Egensikre strømkretser innen måle-, styre- og reguleringsteknikk For måle-, styre- og reguleringsteknikken i anlegg med eksplosjonsfarlige områder har beskyttelsesgrad egensikkerhet (Ex i) blitt etablert globalt. Finn ut mer om utformingen av egensikre strømkretser her.
Hva er en egensikker strømkrets?
Komponenter i en egensikker strømkrets
En egensikker strømkrets består av minst ett egensikkert driftsmiddel, et tilhørende driftsmiddel og tilkoblingsledninger. Egensikre driftsmidler kan bare kobles til ikke-egensikre strømkretser via tilhørende driftsmidler.
Et tilhørende driftsmiddel har både egensikre og ikke-egensikre strømkretser. Skille oppnås ved hjelp av Zener-barrierer eller galvaniske skillere. I henhold til IEC/EN 60079-11 kategoriseres driftsmidler med egensikkerhet i beskyttelsesnivåene ia, ib og ic.
Beskyttelsesprinsipp for beskyttelsesgrad Ex i
Beskyttelsesprinsippet bak beskyttelsesgrad Ex i baserer på begrensningen av energien som er ført inn i og lagret på det eksplosjonsfarlige området. Energien i en potensiell gnist må alltid være mindre enn minste tennenergi i den omgivende eksplosjonsfarlige atmosfæren.
Beskyttelsesgraden Ex i refererer til hele den egensikre strømkretsen i henhold til IEC/EN 60079-11.
For å holde gnistenergien under tennenergien er spenningen begrenset. Strømbegrenseren forhindrer termiske effekter forårsaket av for varme overflater.
Prinsippkoblingsskjema for spennings- og strømbegrensning
- Spenningsbegrensning: Zenerdioden blir ledende over en definert spenningsverdi og begrenser spenningen.
- Strømbegrensning: En seriekoblet motstand begrenser den maksimale strømmen.
Utforming av egensikre strømkretser
Kontroll av enhetens egnethet basert på merkingen
For å sørge for at den egensikre strømkretsen er sikker må operatøren gjennomføre og implementere tiltakene for å vurdere driftsmidlets egnethet med hensyn til det nødvendige beskyttelsesnivået og materialgruppene som foreligger, fra verifisering av egensikkerhet og helt til installasjon. Operatøren bestemmer sone, gruppe og temperaturklasse for feltutstyret basert på risikoanalysen og kontrollerer godkjenningen av enhetene for bruksområdet. Dette kan for eksempel gjøres ved å merke driftsmidlene i henhold til tabellen.
Merk: "EX" står her for bruk av Ex-symbolet
|
Egensikkert driftsmiddel (feltutstyr):
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Vurdering av Ex-merkingen |
Tilhørende driftsmiddel
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
|
|---|---|---|---|
| a) | .... 1 .... Ga | Utstyrskategori/utstyrsbeskyttelsesnivå for Ex i-feltutstyret tilsvarer den angitte sonen | |
| b) | ... 1 ... ...ia... Ga | Beskyttelsesgrad for Ex i-feltutstyret er godkjent i den angitte sonen | |
| c) | ... 1 G ... IIB T6 .... | Bruk av Ex i-feltutstyret er godkjent i eksisterende gassatmosfære | |
| d) | Merking av tilhørende driftsmidler med parentes, uten angivelse av temperaturklasse/-grenser | ... (1) ... [ ... ] ... | |
| e) | ... 1 G ... Ga | Utstyrskategori/utstyrsbeskyttelsesnivå for det tilknyttede driftsmidlet tilsvarer Ex i-feltutstyr | ... (1) G [ ... Ga] ... |
| f) | ... Ex ia ... | Beskyttelsesgraden til det tilhørende driftsmidlet samsvarer med beskyttelsesgraden til Ex i-feltutstyret | ... [Ex ia ... ] ... |
| g) | ... IIB ... | Tilhørende driftsmiddel er godkjent for samme gruppe eller for en gruppe som er evaluert som høyere | ... IIC |
Bevis på egensikkerhet
Den egensikre strømkretsen består vanligvis av det egensikre driftsmidlet, det tilhørende driftsmidlet og tilkoblingsledningene. For å garantere sikkerheten til utstyrskombinasjonen må egensikkerheten til strømkretsen verifiseres. Dette gjøres i samsvar med IEC/EN 60079-14 og andre standarder og forskrifter der det er relevant.
Bevis på egensikkerhet for egensikre strømkretser med én strømkilde
Egensikre strømkretser inneholder vanligvis bare én energikilde eller ett driftsmiddel. Først kontrolleres kriteriene i henhold til tabellen "Kontroll av enhetens egnethet basert på merkingen". Betjeningsveiledninger inneholder nødvendige sikkerhetstekniske data. Parametrene for strømkretsens spenning, strøm, effekt, kapasitans og induktans blir deretter sjekket.
For verifisering av egensikkerhet må kabelkapasitansene og -induktansene hentes fra kablenes datablader. Som alternativ kan følgende veiledende worst-case-verdier legges til grunn i henhold til IEC/EN 60079-14:
- Kabelkapasitet: 200 nF/km
- Kabelinduktans: 1 mH/km
Parameterne som er spesifisert av kabelprodusentene, er generelt lavere.
Vilkår for oppfyllelse av bekreftelse på egensikkerhet
Når de fem vilkårene er oppfylt, er kombinasjonen av driftsmidler, tilhørende driftsmidler og ledninger egensikker.
|
Egensikkert driftsmiddel (feltutstyr)
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Tilkoblingsledninger |
Tilhørende driftsmiddel
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
|
|---|---|---|---|
| 1) | Ui | ||
| 2) | Ii | ||
| 3) | Pi | ||
| 4) | Ci | + Cc | ≤ Co |
| 5) | Li | + Lc | ≤ Lo |
Eksempel på bevis på egensikkerhet: Analog IN
Ex i-mateskilleforsterker
Enheten overfører analoge 4 ... 20 mA-signaler fra en passiv måleomformer fra Ex-området til en kontroller galvanisk adskilt, og forsyner måleomformeren med strøm.
