Іскробезпечні електричні схеми в технологіях КВП Клас вибухозахисту «іскробезпека» (Ex i) використовується в усьому світі для технології КВП у вибухонебезпечних середовищах. Дізнайтеся більше про проєктування іскробезпечних електричних схем тут.
Що таке іскробезпечне електричне коло?
Компоненти іскробезпечної електричної схеми
Іскробезпечна електрична схема складається щонайменше з однієї одиниці іскробезпечного обладнання, пов’язаного з ним обладнання та з’єднувальних кабелів. Іскробезпечне обладнання можна підключати до неіскробезпечних електричних схем тільки через відповідне обладнання.
Відповідне обладнання має як іскробезпечні, так і неіскробезпечні електричні схеми. Розділення досягається за допомогою бар’єрів Зенера або гальванічних розв’язок. Відповідно до IEC/EN 60079-11, обладнання іскробезпеки поділяється на рівні захисту ia, ib та ic.
Принцип захисту класу вибухозахисту Ex i
Принцип захисту класу вибухозахисту «Іскробезпека» заснований на обмеженні енергії, що проникає у вибухонебезпечне середовище і зберігається в ній. Енергія можливої іскри завжди повинна бути меншою за мінімальну енергію займання навколишньої вибухонебезпечної атмосфери.
Клас вибухозахисту «іскробезпека» стосується всієї іскробезпечної електричної схеми відповідно до IEC/EN 60079-11.
Щоб енергія іскри була нижчою за енергію запалювання, напруга обмежується. Обмежувач струму запобігає тепловим ефектам, спричиненим надмірно гарячими поверхнями.
Принципова схема обмеження напруги та струму
- Обмеження напруги: стабілітрон стає провідним при перевищенні певного значення напруги і обмежує напругу.
- Обмеження струму: Резистор, підключений послідовно, обмежує максимальний струм.
Проєктування іскробезпечних електричних схем
Перевірка придатності пристрою на основі маркування
Щоб забезпечити безпеку іскробезпечної електричної схеми, оператор має виконати та впровадити заходи з оцінки придатності обладнання з урахуванням необхідного рівня захисту і наявних груп матеріалів, починаючи з перевірки іскробезпеки і закінчуючи монтажем. Оператор визначає зону, групу і температурний клас для польового пристрою на основі аналізу ризиків і перевіряє відповідність пристроїв до застосування. Це можна зробити, наприклад, шляхом маркування обладнання відповідно до таблиці.
Примітка: «EX» означає використання символу Ex
|
Іскробезпечне обладнання (польовий пристрій):
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
Оцінка маркування Ex |
Супутнє обладнання
EX II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
|
|---|---|---|---|
| a) | .... 1 .... Ga | Категорія пристрою / рівень захисту пристрою для іскробезпечного польового пристрою відповідає зазначеній зоні | |
| b) | ... 1 ... ia ... Ga | Клас вибухозахисту іскробезпечного польового пристрою має відповідність для використання в зазначеній зоні | |
| c) | ... 1 G ... IIB T6 .... | Використання іскробезпечного польового пристрою допускається в наявній газовій атмосфері | |
| d) | Маркування супутнього обладнання з дужками, без зазначення температурного класу / меж | ... (1) ... [ ... ] ... | |
| e) | ... 1 G ... Ga | Категорія пристрою / рівень захисту пристрою для відповідного обладнання відповідає польовому пристрою Ex i | ... (1) G [ ... Ga] ... |
| f) | ... Ex ia ... | Клас вибухозахисту відповідного обладнання відповідає класу вибухозахисту іскробезпечного польового пристрою | ... [Ex ia ... ] ... |
| g) | ... IIB ... | Відповідне обладнання відповідає для тієї самої або вищої групи за вартістю | ... IIC |
Підтвердження іскробезпеки
Іскробезпечна електрична схема зазвичай складається з іскробезпечного обладнання, пов’язаного з ним обладнання та з’єднувальних кабелів. Щоб забезпечити безпеку комбінації приладів, необхідно перевірити іскробезпеку електричного кола. Це робиться відповідно до IEC/EN 60079-14 та інших стандартів і правил, де це можливо.
Підтвердження іскробезпеки для іскробезпечних електричних схем з одним джерелом струму
Іскробезпечні електричні схеми зазвичай містять лише одне джерело енергії або одну одиницю обладнання. Спочатку перевіряються критерії згідно з таблицею «Перевірка придатності пристрою на основі маркування». Інструкції з експлуатації містять необхідні дані з техніки безпеки. Потім перевіряються параметри напруги, струму, потужності, ємності та індуктивності ланцюга.
Для перевірки іскробезпеки дані про ємність та індуктивність кабелів слід брати з технічних описів кабелів. Альтернативно, можна прийняти наступні найгірші орієнтовні значення відповідно до IEC/EN 60079-14:
- Ємність кабелю: 200 нФ/км
- Індуктивність кабелю: 1 мГн/км
Параметри, зазначені виробниками кабелів, зазвичай нижчі.
Умови для виконання підтвердження іскробезпеки
Якщо п'ять умов дотримано, комбінація обладнання, супутнього обладнання та кабелів є іскробезпечною.
|
Іскробезпечне обладнання (польовий пристрій)
EX II 1 G Ex ia IIB T6 Ga |
З'єднувальні кабелі |
Супутнє обладнання
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 |
Приклад підтвердження іскробезпеки: аналоговий вхід
Іскробезпечні повторювачі електроживлення
Пристрій передає аналогові сигнали 4–20 мА від пасивного вимірювального перетворювача з вибухонебезпечного середовища на контролер із гальванічною розв’язкою і забезпечує вимірювальний перетворювач живленням.
