Взрывозащита вида «Искробезопасная электрическая цепь»

Источник: Библиотека специалиста по КИПиА

Взрывозащиту этого вида обозначают буквой «i».

Вид взрывозащиты i основан на принципе ограничения предельной энергии, накапливаемой или выделяемой электрической цепью в аварийном режиме, или рассеивания мощности до уровня значительно ниже минимальной энергии или температуры воспламенения.

Допустимые уровни энергии в искробезопасной электрической цепи простираются от 20 до 180 мкДж (максимальное напряжение разомкнутой электрической цепи 36 В, значение тока короткого замыкания 120 мА, допустимая мощность 0,45 Вт).

Cуществуют три уровня взрывозащиты вида i:

Уровень ia предполагает сохранение условий безопасности даже в случае одновременных и независимых повреждений, поэтому этот уровень взрывозащиты обеспечивает наибольшую безопасность, и применим для Зоны 0, Зоны 1 и Зоны 2.

Уровень ib допускает только одно повреждение, и поэтому применим только для Зоны 1 и Зоны 2.

Уровень iс не допускает повреждений, и поэтому применим только для Зоны 2.

Искробезопасное электрооборудование – электрооборудование, в котором все электрические цепи искробезопасны.

Связанное электрооборудование – электрооборудование, которое содержит как искробезопасные, так и искроопасные цепи, при этом конструкция электрооборудования выполнена так, что искроопасные цепи не могут оказать отрицательного влияния на искробезопасные цепи.

Связанное оборудование может:

а) иметь взрывозащиту другого вида, отвечающую требованиям применения во взрывоопасной зоне;

б) не иметь взрывозащиты, например, регистрирующий прибор, расположенный вне взрывоопасной зоны, с входной искробезопасной цепью датчика, установленного во взрывоопасной зоне.

Ограничение энергии искробезопасных электрических цепей производится, в основном, искробезопасными электрическими цепями связанного электрооборудования (блоками искрозащиты на стабилитронах – БИС, другое наименование – барьеры безопасности на шунтирующих диодах Зенера), которые при нормальном или аварийном режиме работы не отделены гальванически от искробезопасных цепей.

Барьер безопасности на диодах (стабилитронах) представляет собой узел законченной конструкции, удовлетворяющий требованиям настоящего стандарта, который может изготавливаться в виде отдельного электрооборудования или части искробезопасного и связанного электрооборудования. Барьеры безопасности служат в качестве разделительных элементов между искробезопасными и искроопасными цепями и состоят из шунтирующих диодов (стабилитронов) и последовательно включенных резисторов или резисторов и предохранителей.

Все элементы барьера безопасности должны представлять собой единый неразборный блок, залитый компаундом или выполненный в неразборной оболочке, исключающей возможность ремонта или замены элементов его внутреннего монтажа.

Этот вид защиты требует отдельной точки заземления с низким значением сопротивления (изопотенциальная земля безопасности), с которой должны сопрягаться все защитные цепи.

Почти все стандарты по установке электрооборудования требуют, чтобы суммарное значение сопротивления от наиболее удаленного БИС до центральной шины аварийной защиты не превышало 1 Ом. Это позволяет ограничивать кратковременные перенапряжения в искробезопасных электрических цепях, вызванные аварийными бросками тока в контуре сопротивления заземления.

Особенность такого изопотенциального заземления — соединение с землёй должно выполняться в одной точке. Требуется надежная изоляция от земли всех прочих искробезопасных электрических цепей, чтобы препятствовать образованию опасных и неконтролируемых утечек контурных токов заземления во взрывоопасные участки. Развязывающие устройства, в дополнение к ограничивающим напряжение стабилитронам, обеспечивают надежную электрическую изоляцию между искробезопасными электрическими цепями и неискробезопасными цепями посредством традиционных трансформаторов, оптопар, реле.

Обеспечение электроизоляции между двумя контурами в развязывающих устройствах не требует введения отдельной системы заземления для системы аварийной защиты и позволяет применять изолированные или заземленные искробезопасные цепи независимо.

Искробезопасные цепи искробезопасного и связанного электрооборудования должны быть отнесены к одному из уровней ia, ib или ic.

В искробезопасных цепях по отношению к напряжению, току или их комбинации применяется коэффициент искробезопасности 1,5.

Под коэффициентом искробезопасности понимается отношение минимальных воспламеняющих параметров к соответствующим искробезопасным.

