Obwody iskrobezpieczne w technologii AKPiA Rodzaj zabezpieczenia wykonanie iskrobezpieczne (Ex i) stosuje się powszechnie na całym świecie do techniki pomiarów, sterowania i regulacji w obszarach zagrożonych wybuchem. Więcej informacji na temat projektowania obwodów iskrobezpiecznych można znaleźć tutaj.
Czym jest obwód iskrobezpieczny?
Elementy obwodu iskrobezpiecznego
Obwód iskrobezpieczny składa się z co najmniej jednego urządzenia iskrobezpiecznego, urządzenia przynależnego oraz kabli łączących. Urządzenia iskrobezpieczne można łączyć z nieiskrobezpiecznymi obwodami wyłącznie przez przynależne elektryczne urządzenia.
Przynależne urządzenie jest wyposażone w obwody iskrobezpieczne i nieiskrobezpieczne. Separację uzyskuje się za pomocą barier Zenera lub separatorów galwanicznych. Zgodnie z normą IEC/EN 60079-11, urządzenia iskrobezpieczne są podzielone na poziomy ochrony ia, ib i ic.
Zasada ochrony rodzaju zabezpieczenia Ex i
Zasada ochrony rodzaju zabezpieczenia Ex i opiera się na ograniczeniu energii wprowadzanej i magazynowanej w obszarze zagrożonym wybuchem. Energia ewentualnej iskry musi być zawsze mniejsza niż minimalna energia zapłonu otaczającej atmosfery wybuchowej.
Rodzaj zabezpieczenia Ex i odnosi się do całego iskrobezpiecznego obwodu zgodnie z normą IEC/EN 60079-11.
Aby utrzymać energię iskry poniżej energii zapłonu, napięcie jest ograniczone. Ograniczenie natężenia zapobiega efektom termicznym przez zbyt gorące powierzchnie.
Podstawowy schemat połączeń ograniczania napięcia i natężenia
- Ograniczenie napięcia: dioda Zenera zaczyna przewodzić powyżej określonej wartości napięcia i ogranicza napięcie.
- Ograniczenie natężenia: podłączony szeregowo rezystor ogranicza maksymalne natężenie prądu.
Projektowanie obwodów iskrobezpiecznych
Sprawdzanie przydatności urządzenia na podstawie oznakowania
W celu zapewnienia, że obwód iskrobezpieczny jest bezpieczny, operator musi przeprowadzić i wdrożyć środki oceny przydatności urządzeń w odniesieniu do wymaganego poziomu ochrony i występujących grup materiałowych, od dowodu wykonania iskrobezpiecznego po instalację. Operator określa strefę, grupę i klasę temperaturową dla urządzenia obiektowego na podstawie analizy ryzyka i sprawdza dopuszczenie urządzeń do danego zastosowania. Można to zrobić na przykład na podstawie oznakowań urządzeń zgodnie z tabelą.
Wskazówka: „EX” oznacza tutaj użycie symbolu Ex
|
Urządzenie iskrobezpieczne (urządzenie obiektowe):
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Analiza oznakowania Ex |
Urządzenie przynależne
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
|
|---|---|---|---|
| a) | .... 1 .... Ga | Kategoria urządzenia / poziom zabezpieczenia urządzenia obiektowego Ex i odpowiadają określonej strefie | |
| b) | ... 1 ... ia ... Ga | Rodzaj zabezpieczenia urządzenia obiektowego Ex i jest dopuszczalny dla określonej strefy | |
| c) | ... 1 G ... IIB T6 .... | Korzystanie z urządzenia obiektowego Ex i jest dozwolone w istniejącej atmosferze gazowej | |
| d) | Etykietowanie przynależnych urządzeń za pomocą wsporników, bez wskazania klasy/limitów temperatury | ... (1) ... [ ... ] ... | |
| e) | ... 1 G ... Ga | Kategoria urządzenia / poziom zabezpieczenia urządzenia przynależnego urządzenia odpowiada urządzeniu obiektowemu Ex i | ... (1) G [ ... Ga] ... |
| f) | ... Ex ia ... | Rodzaj zabezpieczenia przyporządkowanego urządzenia pasuje do urządzenia obiektowego Ex i | ... [Ex ia ... ] ... |
| g) | ... IIB ... | Powiązane urządzenie jest dopuszczone dla tej samej grupy lub grupy o wyższej wartości | ... IIC |
Dowód wykonania iskrobezpiecznego
Obwód iskrobezpieczny składa się zazwyczaj z urządzenia iskrobezpiecznego, powiązanych urządzeń i kabli łączących. Aby zapewnić bezpieczeństwo kombinacji urządzeń, należy przeprowadzić dowód wykonania iskrobezpiecznego obwodu. Odbywa się to zgodnie z normą IEC/EN 60079-14 oraz innymi normami i przepisami, jeśli mają zastosowanie.