Порівняння даних, пов'язаних із безпекою Приклад аналогового входу
Припущення: Cc = 180 нФ/км, Lc = 1 мГн/км
|
Іскробезпечне обладнання (польовий пристрій)
Перетворювач тиску |
З'єднувальні кабелі
Довжина = 500 м |
Супутнє обладнання
Повторювач електроживлення MACX MCR-EX-RPSSI-I |
Умова виконана? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 30 В | ≥ Uo = 25,2 В | так | |
| 2) | Ii = 100 мА | ≥ Io = 93 мА | так | |
| 3) | Pi = 750 мВт | ≥ Po = 587 мВт | так | |
| 4) | Ci = 0 нФ | + Cc = 90 нФ | ≤ Co = IIC: 107 нФ | так |
| 5) | Li = 0 мГн | + Lc = 0,5 мГн | ≤ Lo = IIC: 3 мГн | так |
Висновок: умови підтвердження іскробезпеки виконано.
Приклад підтвердження іскробезпеки: аналоговий вихід
Іскробезпечний нормалізатор вихідного сигналу
Пристрій передає аналогові сигнали 0/4–20 мА з гальванічною розв’язкою від контролера до виконавчого елемента в вибухонебезпечному середовищі.
Порівняння даних, пов'язаних із безпекою Приклад аналогового виходу
Припущення: Cc = 180 нФ/км, Lc = 1 мГн/км
|
Іскробезпечне обладнання
Регулювальний клапан |
З'єднувальні кабелі
Довжина = 250 м |
Супутнє обладнання
Іскробезпечний нормалізатор вихідного сигналу MINI MCR-EX-IDS-I-I-PT |
Умова виконана? | |
|---|---|---|---|---|
| 1) | Ui = 28 В | ≥ Uo = 26,4 В | так | |
| 2) | Ii = 110 мА | ≥ Io = 98 мА | так | |
| 3) | Pi = 770 мВт | ≥ Lo = 647 мВт | так | |
| 4) | Ci = 5 нФ | + Cc = 45 нФ | ≤ Co = IIC: 89 нФ | так |
| 5) | Li = 0 мГн | + Li = 0,25 мГн | ≤ Lo = IIC: 2 мГн | так |
Висновок: умови підтвердження іскробезпеки виконано.
Монтаж електричних пристроїв для передачі сигналів у вибухонебезпечному середовищі
Вимоги до застосування електричного обладнання
У системах із вибухонебезпечним середовищем для електричного обладнання виникають різні вимоги до застосування. Наприклад, для технології КВП можливі такі варіанти використання:
- Датчики й виконавчі елементи розподілені в усіх вибухонебезпечних зонах
- Нормалізатори сигналу розташовані в зоні 1, зоні 2 або в безпечній зоні
- Контролер, як правило, розташований у безпечній зоні
Прилади можуть мати іскробезпеку та/або інший клас вибухозахисту.
Іскробезпечна передача сигналу в потенційно вибухонебезпечному середовищі
Датчики й виконавчі механізми в зоні 0 зазвичай встановлюються із класом вибухозахисту «іскробезпека» Ex ia і підключаються до відповідного обладнання. Дані, пов’язані з безпекою, вказані в сертифікаті затвердження типу ЄС для іскробезпечного роздільника.
Роздільники Ex i можна встановлювати за межами потенційно вибухонебезпечного середовища, тільки якщо вони не захищені іншим класом вибухозахисту, наприклад, корпусом у вибухонепроникному виконанні:
• Встановлення в зоні 1, наприклад, у вибухозахищених корпусах
• Встановлення в зоні 2, наприклад, у поєднанні з підвищеною безпекою: тут мають бути дотримані умови стандарту IEC 60079-15, наприклад, корпуси повинні мати ступінь захисту не менше ніж IP54.
Неіскробезпечна передача сигналу в потенційно вибухонебезпечному середовищі
Якщо присутні датчики або приводи з іншими класами вибухозахисту, такими як Ex d або Ex e, відповідність іскробезпеці забезпечується. Для пристроїв у зоні 2 потрібна відповідність Ex ec, яка передбачає особливі умови, такі як схвалений корпус відповідно до IEC/EN 60079-15 і IEC/EN 60079-0 із класом захисту не нижче ніж IP54. Без цієї відповідності роздільники мають бути встановлені у вибухозахищеному корпусі (Ex dc).
Датчик «ec» або виконавчий елемент можна підключити в зоні 2 до іскробезпечного або неіскробезпечного роздільника. При підключенні до іскробезпечного роздільника іскробезпека не застосовується; роздільник повинен мати відповідне маркування.
Вимоги до встановлення
На ілюстрації показано різні варіанти встановлення електроприладів у потенційно вибухонебезпечних газових середовищах. Вимоги до проєктування, вибору та монтажу містяться в стандарті IEC/EN 60079-14. Випробування, технічне обслуговування та ремонт визначені в IEC/EN 60079-17 та IEC/EN 60079-19.
Нормалізатор сигналу і вимірювальний перетворювач для вибухозахисту
На додаток до стандартних функцій, нормалізатори сигналу та вимірювальні перетворювачі для вибухозахисту забезпечують електричний вибухозахист для всіх груп речовин і зон згідно з відповідними стандартами. Продукція послідовно розробляється та оцінюється відповідно до стандартів SIL IEC 61508 та PL DIN EN ISO 13849. Завдяки йому небезпека мінімізується до прийнятного залишкового ризику й забезпечує захист людей, машин і довкілля.