Искробезопасные и гальванически связанные с ними искроопасные цепи должны иметь гальваническое разделение от силовой, сигнальной или осветительной сетей переменного тока.

Маркировка

Объем сведений, указываемых в маркировке искробезопасного и связанного электрооборудования, должен быть не менее, чем требуется по ГОСТ Р 51330.0.

Обязательно должна быть нанесена маркировка с указанием всех относящихся к искробезопасности параметров, например Um, Li, Ci, L0, C0 и т.п.

Соединительные средства, например клеммные коробки, соединения посредством электрических разъемов искробезопасного и подключенного электрооборудования должны быть четко промаркированы и легко идентифицироваться. Если для этой цели используют цвет, то это должен быть голубой цвет.

Если части электрооборудования или различные аппараты соединены между собой с помощью разъемов, последние должны быть идентифицированы как содержащие только искробезопасные цепи. Там, где для этой цепи используют цвет, он должен быть голубым.

Дополнительно должна быть обеспечена достаточная и понятная маркировка с целью гарантии правильного соединения для всей искробезопасной цепи в целом.

Для достижения этого необходимо использовать дополнительные табличеки на соединительных средствах или около них.

Техническая документация, представляемая вместе с электрооборудованием должна содержать:

В электрических принципиальных схемах электрооборудования, а также в инструкции по монтажу и эксплуатации элементы, используемые в качестве искрозащитных, должны маркироваться в соответствии с ГОСТ 2.710. При этом после буквы F должен ставиться знак уровня искробезопасной цепи ia, ib и ic.

Если в качестве искрозащитных используют группу элементов, допускается каждый элемент не маркировать, а их все вместе обвести штриховой линией и около нее поставить один знак Fia, Fib, или Fiс.

Источник

Искробезопасная электрическая цепь

Искробезопасной называется такая электрическая цепь, само исполнение которой с вероятностью не более 0,1% не допустит возникновения электрического разряда, способного вызвать воспламенение окружающей ее взрывоопасной среды, что, как правило, подтверждается условиями испытаний. Условие взрывозащищенности «искробезопасной электрической цепи» зиждется на поддержании в такой цепи напряжения, тока и мощности на определенном искробезопасном уровне. Для искробезопасной цепи можно выделить три уровня искробезопасности: ia, ib и ic.

ib – взрывобезопасный уровень. С этим уровнем допускается лишь одно повреждение, поэтому он применим лишь ко взрывоопасным зонам класса 1 и 2.

ic – уровень повышенной надежности против взрыва. Вообще не допускает повреждений, в связи с чем применяется только во взрывоопасных зонах класса 2.

Классы взрывоопасных зон

Как и уровни искробезопасности цепей, взрывоопасные зоны также классифицируются:

Взрывоопасная зона 0. В такой зоне постоянно или на протяжении длительного времени присутствует взрывоопасная газовая смесь.

Взрывоопасная зона 1. В этой зоне даже при нормальных условиях эксплуатации оборудования всегда есть некоторая вероятность того, что взрывоопасная газовая смесь может присутствовать вокруг.

Взрывоопасная зона 2. В данной зоне при нормальных условиях эксплуатации оборудования вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси очень маловероятна. Если такое и случается, то крайне редко, и то на непродолжительный промежуток времени.

Коэффициент искробезопасности 1,5 — для одного повреждения в наиболее неблагоприятных условиях;

Коэффициент искробезопасности 1 — для двух повреждений в наиболее неблагоприятных условиях;

Например в Северной Америке коэффициент 1,5 по энергии принят для условий, когда устройство прошло экспериментальные испытания. В ходе теоретических исследований для нормального режима и для аварийного режима с одним повреждением берут коэффициент 2 по току и напряжению, а для аварийного режима с двумя повреждениями принимают коэффициент искробезопасности 1,33.

Главная причина, почему в данных условиях повышают коэффициент искробезопасности — при теоретических исследованиях обычно не располагают полной информацией о номиналах всех компонентов, например величина индуктивности может зависеть от того, как ее измеряют.

Согласно отечественному ГОСТу и евростандартам, коэффициент искробезопасности искробезопасной цепи не должен быть менее 1,5 для нормального режима работы электрооборудования, а также для аварийного режима с искусственно созданным повреждением соединений и прочих элементов на данном электрооборудовании. Применительно к напряжению и току, коэффициент искробезопасности 1,5 соответствует коэффициенту 2,25 применительно к энергии. Простое электрооборудование

Электрооборудование имеет собственную классификацию в аспекте искробезопасности. Простое оборудование включает в себя электрические устройства или совокупность электрических устройств простой конструкции с определенными значениями установленных технических параметров, соответствующих параметрам искробезопасности той электрической цепи, в которой они применяются.

