Что такое искробезопасность? Определение, ограничения и проектирование опасных зон

Техник закрепляет детектор утечек на охладителе, заправленном пропаном R290. Инструмент работает от батареи напряжением 9 В, находится примерно в 20 мм от сустава, который только что начал плакать, и никто не смотрит дважды на электронику внутри него. Искробезопасность существует, потому что именно этот второй взгляд предотвращает взрыв. Этот термин описывает метод защиты, который удерживает электрическую и тепловую энергию внутри цепи ниже уровня, который может воспламенить окружающую легковоспламеняющуюся атмосферу, при нормальной работе и при определенном количестве отказов.

Определение звучит скромно, но оно меняет все, что происходит дальше. Поскольку защита обеспечивается за счет ограничения энергии, а не за счет сдерживания взрыва, она охватывает весь контур, включая провода, идущие обратно к шкафу управления. Это также означает, что проект может быть рассчитан и сертифицирован еще до того, как что-либо попадет на объект.

Формальное определение и три предела

Формальная формулировка взята из IEC 60079-11, стандарта, лежащего в основе маркировки Ex i, и повторяется в европейской директиве ATEX 2014/34/EU и в схеме IECEx. Устройство считается искробезопасным, если выделяемая им энергия ограничена таким образом, что воспламенение не может произойти при нормальной работе или при определенных условиях неисправности.

Три величины контролируются одновременно, и любая из них может вызвать пожар:

• Напряжение, потому что искре нужен достаточный потенциал, чтобы разрушить зазор между проводниками.
• Ток, потому что энергия разрывной искры возрастает с увеличением тока и индуктивности цепи.
• Мощность и температура поверхности, поскольку горячая поверхность может воспламенить газ вообще без искры.

Ограничения не выбираются дизайнером. Каждое сертифицированное полевое устройство публикуется с указанием основных параметров: максимальное входное напряжение Ui, входной ток Ii, входная мощность Pi, а также внутренняя емкость и индуктивность Ci и Li. Барьер или изолятор на другом конце кабеля выдает соответствующие выходные значения Uo, Io и Po, в то время как кабель добавляет емкость и индуктивность на каждый метр своей длины. Петля является совместимой только тогда, когда каждая пара выстраивается с запасом.

Правила намеренно консервативны. Кривые искрового зажигания применяются с коэффициентом безопасности, обычно равным 1,5, поэтому сертифицированный предел уже находится ниже энергии, которая воспламенила газ при лабораторных испытаниях. Для газов группы IIC, таких как водород и ацетилен, типичная схема остается ниже 30 В, около 100 мА и долей ватта, в то время как аналогичная конструкция для метана может выдерживать заметно больше. T6 ограничивает температуру поверхности на уровне 85 градусов Цельсия, а T4 — на уровне 135 градусов Цельсия, что значительно ниже температуры самовоспламенения газов, которые они покрывают.

Что на самом деле содержит искробезопасная схема

Три части составляют рабочую установку, и все три должны быть согласованы на бумаге, прежде чем какая-либо из них будет заказана.

Полевое устройство в секретной зоне

Это прибор, переключатель, катушка или датчик, подвергающийся воздействию атмосферы, и его маркировка указывает на его отказоустойчивость. Ex ia остается безопасным при двух неисправностях и разрешен в зоне 0, где легковоспламеняющаяся атмосфера присутствует постоянно или в течение длительного времени. Ex ib охватывает зону 1 с одним разломом, а Ex ic охватывает зону 2, где атмосфера маловероятна и недолговечна.

Барьер или изолятор в безопасной зоне

Соответствующее устройство ограничивает энергию, достигающую поля. В стабилитроне используются шунтирующие диоды, предохранитель и резистор, а также требуется специальное защитное заземление с сопротивлением менее 1 Ом. Гальванический изолятор работает через трансформаторы или оптическую связь и не требует защитного заземления, поэтому его часто выбирают там, где заземление трудно обеспечить и поддерживать.

