Co to jest bezpieczeństwo wewnętrzne? Definicja, ograniczenia i projekt obszaru niebezpiecznego

Technik mocuje wykrywacz nieszczelności do agregatu chłodniczego naładowanego propanem R290. Narzędzie zasilane jest baterią 9 V, znajduje się około 20 mm od złącza, które właśnie zaczęło płakać i nikt nie zagląda dwa razy do elektroniki w jego wnętrzu. Iskrobezpieczeństwo istnieje, ponieważ to drugie spojrzenie zapobiega eksplozji. Termin ten opisuje technikę zabezpieczającą, która utrzymuje energię elektryczną i cieplną wewnątrz obwodu poniżej poziomu, który może spowodować zapalenie otaczającej atmosfery palnej podczas normalnej pracy i w przypadku określonej liczby stanów awaryjnych.

Definicja brzmi skromnie, ale zmienia wszystko na dalszym etapie. Ponieważ ochrona polega na ograniczeniu energii, a nie na powstrzymaniu eksplozji, obejmuje całą pętlę, łącznie z przewodami biegnącymi z powrotem do szafy sterowniczej. Oznacza to również, że projekt można obliczyć i certyfikować, zanim cokolwiek dotrze na plac budowy.

Definicja formalna i trzy granice

Formalne sformułowanie pochodzi z normy IEC 60079-11, normy stojącej za oznaczeniem Ex i, i jest powtórzone w europejskiej dyrektywie ATEX 2014/34/UE oraz w schemacie IECEx. Urządzenie kwalifikuje się jako iskrobezpieczne, jeśli energia, jaką może uwolnić, jest ograniczona w taki sposób, że zapłon nie może nastąpić podczas normalnej pracy lub w przypadku określonych warunków awaryjnych.

Trzy wielkości są kontrolowane łącznie i każda z nich może wywołać pożar:

• Napięcie, ponieważ iskra potrzebuje wystarczającego potencjału, aby przełamać przerwę między przewodnikami.
• Prąd, ponieważ energia iskry przerwanej rośnie wraz z prądem i indukcyjnością obwodu.
• Moc i temperatura powierzchni, ponieważ gorąca powierzchnia może zapalić gaz bez iskry.

Granice nie są wybierane przez projektanta. Każde certyfikowane urządzenie polowe jest publikowane z parametrami jednostki: maksymalnym napięciem wejściowym Ui, prądem wejściowym Ii, mocą wejściową Pi oraz pojemnością i indukcyjnością wewnętrzną Ci i Li. Bariera lub izolator na drugim końcu kabla publikuje pasujące wartości wyjściowe Uo, Io i Po, podczas gdy kabel dodaje pojemność i indukcyjność na każdy metr swojej długości. Pętla jest zgodna tylko wtedy, gdy każda para jest zgodna z marginesem.

Zasady są celowo konserwatywne. Krzywe zapłonu iskrowego stosuje się ze współczynnikiem bezpieczeństwa, zwykle 1,5, więc certyfikowany limit już znajduje się poniżej energii, która spowodowała zapalenie gazu w testach laboratoryjnych. W przypadku gazów z grupy IIC, takich jak wodór i acetylen, typowy obwód utrzymuje napięcie poniżej 30 V, blisko 100 mA i ułamek wata, podczas gdy porównywalna konstrukcja dla metanu może przenosić zauważalnie więcej. T6 ogranicza temperaturę powierzchni do 85 stopni Celsjusza, a T4 do 135 stopni Celsjusza, czyli znacznie poniżej temperatury samozapłonu gazów, które pokrywają.

Co właściwie zawiera obwód iskrobezpieczny

Trzy części tworzą działającą instalację i wszystkie trzy muszą pasować do siebie na papierze, zanim którakolwiek z nich zostanie zamówiona.