К такому простому электрооборудованию относятся:

2 — устройства, могущие накапливать энергию с электрическими параметрами, которые установлены и учитываются при определении искробезопасности — конденсатор, катушка индуктивности;

3 — генерирующие энергию устройства — термопары и фотоэлементы с напряжением не более 1,5 В, током не более 0,1 А, мощностью не более 0,025 Вт. Индуктивные и емкостные факторы данных устройств учитываются как во 2 подпункте.

Необходимо понимать, что простое оборудование должно отвечать требованиям, предъявляемым актуальной научно-технической документацией к искробезопасному оборудованию. Так, согласно ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010, применяя простое оборудование в искробезопасных цепях, необходимо учитывать следующее:

1) Простое оборудование не должно быть безопасным благодаря ограничителям тока и/или напряжения.

2) В составе оборудование не должно присутствовать средств повышения напряжения или тока.

3) Предварительно простое оборудование обязательно испытывается удвоенным напряжением, минимум 500 В.

4) Все зажимы обязаны отвечать спец.требованиям.

5) Оболочки из неметаллов или легких сплавов должны быть электростатически безопасными.

6) Температурный класс оборудования должен соответствовать условиям эксплуатации.

Практически данный ряд ограничений вызывает затруднения для использования простого оборудования в искробезопасных цепях. Пункты 1 и 2 как правило соблюдаются легко. А вот пункты с 3 по 6 — уже способны вызвать трудности.

Скажем, термометр сопротивления хотя и является простым оборудованием, однако по ГОСТу 6651-2009 испытывается такое устройство лишь напряжением 250 В, и значит не может применяться в искробезопасной цепи (в соответствии с пунктом 3). Для применения такого устройства необходимо особое исполнение датчика с надлежащей прочностью его изоляции.

По пунктам 4 и 5 простое оборудование проверить непросто, ибо необходимая информация часто недоступна, и правильно провести проверку не представляется возможным.

Искробезопасным называется такое электрооборудование, которое имеет искробезопасные внутренние и внешние электрические цепи. Внешнее оборудование, такое как выходные элементы, соленоидальные клапаны, преобразователи ток-давление, будучи применено во взрывоопасной зоне должно иметь сертификат на электробезопасность. Сертификация базируется на максимуме уровня энергии и значении температуры самовоспламенения.

Электрооборудование, устанавливаемое во взрывоопасных условиях, должно иметь соответствующую маркировку, содержащую обозначение уровня искробезопасности цепи.

К связанному электрооборудованию относятся цепи устройств и электрооборудование, которое при нормальном или аварийном режимах работы не оказывается отделено гальванически от искробезопасной цепи.

Пассивные и изолированные барьеры постоянного тока, а также контрольно-измерительное оборудование, применяемое для измерения и сопряжения сигналов принимаемых из опасных зон, выступают главной частью оборудования данного типа, и поэтому должны иметь сертификаты на максимальное значение энергии, которое может быть передано во взрывоопасную зону.

Само электрооборудование размещается во взрывобезопасной зоне, а если необходимо разместить его во взрывоопасной зоне, то оборудование оснащается соответствующей взрывозащитой.

Европейские предприятия на связанном электрооборудовании, размещаемом во взрывобезопасной зоне, ставят маркировку [Ex ia] IIC. А связанное электрооборудование, которое размещается во взрывоопасной зоне, и имеет при этом взрывонепроницаемую оболочку, маркируется Ex «d» [ia] IIC T4. Маркировка в квадратных скобках отражает тот факт, что данное электрооборудование является связанным.

Взравозащищенное электрооборудование с взрывозащитой вида «искробезопасная электрическая цепь», размещаемое во возрывоопасной зоне, обязано иметь сертификат касательно величины температуры самовоспламенения.

Особенности искробезопасного монтажа

Монтаж электроустановок с искробезопасными электрическими цепями выполняется так, чтобы внешние электрические и магнитные поля не оказывали вредного влияния на их искробезопасность. Источниками внешних электрических и магнитных полей могут оказаться проходящие рядом ЛЭП или провода с большим током. Полезно использование экранов, изгиб жил, либо физическое отодвигание источника электрического или магнитного поля от установки.