Простое устройство и пассивные контакты

Не каждый компонент нуждается в собственном сертификате. IEC 60079-11 допускает простое устройство, определяемое как устройство, которое не генерирует и не сохраняет напряжение более 1,2 В, 0,1 А, 20 микроджоулей или 25 мВт. Пассивные переключатели, термопары, клеммные коробки и простые контакты манометрического переключателя соответствуют требованиям, если окружающий контур уже ограничен по энергии. Именно здесь контроллер давления холодильного оборудования занимает свое место в конструкции: его контакты имеют общий корпус с технологическим соединением, которое может находиться в секретной зоне, и поскольку эти контакты всегда пропускают только ограниченный контурный ток, корпус не должен становиться взрывозащищенным коробом.

Регулятор давления холодильного оборудования Регулятор давления холодильного оборудования представляет собой прямоугольную коробку с корпусом из белого, устойчивого к коррозии пластика. Механические стрелочные манометры с обеих сторон... Посмотреть продукт →

Кабель между ними

Кабель — это компонент, а не аксессуар. Искробезопасная проводка обычно имеет синюю оболочку и отделена от неискробезопасных цепей на 50 мм или заземленной металлической перегородкой, а ее емкость и индуктивность на метр учитываются при расчете контура.

Искробезопасность по сравнению с другими методами защиты

Защита опасных зон – это совокупность методов, а не один ответ. В таблице ниже искробезопасность приведена рядом с методами, с которыми ее чаще всего сравнивают.

Где проявляется искробезопасность в холодильном оборудовании и кондиционировании воздуха

Легковоспламеняющиеся хладагенты перенесли субъекта с химического завода в холодильную камеру. R290 и R600a относятся к группе A3, а R32 и R454B — к группе A2L, что означает, что пространство вокруг устройства можно отнести к категории, где утечка вероятна. Если зона существует, электрические части, подключенные к этой цепи, должны быть защищены соответствующим образом.

Электрические компоненты внутри оболочки с воспламеняющимся хладагентом

Соленоидная катушка, которая размыкается под нагрузкой, создает именно ту искру индуктивного разрыва, для которой были записаны параметры объекта для индуктивности, и размыкание реле давления при неисправности делает то же самое. Поэтому катушки, переключатели и датчики выбираются с учетом конкретной зоны, а номинал катушки проверяется отдельно от корпуса клапана. Электромагнитный клапан холодильного оборудования, такой как серия EVR, представляет собой знакомый пример корпуса, выбранного по давлению, совместимости с хладагентом и уплотнению, который становится пригодным для использования в классифицированной зоне только в сочетании с катушкой и контуром с правильными номиналами.

Электромагнитный клапан ЭВР Электромагнитный клапан ЭВРs are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... Посмотреть продукт →

На сайте есть краткая техническая заметка о том, как Электромагнитные клапаны типа EVR в холодильных контурах вести себя в сервисе, что является полезной отправной точкой для этой проверки.

Тепловая энергия и огневые работы вблизи открытого контура

Искробезопасность распространяется как на тепловую энергию, так и на электрическую энергию, и это различие особенно важно при проведении сервисных работ. Пайка соединения в только что открытом контуре означает наличие пламени, горячей трубки и хладагента, которые все еще могут присутствовать в линии. Практические средства контроля — это продувка азотом, проверка газа перед зажиганием горелки и горелка, пламя которой можно поддерживать на том размере, который действительно необходим для соединения, а не на максимально возможной настройке.

Двухтрубный сварочный пистолет MAPP Двухтрубная сварочная горелка MAPP предназначена для таких задач, как обслуживание систем кондиционирования и охлаждения, прецизионная сварка медных труб и т. д. Она принимает... Посмотреть продукт →

О каком количестве энергии мы на самом деле говорим?

Энергия воспламенения обычных легковоспламеняющихся веществ

На рисунке 1 показана энергия воспламенения пяти веществ, которые встречаются в холодильных и технологических установках. Водороду требуется всего около 0,017 мДж, что составляет примерно одну шестнадцатую энергии, которую требует метан. Вот почему один и тот же датчик может иметь приемлемый запас по току на заводе по производству природного газа и при этом не пройти проверку объекта на водородной установке, поскольку газовая группа меняет кривую, против которой проводятся расчеты. Цифры также объясняют, почему стандарт работает в милливаттах, поскольку хорошо заряженное человеческое тело может выделять гораздо больше, чем 0,017 мДж. Таким образом, практический дизайн нацелен на работу в милливаттах, и это арифметика, лежащая в основе коэффициента безопасности 1,5.