Dowód wykonania iskrobezpiecznego dla obwodów iskrobezpiecznych z jednym źródłem prądu
Obwody iskrobezpieczne zazwyczaj zawierają tylko jedno źródło energii lub jedno urządzenie. Najpierw sprawdzane są kryteria zgodnie z tabelą „Sprawdzanie przydatności urządzenia na podstawie oznakowania”. Instrukcje obsługi zawierają niezbędne dane dotyczące bezpieczeństwa. Następnie sprawdzane są parametry obwodu: napięcie, prąd, moc, pojemność i indukcyjność.
W celu weryfikacji dowodu wykonania iskrobezpiecznego, pojemności i indukcyjności kabli należy pobrać z kart katalogowych kabli. Alternatywnie, zgodnie z normą IEC/EN 60079-14, można przyjąć następujące wartości orientacyjne worst case:
- Pojemność kabla: 200 nF/km
- Indukcyjność kabla: 1 mH/km
Parametry określone przez producentów kabli są zazwyczaj niższe.
Warunki spełnienia dowodu wykonania iskrobezpiecznego
Jeśli te pięć warunków jest spełnionych, połączenie urządzeń, urządzeń przynależnych i kabli jest wykonane w sposób iskrobezpieczny.
|
Urządzenie iskrobezpieczne (urządzenie obiektowe)
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Kable połączeniowe |
Urządzenie przynależne
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 |
Przykład dowodu wykonania iskrobezpiecznego: Analog IN
Separator zasilania Ex i
Urządzenie przesyła analogowe sygnały 4 ... 20 mA z pasywnego przetwornika pomiarowego z obszaru Ex do jednostki sterującej w sposób odizolowany elektrycznie i zasila przetwornik.
Porównanie danych bezpieczeństwa funkcjonalnego Przykładowe wejście analogowe
Założenie: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Urządzenie iskrobezpieczne (urządzenie obiektowe)
Przetwornik ciśnienia |
Kable połączeniowe
Długość = 500 m |
Urządzenie przynależne
Separator zasilania Ex i MACX MCR-EX-RPSSI-I |
Warunek spełniony? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 30 V | ≥ Uo = 25,2 V | tak | |
| 2) | Ii = 100 mA | ≥ Io = 93 mA | tak | |
| 3) | Pi = 750 mW | ≥ Po = 587 mW | tak | |
| 4) | Ci = 0 nF | + Cc = 90 nF | ≤ Co = IIC: 107 nF | tak |
| 5) | Li = 0 mH | + Lc = 0,5 mH | ≤ Lo = IIC: 3 mH | tak |
Wniosek: Warunki dowodu wykonania iskrobezpiecznego są spełnione.
Przykład dowodu wykonania iskrobezpiecznego: Analog OUT
Iskrobezpieczny kondycjoner sygnałów wyjściowych
Urządzenie przesyła analogowe sygnały 0/4 ... 20 mA ze sterownika do urządzenia wykonawczego w obszarze Ex.
Porównanie danych bezpieczeństwa funkcjonalnego Przykładowe wyjście analogowe OUT
Założenie: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Urządzenie iskrobezpieczne
Zawór regulacyjny |
Kable połączeniowe
Długość = 250 m |
Urządzenie przynależne
Wyjściowy wzmacniacz izolujący MINI MCR-EX-IDS-I-I-PT |
Warunek spełniony? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 28 V | ≥ Uo = 26,4 V | tak | |
| 2) | Ii = 110 mA | ≥ Io = 98 mA | tak | |
| 3) | Pi = 770 mW | ≥ Lo = 647 mW | tak | |
| 4) | Ci = 5 nF | + Cc = 45 nF | ≤ Co = IIC: 89 nF | tak |
| 5) | Li = 0 mH | + Li = 0,25 mH | ≤ Lo = IIC: 2 mH | tak |
Wniosek: Warunki dowodu wykonania iskrobezpiecznego są spełnione.
