Что такое барьер искрозащиты и как он работает

Барьером искрозащиты или барьером искробезопасности называется электронное защитное устройство (часто имеющее модульную конструкцию), устанавливаемое последовательно в цепь между искроопасной и искробезопасной зонами предприятия, проще говоря — между зоной взрывоопасной и взрывобезопасной.

В целом у данных блоков можно выделить ряд достоинств: они универсальны, недороги, просты в установке, имеют малые габариты и простую модульную конструкцию, удобную для плотного монтажа на DIN-рейку.

Из относительных недостатков: необходимость надежного заземления цепи, ограниченное максимальное рабочее напряжение, защищаемое оборудование обязано быть само качественно изолировано от земли.

Тем не менее, невзирая на кажущуюся прихотливость, барьер искрозащиты представляет собой отличное средство, позволяющее недорого, негромоздко, при этом надежно, защитить оборудование от искр электрической природы. Далее станет ясно, почему.

Взглянув на схему барьера искрозащиты, легко видеть, что устройство это довольно простое. Оно содержит в качестве главных элементов шунтирующие стабилитроны (или один стабилитрон), к которым последовательно присоединен с одной стороны балластный резистор, а с другой — обычный плавкий предохранитель. Это так называемый шунт-стабилитронный искрозащитный барьер.

Работает блок следующим образом. В обычном режиме работы оборудования стабилитроны закрыты, ток через них не течет, ибо напряжение на них еще не превысило напряжения пробоя.

Но в момент наступления аварийной ситуации в цепи, напряжение на стабилитронах тут же начинает превышать определенный предел — стабилитроны резко переходят в состояние проводимости (режим стабилизации) — начинают активно пропускать через себя ток, шунтируя цепь, предотвращая появление искры.

Барьеры искрозащиты, производимые в соответствии с ГОСТом Р 51330.10-99, широко применяются сегодня на предприятиях химической, нефтяной и газовой промышленностей, где крайне важно отсутствие искр любой природы.

Барьеры искрозащиты на шунтирующих стабилитронах были изобретены в конце 1950-х годов как раз с целью применения в контроллерах управления технологическими процессами для химической промышленности.

Мощные резисторы и стабилитроны, применяемые в современных блоках искрозащиты, позволяют уже сегодня снизить сопротивление барьеров на 24 вольта до менее чем 290 Ом, и тенденция направлена дальше в сторону уменьшения проходного сопротивления и увеличения мощности стабилитронов. Ограничение накладывается лишь приемлемыми габаритами и ценой изделий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Искробезопасный искрозащитный барьер Зенера GEORGIN BZG

Диод Зенера — это сопутствующее оборудование, устанавливаемое в безопасной зоне. Это устройство ограничивает количество энергии, образующееся в электрической цепи, проходящей через потенциально опасную зону, несмотря на то, что подключение осуществляется до диода. Барьерное устройство состоит из:

Как любое потенциально безопасное оборудование, барьерное устройство с диодами Зенера допускает возможность короткого замыкания между кабелями или между кабелем и металлическими заземленными предметами, не создавая потенциально опасных ситуаций.

Режим обеспечения интерфейса для барьерных устройств на основе диодов Зенера отличается от режима обеспечения интерфейса для других устройств, поскольку в данном случае отсутствует гальваническая развязка.

Таким образом, кабели, проходящие через потенциально опасную зону, должны использовать общее оборудование с кабелями безопасной зоны. Выполнение данного требования предполагает наличие эквипотенциального заземления.

Искробезопасные барьеры Georgin BZG имеют три основные функции:

Измеряемым значением функции передачи сигнального тока является ток. Барьерное устройство является частью контура, подключенного к источнику тока. Защитные диоды барьерного устройства не должны обладать проводимостью. Барьерное устройство создает дополнительное сопротивление, которое не должно приводить к превышению допустимого сопротивления контура.

Характеристики*

Принцип работы искрозащитного барьера Зенера

Искрозащитный барьер Зенера предназначен для ограничения энергии, которая может возникнуть в опасной зоне, независимо от типа соединения, установленного ранее.

