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:
- ic – самый низкий уровень взрывозащиты классифицируется как «повышенная надежность против взрыва», применяется для Зоны 2;
- ib – высокий уровень защиты, классифицируется как «взрывобезопасный», применим для Зоны 1 и Зоны 2;
- ia - очень высокий уровень защиты, классифицируется как «особо взрывобезопасный», применяется для Зоны 0, Зоны 1 и Зоны 2.
Преимущества пассивных искробарьеров:
- бюджетность;
- надежность;
- не требуют питания.
Особенности пассивных искробарьеров:
- требуется заземление искробарьера (это ограничивает их применение с датчиками, установленными во взрывоопасной зоне – Зоне «0»);
- вносят дополнительную погрешность в показания датчиков;
- узкий диапазон питающих напряжений;
- сгорает предохранитель при бросках напряжения питания.
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:
- гальваническая развязка (высокая безопасность и помехозащищенность);
- не требуется заземление;
- преобразование сигнала от сенсора в унифицированный (0...10 В или 4…20 мА);
- не вносят погрешность в показания датчиков;
- широкий диапазон питающих напряжений;
- сохраняют работоспособность при бросках напряжения питания.
Слабые места активных барьеров:
- высокая цена (по сравнению с пассивными барьерами);
- обязательное наличие внешнего источника питания (обычно =24 В).
В ассортименте ОВЕН есть активный искробарьер – НПТ-1К.Ех.