Co je vnitřní bezpečnost? Definice, limity a návrh nebezpečného prostoru

Technik připevní detektor úniku na chladič naplněný propanem R290. Nářadí běží na 9V baterii, sedí asi 20 mm od kloubu, který právě začal plakat, a na elektroniku uvnitř se nikdo dvakrát nepodívá. Vlastní bezpečnost existuje, protože tento druhý pohled je to, co zabraňuje explozi. Termín popisuje ochrannou techniku, která udržuje elektrickou a tepelnou energii uvnitř obvodu pod úrovní, která může zapálit okolní hořlavou atmosféru, za normálního provozu a za definovaného počtu poruchových stavů.

Definice zní skromně, ale přetváří vše po proudu. Protože ochrana pochází spíše z omezení energie než z omezení výbuchu, pokrývá celou smyčku, včetně vodičů, které vedou zpět do rozvaděče. Znamená to také, že návrh lze vypočítat a certifikovat dříve, než se cokoliv dostane na místo.

Formální definice a tři limity

Formální znění pochází z IEC 60079-11, normy za označením Ex i, a je zopakováno v evropské směrnici ATEX 2014/34/EU a ve schématu IECEx. Zařízení se kvalifikuje jako jiskrově bezpečné, když je energie, kterou může uvolnit, omezena tak, že zapálení nemůže nastat při normálním provozu nebo za definovaných poruchových podmínek.

Tři veličiny jsou ovládány společně a kterákoli z nich může zapálit:

• Napětí, protože jiskra potřebuje dostatečný potenciál, aby prolomila mezeru mezi vodiči.
• Proud, protože energie v přerušené jiskře stoupá s proudem a s indukčností obvodu.
• Výkon a povrchová teplota, protože horký povrch může zapálit plyn zcela bez jiskry.

The limits are not chosen by the designer. Každé certifikované polní zařízení je publikováno s parametry entity: maximální vstupní napětí Ui, vstupní proud Ii, vstupní výkon Pi a vnitřní kapacita a indukčnost Ci a Li. Bariéra nebo izolátor na druhém konci kabelu zveřejňuje odpovídající výstupní hodnoty Uo, Io a Po, zatímco kabel přidává kapacitu a indukčnost na každý metr své délky. Smyčka je kompatibilní pouze tehdy, když se každý pár zarovná s rezervou.

Pravidla jsou záměrně konzervativní. Křivky jiskrového zážehu jsou aplikovány s bezpečnostním faktorem, běžně 1,5, takže certifikovaný limit již leží pod energií, která zažehla plyn při laboratorním testování. Pro plyny skupiny IIC, jako je vodík a acetylen, zůstává typický obvod pod 30 V, blízko 100 mA a zlomek wattu, zatímco srovnatelná konstrukce pro metan může unést znatelně více. T6 pokrývá povrchovou teplotu na 85 stupních Celsia a T4 na 135 stupních Celsia, což je výrazně pod teplotou samovznícení plynů, které pokrývají.

Co vlastně obsahuje jiskrově bezpečný obvod

Tři části tvoří funkční instalaci a všechny tři se musí na papíře shodovat, než se některá z nich objedná.

Polní zařízení v klasifikované oblasti

Jedná se o přístroj, spínač, cívku nebo snímač vystavený atmosféře a jeho označení ukazuje odolnost proti poruchám, které nese. Ex ia zůstává bezpečný se dvěma poruchami a je povolen v zóně 0, kde je hořlavá atmosféra přítomna nepřetržitě nebo po dlouhou dobu. Ex ib pokrývá zónu 1 s jednou chybou a Ex ic pokrývá zónu 2, kde je atmosféra nepravděpodobná a má krátkou životnost.

Bariéra nebo izolátor v bezpečné oblasti

Přidružené zařízení omezuje energii, která dosáhne pole. Zenerova bariéra používá bočníkové diody, pojistku a rezistor a potřebuje vyhrazenou bezpečnostní zem měřenou pod 1 ohm. Galvanický oddělovač pracuje přes transformátory nebo optickou vazbu a nepotřebuje žádné ochranné uzemnění, proto je často volen tam, kde je obtížné uzemnění prokázat a udržovat.