Sammenligning av sikkerhetsteknisk data Eksempel analog IN
Forutsetning: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Egensikkert driftsmiddel (feltutstyr)
Trykktransmitter |
Tilkoblingsledninger
Lengde = 500 m |
Tilhørende driftsmiddel
Ex i-mateskilleforsterker MACX MCR-EX-RPSSI-I |
Er betingelsen oppfylt? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 30 V | ≥ Uo = 25,2 V | ja | |
| 2) | Ii = 100 mA | ≥ Io = 93 mA | ja | |
| 3) | Pi = 750 mW | ≥ Po = 587 mW | ja | |
| 4) | Ci = 0 nF | + Cc = 90 nF | ≤ Co = IIC: 107 nF | ja |
| 5) | Li = 0 mH | + Lc = 0,5 mH | ≤ Lo = IIC: 3 mH | ja |
Konklusjon: Vilkårene for beviset på egensikkerhet er oppfylt.
Eksempel på bevis på egensikkerhet: Analog OUT
Ex i-utgangsskilleforsterker
Enheten overfører analoge 0/4 ... 20 mA-signaler fra en kontroller galvanisk adskilt til en aktuator i Ex-området.
Sammenligning av sikkerhetsteknisk data Eksempel analog OUT
Forutsetning: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Egensikkert driftsmiddel
Styreventil |
Tilkoblingsledninger
Lengde = 250 m |
Tilhørende driftsmiddel
Ex i-utgangsskilleforsterker MINI MCR-EX-IDS-I-I-PT |
Er betingelsen oppfylt? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 28 V | ≥ Uo = 26,4 V | ja | |
| 2) | Ii = 110 mA | ≥ Io = 98 mA | ja | |
| 3) | Pi = 770 mW | ≥ Lo = 647 mW | ja | |
| 4) | Ci = 5 nF | + Cc = 45 nF | ≤ Co = IIC: 89 nF | ja |
| 5) | Li = 0 mH | + Li = 0,25 mH | ≤ Lo = IIC: 2 mH | ja |
Konklusjon: Vilkårene for beviset på egensikkerhet er oppfylt.
Installasjon av elektrisk utstyr for signaloverføring i Ex-områder
Krav til bruk av elektriske driftsmidler
I anlegg med Ex-områder stilles det forskjellige krav til elektriske driftsmidler, avhengig av bruk. For eksempel kan følgende bruksområder være relevante for måle-, styre- og reguleringsteknikk:
- Sensorer og aktuatorer er fordelt i alle Ex-soner
- Skilleforsterkere er plassert i sone 1, sone 2 eller i det sikre området
- Kontrolleren er vanligvis plassert i det sikre området
Instrumenteringen kan være i beskyttelsesgraden egensikkerhet og/eller i en annen beskyttelsesgrad.
Egensikker signaloverføring på eksplosjonsfarlige områder
Sensorer og aktuatorer i sone 0 er vanligvis installert i beskyttelsesgraden egensikkerhet Ex ia og koblet til tilhørende driftsmidler. De sikkerhetsrelaterte dataene er spesifisert i EU-typegodkjenningssertifikatet for Ex i-skilleren.
Ex i-isolatorer må bare installeres utenfor eksplosjonsfarlig område, med mindre de er beskyttet av en annen beskyttelsesgrad, f.eks. et trykkfast kabinett:
• Installasjon i sone 1, f.eks. i trykkfast kapslede hus
• Installasjon i sone 2, f.eks. i kombinasjon med økt sikkerhet: Her må vilkårene i IEC 60079-15 oppfylles, f.eks. må husene som minimum ha IP54-beskyttelse.
Ikke-egensikker signaloverføring i eksplosjonsfarlige områder
Hvis det finnes sensorer eller aktuatorer med andre beskyttelsesgrader, for eksempel Ex d eller Ex e, er bruk av skillere uten egensikkerhet tillatt. For enheter i sone 2 kreves det godkjenning i henhold til Ex ec, noe som innebærer spesielle betingelser som et godkjent hus i henhold til IEC/EN 60079-15 og IEC/EN 60079-0 med som minimum beskyttelsesklasse IP54. Uten denne godkjenningen må skillere installeres i et trykkfast hus (Ex dc).
En "ec"-sensor eller aktuator kan kobles til en egensikker eller ikke-egensikker skiller i sone 2. Ved tilkobling til en Ex i-skiller gjelder ikke egensikkerheten, skilleren må merkes i henhold til dette.
Installasjonskrav
Illustrasjonen viser ulike installasjonsalternativer for elektrisk utstyr i eksplosjonsfarlige gassmiljøer. Krav til konfigurering, valg og installasjon finnes i IEC/EN 60079-14. Testing, vedlikehold og reparasjon er definert i IEC/EN 60079-17 og IEC/EN 60079-19.
Skilleforsterkere og måleomformere for eksplosjonsbeskyttelse
Skilleforsterkere og måleomformere for eksplosjonsbeskyttelse sikrer, i tillegg til standardfunksjonene, elektrisk eksplosjonsbeskyttelse for alle stoffgrupper og områder i samsvar med gjeldende standarder. Produktene er konsekvent utviklet og evaluert i samsvar med SIL IEC 61508 og PL DIN EN ISO 13849. Dette minimerer farene til en akseptabel restrisiko og sikrer beskyttelse av mennesker, maskiner og miljø.
