Ce este siguranța intrinsecă? Definiție, limite și proiectarea zonelor periculoase

Un tehnician fixează un detector de scurgeri pe un răcitor încărcat cu propan R290. Instrumentul funcționează cu o baterie de 9 V, se află la aproximativ 20 mm de o articulație care tocmai a început să plângă și nimeni nu se uită de două ori la electronicele din interiorul acesteia. Siguranța intrinsecă există pentru că a doua privire este cea care previne o explozie. Termenul descrie o tehnică de protecție care menține energia electrică și termică în interiorul unui circuit sub nivelul care poate aprinde atmosfera inflamabilă din jur, în funcționare normală și într-un număr definit de condiții de defecțiune.

Definiția sună modestă, dar remodelează totul în aval. Deoarece protecția vine mai degrabă din limitarea energiei decât din limitarea unei explozii, ea acoperă întreaga buclă, inclusiv firele care merg înapoi la dulapul de comandă. De asemenea, înseamnă că designul poate fi calculat și certificat înainte ca ceva să ajungă la site.

Definiția formală și cele trei limite

Formularea formală provine din IEC 60079-11, standardul din spatele marcajului Ex i, și este repetată în Directiva Europeană ATEX 2014/34/UE și în schema IECEx. Un dispozitiv se califică drept intrinsec sigur atunci când energia pe care o poate elibera este limitată, astfel încât aprinderea nu poate avea loc în funcționare normală sau în condiții de defecțiune definite.

Trei cantități sunt controlate împreună și oricare dintre ele poate aprinde un incendiu:

• Tensiune, deoarece o scânteie are nevoie de suficient potențial pentru a sparge decalajul dintre conductori.
• Curent, deoarece energia dintr-o scânteie de întrerupere crește odată cu curentul și cu inductanța circuitului.
• Puterea și temperatura suprafeței, deoarece o suprafață fierbinte poate aprinde un gaz fără nicio scânteie.

Limitele nu sunt alese de proiectant. Fiecare dispozitiv de câmp certificat este publicat cu parametrii entității: tensiunea maximă de intrare Ui, curentul de intrare Ii, puterea de intrare Pi și capacitatea și inductanța internă Ci și Li. Bariera sau izolatorul de la celălalt capăt al cablului publică valorile de ieșire corespunzătoare Uo, Io și Po, în timp ce cablul adaugă capacitate și inductanță pentru fiecare metru din lungimea sa. O buclă este compatibilă numai atunci când fiecare pereche se aliniază cu o marjă de rezervă.

Regulile sunt în mod deliberat conservatoare. Curbele de aprindere prin scânteie sunt aplicate cu un factor de siguranță, de obicei 1,5, astfel încât limita certificată se află deja sub energia care a aprins gazul în testele de laborator. Pentru gazele din grupa IIC, cum ar fi hidrogenul și acetilena, un circuit tipic rămâne sub 30 V, aproape de 100 mA și o fracțiune de watt, în timp ce un design comparabil pentru metan poate transporta mult mai mult. T6 limitează temperatura suprafeței la 85 de grade Celsius și T4 la 135 de grade Celsius, cu mult sub temperatura de autoaprindere a gazelor pe care le acoperă.

Ce conține de fapt un circuit intrinsec sigur

Trei părți alcătuiesc o instalație funcțională și toate trei trebuie să se potrivească pe hârtie înainte de a comanda oricare dintre ele.

Dispozitivul de câmp din zona clasificată

Acesta este instrumentul, comutatorul, bobina sau senzorul expus la atmosferă, iar marcajul acestuia arată toleranța la erori pe care o poartă. Ex ia rămâne în siguranță cu două defecțiuni și este permisă în Zona 0, unde o atmosferă inflamabilă este prezentă continuu sau pentru perioade lungi. Ex ib acoperă Zona 1 cu o singură eroare, iar Ex ic acoperă Zona 2, unde o atmosferă este puțin probabilă și de scurtă durată.

Bariera sau izolatorul din zona sigură

Aparatul asociat limitează energia care ajunge în câmp. O barieră zener folosește diode shunt, o siguranță și un rezistor și are nevoie de o împământare de siguranță dedicată măsurată la sub 1 ohm. Un izolator galvanic funcționează prin transformatoare sau cuplaj optic și nu are nevoie de împământare de siguranță, motiv pentru care este adesea ales acolo unde împământarea este dificil de dovedit și întreținut.

