetékek
Hossz = 500 m |
Hozzá tartozó üzemi eszköz
MACX MCR-EX-RPSSI-I típusú Ex i tápláló leválasztó erősítő |
A feltétel teljesül? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 30 V | ≥ Uo = 25,2 V | igen | |
| 2) | Ii = 100 mA | ≥ Io = 93 mA | igen | |
| 3) | Pi = 750 mW | ≥ Po = 587 mW | igen | |
| 4) | Ci = 0 nF | + Cc = 90 nF | ≤ Co = IIC: 107 nF | igen |
| 5) | Li = 0 mH | + Lc = 0,5 mH | ≤ Lo = IIC: 3 mH | igen |
Összegzés: a gyújtószikra-mentesség igazolásának feltételei teljesülnek.
Példa a gyújtószikra-mentesség igazolására: analóg KI
Gyújtószikramentes Ex i kimeneti leválasztóerősítők
A készülék galvanikusan leválasztott módon 0/4 ... 20 mA-es analóg jeleket visz át a vezérlőtől az Ex területen felszerelt aktorhoz.
A biztonságtechnikai adatok összehasonlítása Példa: analóg KI
Feltételezés: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Gyújtószikramentes üzemi eszköz
Vezérlőszelep |
Összekötő vezetékek
Hossz = 250 m |
Hozzá tartozó üzemi eszköz
MINI MCR-EX-IDS-I-I-PT típusú Ex i kimeneti leválasztó erősítő |
A feltétel teljesül? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 28 V | ≥ Uo = 26,4 V | igen | |
| 2) | Ii = 110 mA | ≥ Io = 98 mA | igen | |
| 3) | Pi = 770 mW | ≥ Lo = 647 mW | igen | |
| 4) | Ci = 5 nF | + Cc = 45 nF | ≤ Co = IIC: 89 nF | igen |
| 5) | Li = 0 mH | + Li = 0,25 mH | ≤ Lo = IIC: 2 mH | igen |
Összegzés: a gyújtószikra-mentesség igazolásának feltételei teljesülnek.
Jelátvitelre szolgáló elektromos készülékek telepítése Ex területeken
Az elektromos üzemi eszközökre vonatkozó alkalmazási követelmények
A robbanásveszélyes Ex területeken működő berendezésekben az elektromos üzemi eszközökre a használattól függően különböző alkalmazási követelmények vonatkoznak. Például a mérés-, vezérlés- és szabályozástechnika terén a következő alkalmazási esetek adódhatnak:
- a szenzorok és aktorok el vannak osztva minden Ex zónában,
- a leválasztó erősítők az 1. zónában, a 2. zónában vagy a biztonságos területen vannak elhelyezve,
- a vezérlő általában a biztonságos területen van elhelyezve.
A műszerezés gyújtószikramentes (Ex i) gyújtószikra-mentességi besorolású és/vagy más gyújtószikra-mentességi besorolású lehet.
Gyújtószikramentes jelátvitel a robbanásveszélyes Ex területen
A 0. zónában elhelyezett szenzorokat ill. aktorokat általában az Ex ia gyújtószikra-mentességi besorolással telepítik, és a hozzájuk tartozó üzemi eszközökhöz csatlakoztatják. A biztonságtechnikai adatokat az Ex i leválasztókra vonatkozó EU típusvizsgálati jegyzőkönyv tartalmazza.
Az Ex i leválasztókat csak a robbanásveszélyes Ex területen kívül szabad telepíteni, kivéve azt az esetet, ha további gyújtószikra-mentességi besorolással, például nyomásálló tokozattal vannak ellátva:
• telepítés az 1. zónában, pl. nyomásállóan tokozott házakban,
• telepítés a 2. zónában, pl. fokozott biztonsággal kombinálva: itt az IEC 60079-15 feltételeinek kell teljesülniük, pl. a házaknak legalább IP54-es védettségűnek kell lenniük.
Nem gyújtószikramentes jelátvitel robbanásveszélyes Ex területeken
Ha más, például Ex d vagy Ex e gyújtószikra-mentességi besorolású szenzorok vagy aktorok vannak telepítve, akkor engedélyezve van a nem gyújtószikramentes leválasztók használata. A 2. zónában elhelyezett készülékek esetében Ex ec engedély szükséges, amely olyan különleges feltételeket ír elő, mint például az IEC/EN 60079-15 és IEC/EN 60079-0 szerint jóváhagyott, legalább IP54 védelmi osztályú ház. Ezen engedély nélkül a leválasztókat nyomásálló házba kell szerelni (Ex dc).
A 2. zónában elhelyezett „ec“ szenzort vagy aktort össze lehet kötni egy gyújtószikramentes vagy nem gyújtószikramentes leválasztóval. Ex i leválasztóhoz csatlakoztatva a gyújtószikra-mentesség megszűnik; a leválasztót ennek megfelelően kell jelölni.
Felszerelési követelmények
Az ábra a robbanásveszélyes gázok környezetében elhelyezett elektromos készülékek különböző telepítési lehetőségeit mutatja be. A konfigurációra, a kiválasztásra és a létesítésre vonatkozó követelményeket az IEC/EN 60079-14 szabvány tartalmazza. A vizsgálatot, a karbantartást és a javítást az IEC/EN 60079-17 és az IEC/EN 60079-19 határozza meg.
Leválasztó erősítők és mérőváltók a robbanásvédelemhez
A robbanásvédelmi leválasztó erősítők és mérőváltók a standard funkciók mellett ellátják az elektromos robbanásvédelem feladatait is a vonatkozó szabványok szerinti összes anyagcsoport és terület esetében. A termékeket következetesen a SIL IEC 61508 és a PL DIN EN ISO 13849 szempontjai szerint fejlesztjük és értékeljük ki. Ezáltal a veszélyek az elfogadható maradványkockázatra minimalizálhatók, és így megvalósítható az emberek, a gépek és a környezet védelme.