Jednoduchá aparatura a pasivní kontakty

Ne každá součást potřebuje vlastní certifikát. IEC 60079-11 umožňuje jednoduché zařízení definované jako zařízení, které negeneruje ani neuchovává více než 1,2 V, 0,1 A, 20 mikrojoulů nebo 25 mW. Pasivní spínače, termočlánky, svorkovnice a jednoduché kontakty tlakových spínačů jsou způsobilé, pokud je okolní smyčka již energeticky omezena. Zde si regulátor tlaku chlazení získává své místo v designu: jeho kontakty sdílejí pouzdro s procesním připojením, které může být umístěno v klasifikované oblasti, a protože tyto kontakty vždy vedou pouze omezený proud smyčky, kryt se nemusí stát nevýbušnou krabicí.

Regulátor tlaku chlazení Regulátor tlaku chlazení má obdélníkovou skříň s bílým plastovým pouzdrem odolným proti korozi. Mechanické ručkové tlakoměry na obou stranách... Zobrazit produkt →

Kabel mezi nimi

Kabel je součást, nikoli příslušenství. Jiskrově bezpečná kabeláž je normálně modře opláštěná a oddělená od obvodů bez IS o 50 mm nebo uzemněnou kovovou přepážkou a její kapacita a indukčnost na metr se zadávají do výpočtu smyčky.

Vnitřní bezpečnost ve srovnání s jinými metodami ochrany

Ochrana nebezpečných oblastí je spíše skupinou technik než jedinou odpovědí. Níže uvedená tabulka uvádí jiskrovou bezpečnost vedle metod, se kterými se nejčastěji posuzuje.

Tam, kde se jiskrová bezpečnost projevuje v chlazení a klimatizaci

Hořlavá chladiva přesunula předmět z chemického závodu do chladicí místnosti. R290 a R600a jsou ve skupině A3, zatímco R32 a R454B jsou ve skupině A2L, což znamená, že prostor kolem spotřebiče lze klasifikovat tam, kde je únik věrohodný. Jakmile zóna existuje, elektrické části připojené k tomuto obvodu musí být odpovídajícím způsobem chráněny.

Elektrické součásti uvnitř obalu s hořlavým chladivem

Solenoidová cívka, která se otevírá při zatížení, vytváří přesně tu indukční jiskru, pro kterou byly napsány parametry entity pro indukčnost, a rozpojení tlakového spínače při poruše dělá totéž. Cívky, spínače a senzory jsou proto vybírány s ohledem na zónu a hodnocení cívky je kontrolováno odděleně od těla ventilu. Solenoidový ventil chlazení, jako je řada EVR, je známým příkladem tělesa vybraného pro tlak, kompatibilitu chladiva a těsnění, které je vhodné pro klasifikovanou oblast pouze tehdy, když je spárováno se správně dimenzovanou cívkou a okruhem.

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

Stránka obsahuje krátkou technickou poznámku o tom, jak Solenoidové ventily typu EVR v chladicích okruzích chovat se v provozu, což je užitečný výchozí bod pro tuto kontrolu.

Thermal energy and hot work near an open circuit

Jiskrová bezpečnost zahrnuje tepelnou energii i elektrickou energii a právě servisní práce jsou tím rozdílem, kde tento rozdíl kousne. Pájení spoje na okruhu, který byl právě otevřen, znamená plamen, horkou trubici a chladivo, které může být stále přítomno v potrubí. Praktické ovládací prvky jsou proplachování dusíkem, kontrola plynu před zapálením hořáku a hořák, jehož plamen lze držet na velikosti, kterou kloub skutečně potřebuje, spíše než na největším dostupném nastavení.

Double tube MAPP welding gun Dvoutrubková svařovací pistole MAPP je navržena pro scénáře, jako je údržba klimatizačních a chladicích systémů, přesné svařování měděných trubek atd. Zobrazit produkt →

How Much Energy Are We Really Talking About

Energie vznícení běžných hořlavých látek

Obrázek 1 znázorňuje zápalnou energii pěti látek, které se objevují v chladicích a zpracovatelských zařízeních. Vodík potřebuje jen asi 0,017 mJ, což je zhruba jedna šestnáctina energie, kterou potřebuje metan. To je důvod, proč stejný vysílač může nést pohodlnou proudovou rezervu v zařízení na zemní plyn a přesto neprojde kontrolou entity na vodíkovém smyku, protože skupina plynu mění křivku, proti které výpočet běží. Čísla také vysvětlují, proč standard funguje v miliwattech, protože dobře nabité lidské tělo může uvolnit mnohem více než 0,017 mJ. Praktický design se proto zaměřuje na miliwattový provoz, a to je aritmetika za bezpečnostním faktorem 1,5.