Запасенная энергия в соединительном кабеле

На рис. 2 емкость кабеля преобразуется в запасенную энергию с помощью знакомого соотношения квадрата половины CV при напряжении контура 24 В. Инструментальный кабель с сопротивлением около 60 пФ на метр достигает примерно 8,6 микроджоулей на расстоянии 500 м, тогда как кабель общего назначения с сопротивлением 200 пФ на метр пропускает 28,8 микроджоулей на то же расстояние. Пунктирная линия обозначает энергию воспламенения водорода 0,017 мДж, которую кабель общего назначения пересекает на расстоянии около 300 м, а инструментальный кабель никогда не достигает указанного диапазона. Благодаря этому пересечению тип кабеля, длина кабеля и напряжение контура указаны на контрольном чертеже, а не оставлены на усмотрение установщика. Это также объясняет, почему замена кабеля на эквивалент с более высокой емкостью на месте является изменением конструкции, а не решением по техническому обслуживанию.

Два сравнения, которые определяют дизайн

Сколько барьерного рейтинга потребляет петля

На рисунке 3 показана обычная схема: передатчик на 24 В, потребляющий 20 мА от барьера, рассчитанного на 28 В, 93 мА и 0,65 Вт, и показано, сколько каждого предела потребляет контур. Напряжение является самым жестким ограничением на уровне около 86 процентов, мощность следует примерно на уровне 74 процентов, а ток почти не затрагивается на уровне около 22 процентов. Этот дисбаланс является нормальным, поскольку контуры опасной зоны почти всегда ограничены по напряжению, в то время как запас по току выглядит большим. Это имеет значение, когда кто-то хочет добавить второе устройство к тому же барьеру или продлить пробег, поскольку бюджет напряжения исчезает задолго до того, как текущий бюджет. Проверка всех трех пар, а не той, которая выглядит удобной, обеспечивает сертификацию петли.

Методы защиты по пяти практическим критериям

На рисунке 4 искробезопасность, взрывозащищенность и невоспламеняемость оцениваются от одного до пяти по критериям, которые обычно определяют проект: пригодность для зоны 0, устойчивость к постоянному обслуживанию, стоимость установки, простота проводки и вес оборудования. Искробезопасность соответствует зоне 0 и оперативному обслуживанию, поэтому она используется по умолчанию для приборов, которые необходимо калибровать во время работы установки. Взрывозащищенная защита обеспечивает простоту подключения, поскольку корпус выполняет всю работу и расчет контура не требуется, но он имеет низкие показатели по оперативному обслуживанию и весу оборудования. Невоспламеняющая защита достигает внешнего предела по стоимости и проводке, поскольку она предназначена только для Зоны 2, где воспламеняющаяся атмосфера маловероятна и недолговечна. Совместное прочтение трех фигур дает практическое правило: сначала сопоставьте метод с зоной, а затем позвольте затратам и обслуживанию выбирать между подходящими методами.

Проверка — это то, что отличает установку, соответствующую требованиям, от той, которая просто выглядит убедительно. Прежде чем шлейф будет введен в эксплуатацию, проверьте номер сертификата и маркировку на устройстве, убедитесь, что Uo находится на уровне Ui или ниже, что Io находится на уровне Ii или ниже, а Po находится на уровне Pi или ниже, затем добавьте емкость и индуктивность кабеля к Co и Lo. Прочтите также специальные условия, напечатанные после номера сертификата, поскольку они часто содержат знак X и ограничение на использование устройства. Наконец, подтвердите температурный класс относительно фактически присутствующего газа или пара, поскольку устройство, рассчитанное на Т4, не является автоматически приемлемым, если установлен предел Т6.

Выбор компонентов обычно определяет, насколько простым станет это упражнение. Реле давления с опубликованными параметрами, электромагнитная катушка, рассчитанная на данную зону, и кабель, емкость которого указана в техническом паспорте, превращают сложный расчет в краткий контрольный список. Если в проекте контуры с воспламеняющимся хладагентом объединены с классифицированными зонами, стоит заранее просмотреть список компонентов для расчета контура, прежде чем чертежи будут исправлены.

Если вы указываете детали для такой системы, поговорите с нашей командой инженеров информацию о хладагенте, зоне и управляющем напряжении перед размещением заказа.