Aparatură simplă și contacte pasive

Nu fiecare componentă are nevoie de un certificat propriu. IEC 60079-11 permite un aparat simplu, definit ca un dispozitiv care nici nu generează și nici nu stochează mai mult de 1,2 V, 0,1 A, 20 microjouli sau 25 mW. Întrerupătoarele pasive, termocuplurile, cutiile terminale și contactele simple ale comutatorului de presiune se califică atâta timp cât bucla din jur este deja limitată de energie. Aici un regulator de presiune de refrigerare își câștigă locul într-un design: contactele sale împărtășesc o carcasă cu o conexiune de proces care poate sta într-o zonă clasificată și, deoarece acele contacte transportă întotdeauna un curent de buclă limitat, carcasa nu trebuie să devină o cutie ignifugă.

Regulator de presiune pentru refrigerare Regulatorul de presiune pentru refrigerare are o cutie dreptunghiulară cu o carcasă din plastic albă, rezistentă la coroziune. Manometre mecanice cu indicator pe ambele părți ale... Vizualizare produs →

Cablul dintre ei

Cablul este o componentă, nu un accesoriu. Cablajul cu siguranță intrinsecă este în mod normal acoperit cu albastru și separat de circuitele non-IS cu 50 mm sau printr-o partiție metalică împământată, iar capacitatea și inductanța sa pe metru sunt introduse în calculul buclei.

Siguranța intrinsecă în comparație cu alte metode de protecție

Protecția zonelor periculoase este mai degrabă o familie de tehnici decât un singur răspuns. Tabelul de mai jos pune siguranța intrinsecă pe lângă metodele cu care se cântărește cel mai adesea.

Acolo unde siguranța intrinsecă apare în refrigerare și aer condiționat

Agenții frigorifici inflamabili au mutat subiectul din instalația chimică în camera de răcire. R290 și R600a se află în grupul A3, în timp ce R32 și R454B sunt în A2L, ceea ce înseamnă că spațiul din jurul unui aparat poate fi clasificat acolo unde o scurgere este credibilă. Odată ce există o zonă, părțile electrice atașate la acel circuit trebuie protejate corespunzător.

Componente electrice în interiorul unui plic de agent frigorific inflamabil

O bobină de solenoid care se deschide sub sarcină produce exact scânteia de rupere inductivă pentru care au fost scriși parametrii entității pentru inductanță, iar un presostat care se deschide la o defecțiune face același lucru. Prin urmare, bobinele, comutatoarele și senzorii sunt alese ținând cont de zonă, iar o valoare nominală a bobinei este verificată separat de corpul supapei. O supapă solenoidală de refrigerare, cum ar fi seria EVR, este un exemplu familiar de corp selectat pentru presiune, compatibilitate cu agentul frigorific și etanșare, unul care devine potrivit pentru o zonă clasificată numai atunci când este asociat cu o bobină și un circuit evaluat corect.

Electrovalva EVR Electrovalva EVRs are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... Vizualizare produs →

Site-ul păstrează o scurtă notă tehnică despre cum Electrovalve tip EVR în circuite frigorifice comportați-vă în serviciu, ceea ce este un punct de plecare util pentru acea verificare.

Energie termică și lucru cald în apropierea unui circuit deschis

Siguranța intrinsecă acoperă atât energia termică, cât și energia electrică, iar munca de service este locul în care această distincție mușcă. Lipirea unei îmbinări pe un circuit care tocmai a fost deschis înseamnă o flacără, un tub fierbinte și agent frigorific care poate fi încă prezent în linie. Comenzile practice sunt o purjare cu azot, o verificare a gazului înainte de aprinderea pistoletului și o torță a cărei flacără poate fi menținută la dimensiunea de care are nevoie de fapt îmbinarea, mai degrabă decât la cea mai mare setare disponibilă.

Pistol de sudura MAPP cu tub dublu Pistolul de sudura MAPP cu tub dublu este conceput pentru scenarii precum întreținerea sistemului de aer condiționat și refrigerare, sudarea de precizie a țevilor de cupru etc. Adoptă... Vizualizare produs →

Despre câtă energie vorbim cu adevărat

Energia de aprindere a substanțelor inflamabile comune

Figura 1 prezintă energia de aprindere a cinci substanțe care apar în instalațiile frigorifice și de procesare. Hidrogenul are nevoie de doar aproximativ 0,017 mJ, aproximativ o șaisprezece parte din energia pe care o necesită metanul. De aceea, același transmițător poate transporta o marjă de curent confortabilă într-o fabrică de gaze naturale și totuși nu poate verifica verificarea entității pe un skid de hidrogen, deoarece grupul de gaz modifică curba cu care se execută calculul. Cifrele explică, de asemenea, de ce standardul funcționează în miliwați, deoarece un corp uman bine încărcat poate elibera mult mai mult de 0,017 mJ. Prin urmare, proiectarea practică vizează funcționarea în miliwați și aceasta este aritmetica din spatele factorului de siguranță de 1,5.