Urządzenie polowe w sklasyfikowanym obszarze

Jest to przyrząd, przełącznik, cewka lub czujnik wystawiony na działanie atmosfery, a jego oznaczenie wskazuje na tolerancję uszkodzeń, jakie posiada. Ex ia pozostaje bezpieczny przy dwóch usterkach i jest dopuszczony w Strefie 0, gdzie atmosfera palna występuje stale lub przez długi czas. Ex ib obejmuje Strefę 1 z jednym błędem, a Ex ic obejmuje Strefę 2, gdzie atmosfera jest mało prawdopodobna i krótkotrwała.

Bariera lub izolator w obszarze bezpiecznym

Powiązane urządzenie ogranicza energię docierającą do pola. Bariera Zenera wykorzystuje diody bocznikowe, bezpiecznik i rezystor i wymaga dedykowanego uziemienia ochronnego mierzonego przy rezystancji poniżej 1 oma. Izolator galwaniczny działa poprzez transformatory lub sprzęgło optyczne i nie wymaga uziemienia ochronnego, dlatego często wybiera się go tam, gdzie trudno jest sprawdzić i utrzymać uziemienie.

Prosta aparatura i styki pasywne

Nie każdy komponent potrzebuje własnego certyfikatu. IEC 60079-11 dopuszcza proste urządzenie, zdefiniowane jako urządzenie, które nie generuje ani nie przechowuje więcej niż 1,2 V, 0,1 A, 20 mikrodżuli lub 25 mW. Przełączniki pasywne, termopary, skrzynki zaciskowe i proste styki przełączników ciśnienia kwalifikują się, o ile otaczająca pętla jest już ograniczona energetycznie. To tutaj regulator ciśnienia chłodniczego zyskuje swoje miejsce w konstrukcji: jego styki mają wspólną obudowę z przyłączem procesowym, które może znajdować się w niejawnym obszarze, a ponieważ styki te przenoszą tylko ograniczony prąd w pętli, obudowa nie musi być ognioszczelną obudową.

Kontroler ciśnienia chłodniczego Kontroler ciśnienia chłodniczego składa się z prostokątnej skrzynki z białą, odporną na korozję obudową z tworzywa sztucznego. Mechaniczne manometry wskaźnikowe po obu stronach... Zobacz produkt →

Kabel między nimi

Kabel jest elementem, a nie akcesorium. Iskrobezpieczne przewody są zwykle w niebieskiej osłonie i oddzielone od obwodów innych niż iskrobezpieczne o 50 mm lub uziemioną metalową przegrodą, a ich pojemność i indukcyjność na metr są uwzględniane w obliczeniach pętli.

Iskrobezpieczeństwo w porównaniu z innymi metodami ochrony

Ochrona obszarów niebezpiecznych to raczej zbiór technik niż jedna odpowiedź. W poniższej tabeli obok najczęściej ocenianych metod bezpieczeństwa iskrobezpiecznego.

Gdzie samobezpieczeństwo pojawia się w chłodnictwie i klimatyzacji

Łatwopalne czynniki chłodnicze przeniosły obiekt z fabryki chemicznej do chłodni. R290 i R600a należą do grupy A3, natomiast R32 i R454B do grupy A2L, co oznacza, że ​​przestrzeń wokół urządzenia można sklasyfikować jako miejsce, w którym wyciek jest wiarygodny. Po utworzeniu strefy należy odpowiednio zabezpieczyć części elektryczne podłączone do tego obwodu.

Elementy elektryczne wewnątrz palnej osłony czynnika chłodniczego

Cewka elektromagnetyczna, która otwiera się pod obciążeniem, wytwarza dokładnie tę iskrę indukcyjną, dla której zapisano parametry jednostki dla indukcyjności, a otwarcie przełącznika ciśnienia w przypadku usterki działa tak samo. Cewki, przełączniki i czujniki są zatem wybierane z uwzględnieniem danej strefy, a parametry cewki są sprawdzane oddzielnie od korpusu zaworu. Elektrozawór chłodniczy, taki jak seria EVR, jest znanym przykładem korpusu wybranego pod kątem ciśnienia, kompatybilności z czynnikiem chłodniczym i uszczelnienia, który nadaje się do stosowania w sklasyfikowanym obszarze tylko w połączeniu z cewką i obwodem o odpowiednich parametrach.

