Egensäkra kretsar inom mät-, styr- och reglerteknik Skyddsklassen (antändning) egensäkerhet (Ex i) är globalt etablerad för mät-, styr och reglerteknik i explosionsfarliga utrymmen. Läs mer om konfigurationen av egensäkra kretsar här.
Vad är en egensäker krets?
Komponenter i en krets med egensäkerhet
En egensäker krets består av minst en egensäker utrustning, en tillhörande utrustning och anslutningskablar. Egensäker utrustning får endast anslutas till icke egensäkra kretsar via tillhörande utrustning.
En tillhörande utrustning har både egensäkra och icke egensäkra kretsar. Separationen sker med hjälp av Zenerbarriärer eller galvaniska isolatorer. Enligt IEC/EN 60079-11 kategoriseras utrustning med egensäkerhet i skyddsnivåerna ia, ib och ic.
Skyddsprincip för skyddsklass Ex i
Skyddsprincipen för skyddsklassen (antändning) Ex i baseras på begränsningen av energin som leds till det explosionsfarliga utrymmet och som lagras där. Energin hos en eventuell gnista måste alltid vara mindre än den minsta antändningsenergin i den omgivande explosiva atmosfären.
Skyddsklassen Ex i avser hela den egensäkra kretsen enligt IEC/EN 60079-11.
Spänningen är begränsad för att hålla gnistenergin under antändningsenergin. Strömbegränsningen förhindrar termiska effekter som orsakas av för varma ytor.
Principschema för spännings- och strömbegränsning
- Spänningsbegränsning: Zenerdioden blir ledande över ett definierat spänningsvärde och begränsar spänningen.
- Strömbegränsning: Ett seriekopplat motstånd begränsar den maximala strömmen.
Konstruktion av egensäkra kretsar
Kontroll av enhetens lämplighet baserat på märkningen
För att säkerställa att den egensäkra kretsen är säker ska operatören ska utföra åtgärderna, från verifiering av egensäkerhet till installation. Operatören ska bedöma utrustningens lämplighet med avseende på den nödvändiga skyddsnivån och de materialgrupper som finns. Operatören fastställer zon, grupp och temperaturklass för fältenheten baserat på riskanalysen och kontrollerar att apparaterna fått godkännande för applikationen. Detta kan t.ex. göras genom att märka utrustningen enligt tabellen.
Obs: ”EX” står här för användning av Ex-symbolen
|
Egensäker utrusning (fältenhet):
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Bedömning av Ex-märkningen |
Tillhörande produkter
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
|
|---|---|---|---|
| a) | .... 1 .... Ga | Apparatkategori / apparatskyddsnivå för Ex i-fältenheten motsvarar den angivna zonen | |
| b) | ... 1 ... ...ia... Ga | Skyddsklass för Ex i-fältenheten är godkänd i den angivna zonen | |
| c) | ... 1 G ... IIB T6 .... | Användning av Ex i-fältenheten är godkänd i befintlig gasatmosfär | |
| d) | Märkning av tillhörande utrustning med krampor, utan angivande av temperaturklass/gränser | ... (1) ... [ ... ] ... | |
| e) | ... 1 G ... Ga | Enhetskategori / apparatskyddsnivå för den tillhörande utrustningen motsvarar Ex i-fältenhet | ... (1) G [ ... Ga] ... |
| f) | ... Ex ia ... | Skyddsklassen för den tillhörande utrustningen överensstämmer med den för Ex i-fältenheten | ... [Ex ia ... ] ... |
| g) | ... IIB ... | Tillhörande utrustning godkänns för samma grupp eller för en grupp med högre värde | ... IIC |
Intyg egensäkerhet
Den egensäkra kretsen består normalt av den egensäkra utrustningen, den tillhörande utrustningen och anslutningsledningarna. För att garantera säkerheten för apparatkombinationen måste kretsens egensäkerhet verifieras. Detta görs enligt IEC/EN 60079-14 och andra standarder och föreskrifter där så är tillämpligt.
Bevis på egensäkerhet för egensäkra kretsar med en strömkälla
Egensäkra kretsar innehåller normalt bara en energikälla eller en utrustning. Först kontrolleras kriterierna enligt tabellen ”Kontroll av enhetens lämplighet baserat på märkningen”. Bruksanvisningarna innehåller nödvändiga säkerhetsrelaterade uppgifter. Sedan kontrolleras parametrarna för kretsens spänning, ström, effekt, kapacitans och induktans.
För att intyga egensäkerheten ska kabelns kapacitanser och induktanser hämtas från kabelns datablad. Alternativt kan följande värsta-falls-riktvärden antas enligt IEC/EN 60079-14:
- Kabelkapacitanser: 200 nF/km
- Kabelinduktanser: 1 mH/km
De parametrar som anges av kabeltillverkarna är normalt lägre.
