Что такое искробезопасная электрическая цепь

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.

Очевидно, что данное устройство в первую очередь само должно удовлетворять требованиям относительно искробезопасности, поэтому барьеры искрозащиты традиционно заливаются компаундом, и называются такие устройства блоками искрозащиты. Очевидно, ремонт барьеров искрозащиты не предусматривается, — такова цена за безопасность.

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.

Последовательно присоединенный резистор ограничит ток в защищаемой цепи, а предохранитель предотвратит крайнюю ситуацию — развитие слишком большого тока.

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.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами в большинстве своем содержат блоки искрозащиты, связанные с электромагнитными клапанами, двухпроводными датчиками, электропневматическими преобразователями и т. д, не говоря уже о простом оборудовании, таком как выключатели, конденсаторы, дроссели, — о любых элементах электрических цепей, на которых возможно по той или иной причине появление искр.

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.

Одним из главных параметров прежних и нынешних барьеров искрозащиты был и остается — проходное сопротивление блоков. Низкое проходное сопротивление позволяет использовать барьеры в сочетании с датчиками, обладающими большим собственным сопротивлением и более высоким минимальным напряжением питания.

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.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

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

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

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.

Искробезопасные уровни

ia — особо взрывобезопасный уровень. Здесь предполагается соблюдение безопасных условий даже тогда, когда случаются два независимых или одновременных повреждения цепи. Данный уровень искробезопасности гарантирует наибольшую взрывозащиту и безопасность, поэтому он применим ко взрывоопасным зонам класса 0,1 и 2.

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

Для применяемых искробезопасных цепей вводится особый коэффициент — коэффициент искробезопасности. Он выражает отношение минимальных параметров условия воспламенения к соответствующим параметрам искробезопасности. Так, в Соединенных Штатах для защиты от взрыва по типу «искробезопасная электрическая цепь» принимают следующие искробезопасные коэффициенты:

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:

• 1 — пассивные электрические устройства — выключатели, распределительные коробки, простые полупроводниковые приборы, резисторы;
• 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.

Искробезопасное электрооборудование

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.

Связанное электрооборудование

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.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

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.

1. ic – самый низкий уровень взрывозащиты классифицируется как «повышенная надежность против взрыва», применяется для Зоны 2;
2. ib – высокий уровень защиты, классифицируется как «взрывобезопасный», применим для Зоны 1 и Зоны 2;
3. 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.

Тел: +7 (495) 64-111-56 e-mail: aip@owen.ru
111024, Москва, 2-я ул. Энтузиастов, д. 5, корп. 5
редакция АиП

© Автоматизация и Производство, 2024. 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.

ООО «СиБ Контролс»

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:

• Измерениях.
• Коммуникациях.
• Сенсорных технологиях.
• Приводах.
• Цепях КИПиА с низким напряжением и током.

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:

• Пассивные компоненты, например, выключатели, распределительные коробки, резисторы и простые полупроводниковые устройства.
• Источники, например, термопары и фотоэлементы, электрические параметры которых не превышают следующие параметры: 1,5 В, 100 мА и 25 мВт.

Взаимодействующий прибор.

Взаимодействующий прибор — это прибор, в котором присутствуют как искробезопасные цепи так и неискрозащищённые цепи, а также данная система выполнена таким образом, что неискрозащищённые цепи не смогут повлиять на систему безопасности подключенных к ним искробезопасных цепей.

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.

Искробезопасные приборы	Взаимодействующий электрический прибор
Содержит только искробезопасные электрические цепи	Содержит оба типа искробезопасные и неискробезопасные электрические цепи
ЕЕх ib IIС Т6	[ЕЕх ib]IIС Т6	ЕЕх de [ib] IIС Т6
Указывается вся необходимая информация, такая как категория, группа газа и температурный класс.	Квадратные скобки обозначают, что взаимодействующий прибор имеет искробезопасную цепь, которая может быть установлена в Зоне 1, группа газа IIА, IIВ и IIС.
Данный прибор может быть использован в Зоне 1.	Прибор должен быть установлен вне потенциально взрывоопасного участка.	Прибор может быть использован в Зоне 1 при условии его установки во взрывонепроницаемую оболочку (“d”)