Instalacja urządzeń elektrycznych do transmisji sygnałów w obszarach Ex
Wymagania dotyczące zastosowania urządzenia elektrycznego
Urządzenia elektryczne w obszarach potencjalnie zagrożonych wybuchem przeznaczone do transmisji sygnałów muszą spełniać odpowiednie wymagania. Przykładowo technologia AKPiA może mieć następujące zastosowania:
- Czujniki i siłowniki są rozmieszczone we wszystkich strefach Ex
- Kondycjonery sygnału znajdują się w strefie 1, strefie 2 lub w strefie bezpiecznej
- Jednostka sterująca znajduje się zazwyczaj w obszarze bezpiecznym
Oprzyrządowanie może być w wykonaniu iskrobezpiecznym i/lub w innym rodzaju zabezpieczenia.
Iskrobezpieczna transmisja sygnału w obszarze zagrożonym wybuchem
Czujniki lub urządzenia wykonawcze w strefie 0 są zwykle instalowane w rodzaju zabezpieczenia wykonanie iskrobezpieczne Ex ia i podłączane do powiązanych urządzeń. Dane dotyczące bezpieczeństwa są określone w certyfikacie badania typu UE dla izolatora Ex i.
Izolatory Ex i mogą być instalowane wyłącznie poza obszarem zagrożonym wybuchem, chyba że są stycznikiem z innym rodzajem zabezpieczenia, takim jak osłona ognioszczelna:
• Instalacja w strefie 1, np. w obudowach ognioszczelnych
• Instalacja w strefie 2, np. w połączeniu ze zwiększonym bezpieczeństwem: w tym przypadku muszą być spełnione warunki normy IEC 60079-15, np. obudowy muszą mieć ochronę co najmniej IP54.
Nieiskrobezpieczna transmisja sygnału w obszarze zagrożonym wybuchem
W przypadku obecności czujników lub elementów wykonawczych z innym rodzajem zabezpieczenia, takim jak Ex d lub Ex e dopuszczone jest użycie izolatorów nieiskrobezpiecznych. W przypadku urządzeń pracujących w strefie 2 wymagane jest dopuszczenie Ex ec, które określa specjalne warunki, takie jak zatwierdzona obudowa zgodna z normami IEC/EN 60079-15 i IEC/EN 60079-0 o klasie ochronności co najmniej IP54. Bez tego dopuszczenia rozłączniki muszą być instalowane w obudowie ognioszczelnej (Ex dc).
Czujnik lub urządzenie wykonawcze „ec” można podłączyć do iskrobezpiecznego lub nieiskrobezpiecznego izolatora w strefie 2. W przypadku podłączenia do izolatora Ex i, wykonanie iskrobezpieczne nie ma zastosowania; izolator musi być odpowiednio oznakowany.
Wymagania instalacyjne
Ilustracja przedstawia różne opcje instalacji urządzeń elektrycznych w strefach zagrożonych wybuchem gazu. Wymagania dotyczące projektowania, wyboru i instalacji są zawarte w normie IEC/EN 60079-14. Testowanie, konserwacja i naprawa są zdefiniowane w normach IEC/EN 60079-17 i IEC/EN 60079-19.
Kondycjonery sygnałów i przetworniki pomiarowe do ochrony przeciwwybuchowej
Kondycjonery sygnału i przetworniki pomiarowe do ochrony przeciwwybuchowej zapewniają, oprócz standardowych funkcji, elektryczną ochronę przeciwwybuchową dla wszystkich grup substancji oraz obszarów zgodnie z odpowiednimi normami. Produkty są konsekwentnie opracowywane i oceniane zgodnie z SIL IEC 61508 i PL DIN EN ISO 13849. Minimalizuje to zagrożenia do akceptowalnego ryzyka szczątkowego i zapewnia ochronę ludziom, maszynom i środowisku.