Барьер имеет катушки сопротивления для ограничения силы тока, диоды Зенера для ограничения напряжения и предохранитель для защиты данных компонентов.

Интерфейс искрозащитного барьера Зенера отличается от других способов, т.к. в данном случае отсутствует гальваническая изоляция: кабели, проходящие в опасной и безопасной зоне, имеют одинаковые свойства.

Это предполагает малое сопротивление и одинаковый потенциал наземного монтажа барьера.

Интерфейс продукции ATEX:

Пример применения:

Согласно директиве ЕС 1999-92, соответствие безопасности системы должно быть подтверждено соответствующим расчетом цикла.

Источник

Основы искробезопасности цепей

Возникновение искры или нагрев какого-либо элемента на взрывоопасных объектах может привести к необратимым последствиям. Для безопасности производства, хранения и транспортировки нефтепродуктов или горючих газов необходимо устанавливать дополнительное оборудование, обеспечивающее взрывозащиту. Для искробезопасности электрических цепей применяются барьеры искрозащиты ОВЕН Искра.

Во взрывоопасных зонах необходимо создавать условия, неспособные вызвать воспламенение горюче-смазочных материалов, т.е. помимо применения оборудования в искробезопасном исполнении должны применяться искробезопасные цепи.

Искробезопасная электрическая цепь i – вид взрывозащиты, основанный на ограничении энергии искры, которая может возникнуть внутри оборудования или проводки, находящихся во взрывоопасной зоне, например, на объектах с горючими газами. Требования к искробезопасному (ex ia) оборудованию и обеспечению искробезопасности прописаны в ГОСТ 31610.11 (IEC 60079-11:2011).

Смесь газа (5 – 15 %) с воздухом может взорваться только в случае возникновения искры, способной «поджечь» эту взрывоопасную смесь. Если энергии искры будет недостаточно, то взрыва не произойдет. Для удержания энергии искры на уровне, недостаточном для воспламенения взрывоопасной смеси, необходимо ограничивать электрические параметры (напряжение, ток, емкость и индуктивность) в цепи «датчик – прибор».
У датчиков в искробезопасном исполнении и у барьеров есть собственные пороговые значения напряжения (Ui, Uo), тока (Ii, Io), индуктивности (Li, Lo), емкости (Ci, Co) (рис.1), которые должны находиться между собой в определенных соотношениях. Кроме этого, следует учитывать, что соединительный кабель также имеет емкость и индуктивность (Lc, Cc).

Датчики давления или температуры устанавливаются во взрывоопасной зоне, а вторичный прибор – измеритель, терморегулятор, контроллер и т.п. – должен располагаться во взрывобезопасной зоне. Электрические параметры датчиков ограничивает производитель, то есть датчик в исполнении ex ia не может служить причиной мощной искры. Но для искробезопасной цепи этого недостаточно – нужно, чтобы искра не имела возможности проникнуть во взрывоопасную зону извне, от вторичного прибора. Это условие обеспечивает барьер искрозащиты ОВЕН ИСКРА.03. Барьер устанавливается во взрывобезопасной зоне и не позволяет превысить пороговые значения электрической цепи. Маркировка барьера ИСКРА.03 показана на рис. 2.

Из табл. 1 видно, что напряжение и ток искробезопасного датчика должны быть выше соответствующих параметров искробарьера. Только при таких условиях барьер обеспечивает взрывобезопасность датчика. При этом суммарные значения емкости и индуктивности соединения «датчик – кабель» не должны превышать максимальных выходных параметров искробарьера. Это необходимо для того, чтобы накопленная в реактивных компонентах (катушки индуктивности, конденсаторы и т.п.) энергия в случае короткого замыкания не вызвала искру, способную поджечь газовоздушную смесь.
Искробарьеры делятся на два класса: активные и пассивные.