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 1.5: при нормальной эксплуатации и возникновении одной неисправности. Прибор категории «ia» допускающий возникновение одного короткого замыкания, не должен вызвать воспламенение взрывоопасной атмосферы при использовании напряжения (тока, мощности) в 1,5 раза превышающего номинальное напряжение (тока, мощности).
• Коэффициент безопасности 1.0: при нормальной эксплуатации и возникновении двух неисправностей. Прибор категории «ia» допускающий одновременное возникновение двух неисправностей не должен вызвать воспламенение взрывоопасной атмосферы при работе с номинальным уровнем напряжения (тока, мощности).

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:

• Коэффициент безопасности 1.5 при нормальной эксплуатации. Приборы категории «ib» при отсутствии неисправности не должны вызывать воспламенение взрывоопасной атмосферы при использовании напряжения (тока, мощности) в 1,5 раза превышающего номинальное значение напряжения (тока, мощность).
• Коэффициент безопасности 1.0 при нормальной эксплуатации и возникновении одной неисправности. Прибор категории «ib» предусматривающий возникновение одной неисправности не должен вызывать воспламенение взрывоопасной атмосферы при работе с номинальным напряжением (током, мощностью).

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.

БАРЬЕРЫ ЗЕНЕРА	ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
Простой	Сложный
Питание не требуется	Питание требуется
Высокая плотность при монтаже	Низкая плотность при монтаже
Требуется заземление для обеспечения безопасной работы	Заземление не требуется
Опорное напряжение 0V накладываемое на систему	Изоляция между сигналами
Не требуется подсоединение экрана в опасных зонах (500 V)	Возможно подсоединение экрана в опасных зонах
Точность и линейность (0.1%)	Низкая точность и линейность (0.25%)
Низкая стоимость	Высокая стоимость
Хорошая частотная характеристика	Ограниченная частотная характеристика
Уязвим для грозовых разрядов и других разрядов	Менее уязвим для грозовых разрядов и других разрядов

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.

Сначала необходимо определить, какой тип искробезопасных барьеров будет использоваться — барьер Зенера с заземлением или устройство гальванической изоляции. Изоляция обычно больше по размеру, дороже и не требует установки заземления для обеспечения безопасности. Барьеры Зенера с заземлением меньше и значительно дешевле, но требует заземления, чтобы отвести избыточную энергию. Основные правила заземления искробезопасных систем включают:

• Заземляющий контур должен иметь сопротивление менее 1 Ома от дальнего барьера до основного заземляющего электрода.
• Минимальное сечение заземляющего проводника должно быть 4 мм2. Все соединения заземляющего контура должны быть надёжно закреплены и должны быть постоянными, видимыми и доступными при проведении ежедневной инспекции.
• Обычно требуется отдельный дополнительный заземляющий проводник (жёлто-зелёный/зелёный).

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:

• Убедитесь в надёжности соединений.
• Проверьте правильность подсоединения проводки к клеммным колодкам, используя принципиальную схему. Правильность схемы цепей управления определяется с помощью чертежей и других документов, предоставленных производителем искробезопасного или взаимодействующего прибора, в которых подробно описывается соединение между искробезопасными и неискробезопасными приборами.
• Убедитесь, что в цепи есть питание.
• Проверьте, не высокое ли сопротивление в барьере для данной цепи. Как до этого уже упоминалось, цепи должны быть проверены на правильное сопротивление (барьер и кабель) и напряжение на входе. Если цепь не функционирует должным образом, проверьте цепь согласно схемы цепи управления.
• Проверьте целостность предохранителя барьера. Данную процедуру необходимо выполнять, отсоединить барьер от цепи и проверить сопротивление барьера от начала до конца. Если омметр определит бесконечное сопротивление, то с большой уверенностью можно сказать, что сгорел предохранитель. Весьма вероятно, что предохранитель вышел из строя из-за неисправности в цепи и, поэтому, необходимо протестировать всю цепь перед установкой нового барьера.

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.