Stored energy in the connecting cable

Obrázek 2 převádí kapacitní odpor kabelu na uloženou energii se známým poměrem poloviny C V na druhou při napětí smyčky 24 V. Kabel přístroje při asi 60 pF na metr dosahuje zhruba 8,6 mikrojoulů na 500 m, zatímco kabel pro všeobecné použití při 200 pF na metr projde stejnou vzdáleností 28,8 mikrojoulů. Přerušovaná čára označuje zápalnou energii vodíku 0,017 mJ, kterou kabel pro všeobecné použití protíná ve vzdálenosti přibližně 300 m a kabel přístroje nikdy nedosáhne uvedeného rozsahu. Toto křížení je důvodem, proč typ kabelu, délka kabelu a napětí smyčky patří do kontrolního výkresu, místo aby byly ponechány na instalatérovi. Vysvětluje také, proč je výměna kabelu na místě za ekvivalent vyšší kapacity spíše konstrukční změnou než rozhodnutím o údržbě.

Two Comparisons That Decide a Design

How much of a barrier rating a loop consumes

Obrázek 3 znázorňuje běžné uspořádání, 24 V vysílač odebírající 20 mA z bariéry dimenzované na 28 V, 93 mA a 0,65 W, a ukazuje, kolik z každého limitu smyčka spotřebovává. Napětí je nejpřísnějším omezením asi 86 procent, výkon následuje zhruba 74 procent a proud se sotva dotkne asi 22 procent. Tato nerovnováha je normální, protože smyčky v nebezpečných oblastech jsou téměř vždy napěťově omezeny, zatímco současná světlá výška vypadá velkoryse. Záleží na tom, když někdo chce přidat druhé zařízení ke stejné bariéře nebo prodloužit běh, protože napěťový rozpočet zmizí mnohem dříve než současný rozpočet. Kontrola všech tří párů, spíše než ten, který vypadá pohodlně, je to, co udržuje smyčku certifikovanou.

Metody ochrany podle pěti praktických kritérií

Obrázek 4 hodnotí jiskrovou bezpečnost, ohnivzdornou ochranu a nevýbušnou ochranu od jedné do pěti podle kritérií, která obvykle rozhodují o projektu: vhodnost pro zónu 0, tolerance údržby pod napětím, náklady na instalaci, jednoduchost zapojení a hmotnost hardwaru. Jiskrová bezpečnost vyplňuje tvar směrem k zóně 0 a živé údržbě, a proto je výchozí pro přístroje, které musí být kalibrovány za provozu zařízení. Ohnivzdorná ochrana se táhne směrem k jednoduchosti zapojení, protože pouzdro odvede práci a není potřeba žádný výpočet smyčky, ale má nízké nároky na údržbu a hmotnost hardwaru. Nezánětlivá ochrana dosahuje vnější hranice nákladů a vedení, protože je určena pouze pro zónu 2, kde je hořlavé prostředí nepravděpodobné a má krátkou životnost. Čtení tří tvarů dohromady dává praktické pravidlo: nejprve přiřaďte metodu k zóně, poté nechte náklady a údržbu vybrat mezi metodami, které se kvalifikují.

Ověření je to, co odděluje vyhovující instalaci od té, která pouze vypadá přesvědčivě. Před uvedením smyčky do provozu zkontrolujte číslo certifikátu a označení na zařízení, potvrďte, že Uo je na nebo pod Ui, že Io je na nebo pod Ii a že Po je na nebo pod Pi, poté přidejte kapacitu a indukčnost kabelu vůči Co a Lo. Přečtěte si také speciální podmínky vytištěné za číslem certifikátu, protože často obsahují X a omezení, jak lze zařízení používat. Nakonec potvrďte teplotní třídu vůči skutečně přítomnému plynu nebo páře, protože zařízení určené pro T4 není automaticky přijatelné, pokud byl nastaven limit T6.

Výběr komponent obvykle rozhoduje o tom, jak snadné se toto cvičení stane. Tlakový spínač s publikovanými parametry entity, elektromagnetická cívka dimenzovaná pro danou zónu a kabel, jehož kapacita je uvedena v datovém listu, promění obtížný výpočet v krátký kontrolní seznam. Když se v projektu mísí okruhy hořlavého chladiva s klasifikovanými oblastmi, vyplatí se zkontrolovat seznam součástí s výpočtem smyčky dříve, než budou opraveny výkresy.

Pokud specifikujete díly pro systém, jako je tento, promluvte si s naším inženýrským týmem o chladivu, zóně a ovládacím napětí před zadáním objednávky.