Пассивный тип барьеров искрозащиты

Пассивные или шунт-диодные искробарьеры включают так называемые диоды Зенера D (стабилитроны), резисторы R и плавкие предохранители F (рис. 3). При возникновении опасной ситуации (например, скачка напряжения на входе барьера) стабилитроны D открываются и сбрасывают излишки напряжения на землю. Предохранитель F защищает барьер от повреждения, резистор R ограничивает ток в цепи. Совместная работа этих элементов гарантирует невозможность превышения тока и напряжения в цепи выше Io и Uo. В конструкцию барьера могут быть заложены 1, 2 или 3 стабилитрона, их количество влияет на уровень искробезопасности.

Пассивные искробарьеры могут быть трех уровней искробезопасности:

Преимущества пассивных искробарьеров:

Особенности пассивных искробарьеров:

ОВЕН ИСКРА.03 относится к пассивным искробарьерам с классом взрывозащиты «ia».

Активный тип барьеров искрозащиты

Принципиальное отличие активных барьеров от пассивных заключается в том, что активный барьер имеет в своем составе активные полупроводниковые элементы, которые обеспечивают питание датчика с ограниченными параметрами по току и напряжению, позволяют выдавать/принимать сигналы и преобразовывать их в унифицированные (4…20 мА) и т.д.
Современные активные барьеры имеют гальваническую развязку между цепью датчика и цепью связанного оборудования, находящегося во взрывобезопасной зоне. Гальваническая развязка означает, что датчик, находящийся во взрывоопасной зоне, и контроллер, находящийся в безопасной зоне, не имеют непосредственного электрического контакта. Цепи с гальванической развязкой являются самыми безопасными и помехозащищенными.
Активные барьеры включают в себя пассивный барьер со средствами развязки (транзисторные оптопары или трансформаторы), преобразователи сигнала и т.д. (рис. 4).

Преимущества активных барьеров:

Слабые места активных барьеров:

В ассортименте ОВЕН есть активный искробарьер – НПТ-1К.Ех.

© Автоматизация и Производство, 2021. Все права защищены. Любое использование материалов допускается только с согласия редакции. За достоверность сведений, представленных в журнале, ответственность несут авторы статей.

Издание зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Свидетельство о регистрации средств массовой информации ПИ № ФС77-68720.

Источник

Барьер Зенера

В данном разделе показана типовая схема барьера Зенера для использования его в искробезопасных цепях сигнализаторов E2S.

Схемы, представленные в данной главе, предназначены только для наглядности. Монтаж и незначительные элементы могут быть опущены для ясности.
Пожалуйста, перед использованием продукции E2S обратитесь к соответствующему сертификату.

Как и вся продукция E2S, звуковые сигнализаторы и маяки имеют одинаковые параметры в различных схемах (в том числе и в искробезопасных цепях). Данные примеры показывают, как можно заменить IS-мини на IS-A105N и IS-L101L или их комбинацию. Для получения более подробной информации, обращайтесь в компанию E2S.

Так размещают все искробезопасные сигнализаторы E2S

Для упрощения чертежей ограничительный диод по напряжению не показан.

Сигнализатор переключается на 2й звуковой сигнал с помощью контакта на 0В. Безопасность обеспечивает диодный барьер.

По аналогии с первой схемой, при добавлении тех же элементов (трехкаскадный барьер) получим 3й звуковой сигнал сигнализатора.

Звуковой сигнализатор и маяк-MC1 или комбинация IS-105N и IS-L101 может запускаться от однокаскадного барьера на стабилитронах. Аналогичным образом IS-mA1 плюс IS-mb1 могут быть запущены с однокаскадного барьера на стабилитронах.

Для независимого управления по двойному каналу используем двойной барьер Зенера

С возможностью переключения на 2й звуковой сигнал. Схема может быть расширена с помощью 2го питания и диодного барьера на стабилитронах для переключения на 3-й звуковой сигнал (не показано).

Объединенный сигнализатор IS-A105N / IS-L101L имеет возможность отключения звука при помощи реле отключения звукового сигнала.

Многие схемы используют ослабляющие сигналы, такие как открытый коллектор и объединенные выходы эммитера. В таком случае общая подача энергии будет осуществляться через диодный барьер.