Zawór elektromagnetyczny EVR Zawór elektromagnetyczny EVRs are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... Zobacz produkt →

Na stronie znajduje się krótka notatka techniczna dotycząca sposobu Zawory elektromagnetyczne typu EVR w obiegach chłodniczych zachowywać się w służbie, co jest użytecznym punktem wyjścia dla tej kontroli.

Energia cieplna i praca na gorąco w pobliżu obwodu otwartego

Iskrobezpieczeństwo obejmuje zarówno energię cieplną, jak i elektryczną, a prace serwisowe to miejsce, w którym to rozróżnienie jest istotne. Lutowanie złącza w obwodzie, który właśnie został otwarty, oznacza, że ​​w przewodzie może nadal znajdować się płomień, gorąca rura i czynnik chłodniczy. Praktyczne elementy sterujące obejmują przepłukiwanie azotem, kontrolę gazu przed zapaleniem palnika oraz palnik, którego płomień można utrzymać na poziomie rzeczywiście potrzebnym dla złącza, a nie na największym dostępnym ustawieniu.

Dwururowy pistolet spawalniczy MAPP Dwururowy pistolet spawalniczy MAPP przeznaczony jest do takich zastosowań, jak konserwacja klimatyzacji i układów chłodniczych, precyzyjne spawanie rur miedzianych itp. Nadaje się do... Zobacz produkt →

O jakiej energii tak naprawdę mówimy

Energia zapłonu powszechnych substancji łatwopalnych

Rysunek 1 przedstawia energię zapłonu pięciu substancji, które pojawiają się w zakładach chłodniczych i przetwórczych. Wodór potrzebuje tylko około 0,017 mJ, czyli mniej więcej jedną szesnastą energii wymaganej przez metan. Dlatego ten sam przetwornik może przenosić odpowiedni margines prądu w instalacji gazowej, a mimo to nie przejść kontroli jednostki w przypadku poślizgu wodorowego, ponieważ grupa gazowa zmienia krzywą, według której przeprowadzane są obliczenia. Liczby wyjaśniają również, dlaczego standard podaje się w miliwatach, ponieważ dobrze naładowane ciało ludzkie może wyzwolić znacznie więcej niż 0,017 mJ. Praktyczny projekt ma zatem na celu działanie w miliwatach i to jest arytmetyka stojąca za współczynnikiem bezpieczeństwa 1,5.

Energia zmagazynowana w kablu łączącym

Rysunek 2 przekształca pojemność kabla w zmagazynowaną energię za pomocą znanej zależności półCV do kwadratu przy napięciu pętli 24 V. Kabel przyrządowy przy około 60 pF na metr osiąga w przybliżeniu 8,6 mikrodżuli na 500 m, podczas gdy kabel ogólnego przeznaczenia przy 200 pF na metr przepuszcza 28,8 mikrodżuli na tej samej odległości. Linia przerywana oznacza energię zapłonu wodoru wynoszącą 0,017 mJ, którą kabel ogólnego przeznaczenia przecina na odległości około 300 m, a kabel przyrządowy nigdy nie osiąga podanego na wykresie zakresu. Dzięki temu skrzyżowaniu typ kabla, jego długość i napięcie w pętli znajdują się na rysunku kontrolnym, a nie są pozostawione instalatorowi. Wyjaśnia również, dlaczego wymiana kabla na miejscu na odpowiednik o wyższej pojemności jest zmianą konstrukcyjną, a nie decyzją dotyczącą konserwacji.