Villkor för att uppfylla intyget för egensäkerhet
Om de fem villkoren är uppfyllda är kombinationen av utrustning, tillhörande utrustning och kablar egensäker.
|
Egensäker utrustning (fältenhet)
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Anslutande kablar |
Tillhörande produkter
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 |
Exempel på egensäkerhetsintyg: Analog IN
Ex i-repeterare
Enheten överför analoga 4 ... 20 mA-signaler från en passiv mätomvandlare från det explosionsfarliga området till en styrenhet galvaniskt isolerat och ger mätomvandlaren energiförsörjning.
Jämförelse av säkerhetstekniska data Exempel Analog IN
Antagande: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Egensäker utrustning (fältenhet)
Trycktransmitter |
Anslutande kablar
Längd = 500 m |
Tillhörande produkter
Ex i-repeterare MACX MCR-EX-RPSSI-I |
Är villkoret uppfyllt? | |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Slutsats: Villkoren för intyget för egensäkerhet är uppfyllda.
Exempel på egensäkerhetsintyg: Analog OUT
Ex i-utgångsisolationsförstärkare
Enheten överför galvaniskt isolerat analoga 0/4 ... 20 mA-signaler från en styrenhet till ett ställdon i det explosionsfarliga området.
Jämförelse av säkerhetstekniska data Exempel Analog OUT
Antagande: Cc = 180 nF/km, Lc = 1 mH/km
|
Egensäker utrustning
Styrventil |
Anslutande kablar
Längd = 250 m |
Tillhörande produkter
Ex i-utgångsisoleringsförstärkare MINI MCR-EX-IDS-I-I-PT |
Är villkoret uppfyllt? | |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Slutsats: Villkoren för intyget för egensäkerhet är uppfyllda.
Installation av elektriska apparater för signalöverföring i det explosionsfarliga området
Tillämpningskrav för elektrisk utrustning
I anläggningar med explosionsfarliga områden finns det olika användningskrav för elektrisk utrustning. Exempelvis kan följande tillämpningar uppstå för MSR-teknik:
- Sensorer och ställdon är fördelade i alla Ex-zoner
- Isolationsförstärkare är placerade i zon 1, zon 2 eller i det säkra utrymmet
- Styrenheten är normalt placerad i det säkra utrymmet
Instrumenten kan vara i skyddsklass egensäkerhet och/eller i annan skyddsklass (antändning).
Egensäker signalöverföring i explosionsfarligt område
Sensorer och ställdon i zon 0 är normalt installerade i skyddsklass (antändning) egensäkerhet Ex ia och anslutna till tillhörande utrustning. De säkerhetsrelaterade uppgifterna anges i EG-typintyget för Ex i-isolatorn.
Ex i-isolatorer får endast installeras utanför det explosionsfarliga området om de inte skyddas av en annan skyddsklass (antändning), t.ex. en flamskyddad kapsling:
• Installation i zon 1, t.ex. i trycksäkra kapslade hus
• Installation i zon 2, t.ex. i kombination med ökad säkerhet: Här måste villkoren i IEC 60079-15 uppfyllas, t.ex. måste husen ha minst skyddsklass IP54.
Egensäker signalöverföring i explosionsfarligt utrymme
Om det finns sensorer eller ställdon med andra skyddsklasser (antändning), t.ex. Ex d eller Ex e, är det tillåtet att använda isolatorer som inte är egensäkra. För enheter i zon 2 krävs godkännande enligt Ex ec, vilket innebär särskilda villkor, t.ex. en godkänd kapsling enligt IEC/EN 60079-15 och IEC/EN 60079-0 med minst skyddsklass IP54. Utan detta godkännande måste frånskiljarna installeras i en trycksäker kapsling (Ex dc).
En ”ec”-sensor eller ett ”ec”-ställdon kan anslutas till en egensäker eller icke egensäker isolator i zon 2. Vid anslutning till en Ex i-isolator gäller inte egensäkerhet; isolatorn måste märkas i enlighet med detta.
Installationskrav
Bilden visar olika installationsalternativ för elapparater i gasexplosiva områden. Krav på projektering, urval och installation finns i IEC/EN 60079-14. Provning, underhåll och reparation definieras i IEC/EN 60079-17 och IEC/EN 60079-19.
Isolationsförstärkare och mätomvandlare för explosionsskydd
Utöver standardfunktionerna säkerställer isolationsförstärkare och mätomvandlare för explosionsskydd det elektriska explosionsskyddet för alla materialgrupper och områden enligt gällande standarder. Produkterna är genomgående utvecklade och utvärderade enligt SIL IEC 61508 och PL DIN EN ISO 13849. Detta minimerar farorna till en acceptabel restrisk och säkerställer skyddet av människor, maskiner och miljö.