Простой пример на выключение:

Добавление еще одного диода дает второй звуковой сигнал

Источник

ООО «СиБ Контролс»

Вид взрывозащиты искробезопасная цепь

ГОСТ Р 51330.10-99 (МЭК 60079-11-99) «Электрооборудование взрывозащищенное, Часть 11, Искробезопасная цепь I».

Искробезопасная цепь является единственной концепцией взрывозащиты, приборы с которой можно использовать в Зоне 0. Являясь самой безопасной формой защиты (категория «ia»), данная концепция предлагает более высокий уровень обеспечения безопасности, чем другие концепции защиты.

Обеспечение искробезопасности достигается путем поддержания электрической энергии проходящей или сохраняющейся в защищенном приборе на уровне недостаточном для воспламенения окружающей взрывоопасной атмосферы, даже при условиях неисправности прибора.

Энергия, которую необходимо учитывать при разработке системы защиты искробезопасная цепь, является минимальной энергией воспламенения смеси газа/воздуха и испарений/воздуха. Таковой является наименьший уровень электрической энергии остающейся при разрядке конденсатора, и которой может по-прежнему быть достаточно для воспламенения самой взрывоопасной смеси газа или испарений и воздуха при атмосферном давлении и температуре 20°С. Кривые, указывающие на пределы воспламенения для различных подгрупп газа определяются с помощью экспериментального прибора для определения энергии искры.

Также, при рассмотрении энергии, сохраняющейся в цепи необходимо учитывать такие факторы как, например, ёмкость или индуктивность. В случае короткого замыкания, данная энергия может освободиться дополнительно к энергии из взаимодействующего прибора.

Искробезопасные цепи используются в следующих случаях:

Искробезопасное оборудование относится к группе оборудования II, категориям 1G (ia) EPL Ga или 2G (ib) EPL Gb или 3G (ic) EPL Gc.

Исходя из данного метода, с помощью которого обеспечивается искробезопасность, необходимо учитывать, что не только тот электрический прибор, который находится во взрывоопасной атмосфере подвергается её воздействию, но так же и другой электрический прибор с которым он взаимосвязан, сконструирован соответствующим образом и подходит для данного вида защиты.

В зависимости от конструкции и цели использования, если питание поступает от соответствующего прибора, установленного в безопасной зоне (взаимодействующий прибор) он не образует воспламеняющей дуги, искр или горячих поверхностей, как при нормальных режимах работы, так и при аварийных режимах в цепях и компонентах этих цепей, а также в соединяющих эти цепи кабелях.

Простой прибор.

Это компоненты электрооборудования в простом исполнении, которые совместимы с искробезопасной цепью. Например:

Взаимодействующий прибор.

Взаимодействующий прибор не предназначен для установки в опасных зонах, но определяет мощность источника и энергию (напряжение, ток) на входе к искрозащищённым приборам. Данные приборы предназначены для того, чтобы даже при появлении неисправности, безопасные уровни энергии (напряжение, ток) не были превышены.

Маркировка взаимодействующего прибора согласно МЭК.

Если взаимодействующий прибор подходит для установки в опасной зоне и устройство понижения энергии находится внутри самого прибора или устройства, который(-ое) установлен(-но) в опасноей зоне, то символы типа защиты по искробезопасности должны быть указаны в квадратных скобках, например: Ex d[ia] IIС T4 Gb.

Пример:

Если Группа газов взаимодействующего прибора отличается от Группы газов самого прибора, то Группа газа взаимодействующего прибора должна также быть включена в квадратные скобки, например: Ex d [ia IIС Ga] IIB T4 Gb.

Если прибор подходит для установки в опасной зоне и устройство понижения энергии находится за пределами опасной зоны, то символы типа защиты не заключают в квадратные скобки, например: Ex d ia IIС Т4 Gb.

Пример:

Если взаимодействующий прибор не подходит для установки в опасной зоне, то символ Ех и символ типа защиты заключают в квадратные скобки, например: [Ex ia Ga] IIС.