Dwa porównania, które decydują o projekcie

Ile bariery zużywa pętla

Rysunek 3 przedstawia typowy układ, przetwornik 24 V pobierający 20 mA z bariery o napięciu znamionowym 28 V, 93 mA i 0,65 W, i pokazuje, ile z każdego limitu zużywa pętla. Napięcie jest najściślejszym ograniczeniem na poziomie około 86 procent, moc wynosi około 74 procent, a prąd jest ledwo dotykany na poziomie około 22 procent. Ta nierównowaga jest normalna, ponieważ pętle w obszarach niebezpiecznych są prawie zawsze ograniczone napięciem, podczas gdy zapas prądu wygląda na duży. Ma to znaczenie, gdy ktoś chce do tej samej bariery dodać drugie urządzenie lub wydłużyć przebieg, gdyż budżet napięciowy znika na długo przed budżetem bieżącym. Sprawdzenie wszystkich trzech par, a nie tej, która wygląda na wygodną, ​​gwarantuje certyfikat pętli.

Metody ochrony według pięciu kryteriów praktycznych

Rysunek 4 ocenia bezpieczeństwo iskrobezpieczne, ochronę ognioodporną i ochronę przed ogniem od jednego do pięciu w oparciu o kryteria, które zwykle decydują o projekcie: przydatność dla Strefy 0, tolerancja konserwacji pod napięciem, koszt instalacji, prostota okablowania i waga sprzętu. Iskrobezpieczeństwo wypełnia kształt w kierunku Strefy 0 i konserwacji pod napięciem, dlatego jest ustawieniem domyślnym w przypadku przyrządów, które muszą być kalibrowane podczas pracy instalacji. Ochrona ognioszczelna obejmuje prostotę okablowania, ponieważ obudowa spełnia swoje zadanie i nie jest konieczne obliczanie pętli, ale ma niskie wyniki w zakresie konserwacji pod napięciem i masy sprzętu. Ochrona niezapalna osiąga skrajne koszty i okablowanie, ponieważ jest przeznaczona tylko dla Strefy 2, gdzie atmosfera łatwopalna jest mało prawdopodobna i krótkotrwała. Wspólne odczytanie trzech kształtów daje praktyczną zasadę: najpierw dopasuj metodę do strefy, a następnie pozwól kosztom i utrzymaniu wybrać jedną z kwalifikujących się metod.

Weryfikacja jest tym, co odróżnia instalację zgodną od tej, która jedynie wygląda przekonująco. Zanim pętla zostanie oddana do użytku, sprawdź numer certyfikatu i oznaczenie na urządzeniu, potwierdź, że Uo jest równe lub mniejsze od Ui, że Io jest równe lub mniejsze od Ii i że Po jest równe lub mniejsze od Pi, następnie dodaj pojemność i indukcyjność kabla względem Co i Lo. Przeczytaj także warunki specjalne wydrukowane po numerze certyfikatu, ponieważ często zawierają one znak X i ograniczenie dotyczące sposobu użytkowania urządzenia. Na koniec należy potwierdzić klasę temperaturową w odniesieniu do faktycznie występującego gazu lub pary, ponieważ urządzenie z oceną T4 nie jest automatycznie akceptowane, jeśli ustawiono granicę T6.

Wybór komponentów zazwyczaj decyduje o tym, jak łatwe stanie się dane ćwiczenie. Przełącznik ciśnienia z opublikowanymi parametrami jednostki, cewka elektromagnesu dostosowana do danej strefy i kabel, którego pojemność jest podana w karcie katalogowej, sprawiają, że trudne obliczenia stają się krótką listą kontrolną. Jeśli w projekcie obwody łatwopalnego czynnika chłodniczego są łączone z obszarami sklasyfikowanymi, warto wcześniej, przed poprawieniem rysunków, sprawdzić listę komponentów pod kątem obliczeń pętli.

Jeśli określasz części do takiego systemu, porozmawiaj z naszym zespołem inżynierów o czynniku chłodniczym, strefie i napięciu sterującym przed złożeniem zamówienia.