В соответствии с ПУЭ п 7.3.117, кабели искробезопасных электрических цепей, устанавливаемые хоть во взрывоопасной зоне, хоть вне ее, обязаны отвечать надлежащим требованиям.

Кабель искробезопасной цепи отделяется от всех кабелей согласно ГОСТ 22782.5-78. Недопустимо использовать в искробезопасной и искроопасной цепи одного и того же кабеля. Высокочастотные кабели искробезопасных цепей не должны иметь петель. Кроме того, провода искробезопасных цепей обязательно защищаются от наводок, могущих нарушить их искробезопасность.

Если в одном канале или пучке имеются одновременно кабели искроопасных и искробезопасных цепей, то их рекомендовано разделять слоем промежуточной изоляции либо заземленной проводящей перегородкой. Не разделять такие кабели можно лишь при условии, что искробезопасные или искроопасные цепи имеют собственные индивидуальные экраны или металлические оболочки.

При прокладке искробезопасных кабельных трасс во взрывоопасных зонах, необходимо соблюдать и прочие требования ПУЭ гл. 7.3.

Выбирая кабель для взрывоопасной зоны, учитывают следующие требования ПУЭ:

проводники должны быть изолированы;

используются только провода с медными жилами;

допускается резиновая или ПВХ-изоляция;

полиэтиленовая изоляция запрещена; во взрывоопасных зонах класса BI и Bia алюминиевая оболочка исключается.

Если прокладка внешняя, то оболочка кабеля не должна быть изготовлена из материала, поддерживающего горение (битум, джут, хб). Каждая жила, если она не используется, должна иметь изоляцию от других жил и от земли, что достигается применением заделок.

Если же другие цепи многожильного кабеля заземлены через связанное оборудование, жила соединяется со специальной точкой заземления, предназначенной для заземления любых искробезопасных цепей того же кабеля. Но жила должна быть изолирована также концевой заделкой от земли и от других жил на противоположном ее конце. Изоляция концов проводов искробезопасных цепей выполняется синим цветом, это регламентировано в ПУЭ.

Источник

Искробезопасная электрическая цепь

Для ограничения энергии искры W нужно ограничить ток, напряжение и продолжительность искрения, поскольку

(7.1)

Уровня безопасности электрической цепи ia, ib, ic (в соответствии со стандартом):

Технически повышение уровня искробезопасности достигается резервированием или применением неповреждаемых элементов.

Классы устройств применяемые на взрывоопасных объектах:

· устройства полностью искробезопасные;

· устройства, относящиеся к связанному оборудованию, которые содержат как искробезопасные, так и искроопасные цепи, не могущие влиять на искробезопасные;

· обычные устройства, применяемые совместно с барьерами искробезопасности.

Связанное оборудование обеспечивает передачу информации между взрывоопасной и безопасной зонами. Например, если преобразователь интерфейсов RS-232 и RS-485 содержит искроопасные цепи интерфейса RS-232 и искробезопасные цепи интерфейса RS-485, между которыми существует неповреждаемое разделение, то он относится к связанному оборудованию. Типичным примером связанного оборудования являются барьеры искробезопасности. В маркировке связанного оборудования присутствуют квадратные скобки, например [Exia]IIC. В маркировке искробезопасного оборудования их нет, например ExiaIICT6. Подробнее о маркировке – далее(п.7.5).

Рис.7.1. Пример расположения модулей в-в серии NL-Ex во взрывоопасной зоне

Искробезопасные устройства могут быть расположены как внутри взрывоопасной зоны, так и вне ее (рис.7.1). Связанное оборудование может располагаться только вне взрывоопасной зоны, но его искробезопасные цепи могут идти внутрь взрывоопасной зоны (на рис.7.1 цепи интерфейса RS-485 и питания 12В, 0.9А).