Пример:

Если оборудование состоит как из взаимодействующего прибора, так и из искробезопасного прибора и не требует организации пользователем соединения с барьером в безопасной зоне, то маркировка взаимодействующего прибора не должна фигурировать на приборе, если только уровень защиты оборудования (EPL) не имеет разную маркировку, например:

Ex d ib IIС Т4 Gb не применительно для следующего случая: Ex d ib[ib Gb] IIС T4 Gb. Применительно для следующего случая: Ex d ia[ia Ga] IIС Т4 Gb.

Примечание: При использовании взаимодействующего прибора не предназначенного для установки в опасной зоне температурный класс, как правило, не указывается.

Категория искробезопасности «ia».

Данная категория является высшей категорией искробезопасности, при примененнии которой разрешено использование искробезопасных электрических цепей прибора в Зоне 0.

Прибор и системы данной категории не должны вызвать воспламенение взрывоопасной атмосферы посредством электрической дуги, искр и горячих поверхностей при нормальном режиме работы даже при одновременном возникновении двух неисправностей.

Необходимо учитывать следующие факторы безопасности:

Фактор безопасности применяется к напряжению, току (или их комбинации в зависимости от ситуации), которые могут в данных условиях вызвать электрическую дугу или искру.

На практике, применение коэффициента безопасности 1.5 к рабочему напряжению означает, что компоненты и соединительные элементы цепи должны работать при использовании не более двух третьих (2/3) от своего соответствующего максимально номинально напряжения, тока и мощности.

В целом, все другие компоненты (такие как резисторы, полупроводники, стабилитроны, конденсаторы) так же подходят для применения к ним номинального фактора безопасности, не смотря на то, что применение такого фактора приводит к снижению уровня безопасности.

Практическим методом получения повышенного уровня безопасности является использование резервных элементов.

Категория искробезопасности «ib».

Искробезопасные цепи в электрических приборах категории «ib» не должны вызывать воспламенение при нормальных условиях эксплуатации при возникновении одной неисправности.

Необходимо учитывать следующие факторы безопасности:

Категория искробезопасности «ic».

Это минимальная категория искробезопасности, допускающая использование искробезопасных цепей в Зоне 2.

Прибор и системы с данной категорией не должны вызывать воспламенение взрывоопасной атмосферы при искрообразовании, дуге или горячих поверхностях, но только при нормальном режиме работы.

Клеммные колодки «Ex i».

Клемные колодки для искрозащищённых цепей считаются простым прибором и, поэтому, для них не требуется сертификация «Ex i». Некоторые клеммные колодки имеют цветовое решение «Ех е», следовательно они имеют сертификацию «Ех е». Согласно с промышленным стандартом клеммы для искробезопасных цепей маркируются голубым цветом.

Требования к кабельным вводам для оборудования «Ex i».

Разрешается использовать несертифицированные кабельные вводы для «Ex i» оборудования. Если оборудование имеет вид защиты «Ex d [i]», то в данном случае для оболочки вида «Ex d» требуются кабельные вводы с видом защиты «Ex d» или «Ex d/e».

Использование искробезопасных систем.

Искробезопасные системы состоят из одного или более устройств сопряжения (барьер Зенера или изоляция), из одной или более единиц полевого оборудования, и взаимосвязанной проводки, где любые цепи, которые искробезопасны и предназначены для использования в потенциально взрывоопасной атмосфере. Для цветовой индикации искробезопасного оборудования преимущественно используется голубой цвет.

Существует два типа устройств сопряжения, а именно барьер Зенера и гальваническая изоляция.

Барьер Зенера.

Данный тип устройства сопряжения широко используется уже долгое время.

Пример устройства барьера:

Плавкий предохранитель ограничивает мощность короткого замыкания, диоды Зенера ограничивают напряжение, а сопротивление ограничивает ток. Барьеры обычно характеризуются следующими параметрами безопасности, например 28 V, 116 mА, 240 Ом, где Uo = 28 V и сопротивление ограничивающее ток 240 Ом.

Диоды Зенера, используемые для ограничения напряжения, также как и другие полупроводниковые компоненты считаются подверженными короткому замыканию и должны быть защищены посредством резервных элементов.

В случае выхода из строя одного диода Зенера, второй диод Зенера должен принять на себя функции первого для обеспечения безопасности при одной неисправности (категория «ib»: один резервный диод Зенера).