Energia stocată în cablul de conectare

Figura 2 convertește capacitatea cablului în energie stocată cu relația familiară jumătate C V pătrat la o tensiune de buclă de 24 V. Cablul instrumentului la aproximativ 60 pF pe metru atinge aproximativ 8,6 microjouli pe 500 m, în timp ce cablul de uz general la 200 pF pe metru trece 28,8 microjoli pe aceeași distanță. Linia întreruptă marchează energia de aprindere de 0,017 mJ a hidrogenului, pe care cablul de uz general o traversează la aproximativ 300 m, iar cablul instrumentului nu ajunge niciodată în intervalul grafic. Această încrucișare este motivul pentru care tipul de cablu, lungimea cablului și tensiunea buclei aparțin desenului de control, în loc să fie lăsate în seama instalatorului. De asemenea, explică de ce schimbarea unui cablu la fața locului cu un echivalent de capacitate mai mare este mai degrabă o schimbare de design decât o decizie de întreținere.

Două comparații care decid un design

Cât de mult o barieră consumă o buclă

Figura 3 prezintă un aranjament comun, un transmițător de 24 V care extrage 20 mA dintr-o barieră evaluată la 28 V, 93 mA și 0,65 W și arată cât de mult din fiecare limită consumă bucla. Tensiunea este cea mai strânsă constrângere la aproximativ 86 la sută, puterea urmează la aproximativ 74 la sută, iar curentul abia este atins la aproximativ 22 la sută. Acest dezechilibru este normal, deoarece buclele din zonele periculoase sunt aproape întotdeauna limitate de tensiune, în timp ce spațiul curent pare generos. Contează când cineva dorește să adauge un al doilea dispozitiv la aceeași barieră sau să prelungească durata, deoarece bugetul de tensiune dispare cu mult înainte ca bugetul actual. Verificarea tuturor celor trei perechi, mai degrabă decât a celei care pare confortabilă, este ceea ce menține o buclă certificată.

Metode de protecție pe cinci criterii practice

Figura 4 punctează siguranța intrinsecă, protecția antideflagrantă și protecția neincendiară de la unu la cinci pe criteriile care decid de obicei un proiect: adecvarea pentru Zona 0, toleranța la întreținere în timp real, costul instalat, simplitatea cablajului și greutatea hardware-ului. Siguranța intrinsecă umple forma către Zona 0 și întreținerea în timp real, motiv pentru care este implicit pentru instrumentele care trebuie calibrate în timp ce instalația funcționează. Protecția antideflagrant se întinde spre simplitatea cablajului, deoarece carcasa face treaba și nu este nevoie de calcul al buclei, dar are un punctaj scăzut la întreținerea sub tensiune și greutatea hardware. Protecția neinflamabilă ajunge la marginea exterioară în ceea ce privește costul și cablarea, deoarece este destinată numai zonei 2, unde o atmosferă inflamabilă este puțin probabilă și de scurtă durată. Citirea celor trei forme împreună oferă regula practică: potriviți mai întâi metoda cu zona, apoi lăsați costul și întreținerea să aleagă între metodele care se califică.

Verificarea este ceea ce separă o instalație conformă de una care arată doar convingătoare. Înainte ca o buclă să intre în funcțiune, verificați numărul certificatului și marcajul de pe dispozitiv, confirmați că Uo este la sau sub Ui, că Io este la sau sub Ii și că Po este la sau sub Pi, apoi adăugați capacitatea și inductanța cablului față de Co și Lo. Citiți și condițiile speciale tipărite după numărul certificatului, deoarece acestea poartă adesea un X și o restricție privind modul în care poate fi utilizat dispozitivul. În cele din urmă, confirmați clasa de temperatură față de gazul sau vaporii efectiv prezenți, deoarece un dispozitiv evaluat pentru T4 nu este automat acceptabil acolo unde a fost setată o limită T6.

Selectarea componentelor decide de obicei cât de ușor devine exercițiul respectiv. Un presostat cu parametri de entitate publicati, o bobină de solenoid pentru zonă și un cablu a cărui capacitate este menționată pe fișa de date transformă un calcul dificil într-o scurtă listă de verificare. Atunci când un proiect amestecă circuite de refrigerant inflamabil cu zone clasificate, merită să revizuiți lista de componente în raport cu calculul buclei devreme, înainte ca desenele să fie fixate.

Dacă specificați piese pentru un sistem ca acesta, discutați cu echipa noastră de ingineri despre agent frigorific, zona si tensiunea de control inainte de plasarea comenzii.