В контроллерах с искробезопасными цепями приняты меры, чтобы любые неисправности в устройстве не могли вызвать искру или нагрев поверхности до опасной температуры. Однако в результате монтажа СА появляются дополнительные емкости и индуктивности кабелей, а также входные емкости и индуктивности других устройств, которые, суммируясь, могут превысить допустимые значения. Поэтому на корпусе искробезопасного оборудования указывают не только его собственные параметры, но и допустимые параметры подключаемых цепей:

U_m – макс. напряжение на искроопасных зажимах связанного электрооборудования, которое еще не приводит к нарушению искробезопасности;

U_i – макс. входное напряжение на клеммах искробезопасных цепей, которое еще не приводит к нарушению искробезопасности;

U₀ – макс. выходное напряжение, которое может появиться на зажимах искробезопасных цепей в случае приложения к нему максимальных значений U_m и U_i;

I_i – макс. входной ток, который может протекать в соединительных цепях между искробезопасными устройствами без нарушения искробезопасности;

I₀ – макс. выходной ток, который может протекать в соединительных цепях между искробезопасными устройствами в случае приложения максимальных напряжений U_m и U_i;

P_i – макс. входная мощность искробезопасной цепи, которая может рассеиваться в электрооборудовании без нарушения его искробезопасности;

Р₀ – макс. электрическая мощность на выходе искробезопасной цепи устройства;

С₀ – макс. значение емкости, которое может быть подключено к клеммам устройства без нарушения его искробезопасности;

L₀ – макс. значение индуктивности, которое может быть подключено к клеммам устройства без нарушения его искробезопасности;

L₀/R₀ – макс. отношение индуктивности к сопротивлению внешней электрической цепи, которое не нарушает его искробезопасность;

L_i/R_i – макс. отношение внутренней индуктивности к внутреннему сопротивлению, которое может иметь место на его клеммах.

Приведенные условные обозначения являются стандартными и должны быть указаны на всех видах искробезопасного оборудования.

В случае переменного напряжения в приведенных определениях везде понимается его амплитудное значение, за исключением U_m, которое является действующим.

Блоки искрозащиты

Для обеспечения искробезопасности можно использовать специальные контроллеры или модули в-в с искробезопасными цепями. Однако эта задача может быть решена с помощью любых контроллеров общепромышленного исполнения, если использовать блоки искрозащиты (барьеры безопасности). Этот способ гораздо дороже первого, но удобен тем, что барьеры безопасности являются универсальным средством защиты и позволяют сделать выбор нужного контроллера из огромного разнообразия контроллеров, не имеющих искробезопасных цепей.

Барьеры безопасности могут быть пассивными и активными. Пассивные строятся на диодах, стабилитронах, резисторах и предохранителях, помещаются в неразборный корпус и заливаются компаундом для исключения возможности их ремонта. Активные являются повторителями сигнала, состоящими из искробезопасной и искроопасной частей, разделеннных оптронами и трансформаторами.

Рис.7.2. Структурные схемы блоков искрозащиты

Конструкция барьеров безопасности должна исключать возможность неправильного монтажа (например, с асимметричной формой крепления барьера или цветовой маркировки).

Структурные схемы барьеров представлены на рис.7.2. Стабилитрон V₁ ограничивает напряжение между своими выводами, поэтому ток и напряжение, которые могут появиться на зажимах искробезопасной цепи, строго ограничены и не зависят от напряжения на искроопасных клеммах. Барьеры рассчитываются в предположении, что на искроопасных клеммах может появиться сетевое напряжение 220В. Для того чтобы повысить надежность барьера, стабилитроны троируют или дублируют в зависимости от требуемого уровня искробезопасности. Ток через стабилитрон ограничивается резистором R_i. и дополнительно ограничивается предохранителем F₁.

На переменном токе применяют схему барьеров со встречно включенными стабилитронами (рис.7.2,б). Для передачи дифференциального сигнала используют цепь, показанную на (рис.7.2,в). Поскольку блок искрозащиты относится к связанному оборудованию, он устанавливается вне взрывоопасной зоны (рис.7.3).

Рис.7.3. Пример применения устройств без маркировки взрывозащиты совместно с барьерами искрозащиты

Барьеры для термопреобразователей сопротивления отличаются от барьеров для термопар, дискретных сигналов или аналоговых сигналов. Барьеры, входящие в состав измерительного канала, относятся к СИ и характеризуются погрешностью передачи сигнала. В пассивных барьерах источником погрешности являются утечки стабилитрона и ненулевое сопротивление резисторов, которое составляет делитель напряжения с входным сопротивлением нагрузки.

Для работы с термопарами барьеры включают в разрыв компенсационных термопарных проводов (рис.7.3) или используют выносной датчик температуры холодного спая.

Параметры искробезопасных цепей барьеров безопасности указывают с помощью описанных выше понятий и условных обозначения (п.7.1).

Источник