В случае выхода из строя двух диодов Зенера, третий стабилитрон должен принять на себя функции двух неисправных для обеспечения безопасности при двух неисправностях (Категория «ia»: два резервных стабилитрона).

Необходимо отметить, что на вышеуказанном рисунке три стабилитрона использованы для создания барьера, обеспечивающего безопасность двойного короткого замыкания (категория «ia»).

Проволочные резисторы для ограничения тока считаются безотказными. Поэтому использование одного такого компонента считается достаточным для надёжной защиты.

Гальваническая развязка.

На следующем рисунке представлена конструкция элемента гальванической развязки:

Часть гальванической изоляции для ограничения действительной мощности содержит все элементы барьера Зенера. Подача питания осуществляется через трансформатор, обратный сигнал может проходить через оптопару, трансформатор или реле. Электрическая цепь, находящаяся в опасном участке, эффективно изолирована от цепи безопасного участка.

Сравнение двух типов интерфейса: Барьера Зенера и гальванической развязки.

Ведутся различные дискуссии о преимуществах и недостатках обоих типов устройств сопряжения. В следующей сравнительной таблице приведены соответствующие характеристики барьера и изолятора. Значимость критериев зависит от типа установки.

Единственное правило, которое применяется в некоторых странах (например, в Германии), что барьеры для обеспечения безопасности не применимы для защиты искробезопасных цепей в Зоне 0. Для Зоны 0 в основном требуется использование устройств гальванической изоляции.

Заземление искробезопасного электрооборудования.

Плохая система заземления может воздействовать на функциональность системы, создавая характерный шум в цепи или искажая сигнал.

На следующем рисунке изображена неправильная система заземления. Несколько точек заземления образуют контуры заземления, которые могут воздействовать на изменение сигналов и вызывать паразитное напряжение в искробезопасных цепях.

Правильный метод заземления указан на следующем рисунке, где все точки заземления связаны с одной точкой в системе.

Техническое обслуживание искробезопасного электрооборудования.

Некоторые работы могут проводиться на оборудовании под напряжением. К таким работам на искрозащищённом оборудовании под напряжением относятся калибровка и настройка приборов, также электрические измерения в цепи с помощью тестера, если только измерительные приборы имеют сертификацию по искрозащите и зона, в которой проводятся работы не содержит газа, а также для неё применяется наряд-допуск на огневые работы.

Не требуется применения специальных правил для искробезопасных систем. Раз в год барьеры должны проверяться на наличие ослабленных соединений и на заземляющем проводнике должно быть сопротивление менее 1-го Ома, а также сами барьеры должны быть сухими и чистыми.

Должна проводиться проверка шкафов и кабелей на предмет соблюдения безопасных расстояний между цепями. Никогда не проверяйте барьер омметром или другим контрольным прибором, пока прибор подсоединён к цепи. В данном случае нарушается защита барьера и Ваши действия могут вызвать опасное напряжение на стороне искробезопасного прибора во взрывоопасной зоне.

Барьер никогда нельзя тестировать при помощи любого тестера и прибора, когда он подсоединён к цепи.

Выявление неисправностей искробезопасного электрооборудования.

Если искробезопасная цепь не функционирует должным образом после завершения монтажа всей системы и подачи питания, следуйте инструкциям приведённым ниже:

Замена барьера.

Если предохранитель в барьере сгорел, то это, обычно, является результатом высокого напряжения, которое образовалось на безопасной стороне. При высоком напряжении стабилитрон начинает пропускать ток, который в дальнейшем обычно приводит к выходу из строя предохранителя. После приложения такого напряжения к барьеру, он должен быть заменён.

Процедура отсоединения проводки от барьера должна осуществляться в определенном порядке: сначала отсоединяется соединение безопасной зоны, затем соединение опасной зоны и заземление в последнюю очередь. Заизолируйте оголённые провода, замените барьер и затем установите барьер в обратной последовательности.

Всегда устанавливайте заземление в первую очередь и отсоединяйте его в последнюю очередь.

Источник