Взрывозащита вида «Искробезопасная электрическая цепь»
Источник: Библиотека специалиста по КИПиА
Искробезопасная электрическая цепь – электрическая цепь, в которой любые искрения не вызывают воспламенение с вероятностью большей 10-3, а любое тепловое воздействие не способно воспламенить взрывоопасную смесь. То есть на 16 тысяч искрений допускается не более 16 воспламенений.Это достигается путем ограничения мощности электрической энергии в цепи.Взрывозащита вида Искробезопасная электрическая цепь устанавливается ГОСТ Р 51330.10-99 (МЭК 60079-11-79)
Взрывозащиту этого вида обозначают буквой "i".
В настоящее время производители контрольно-измерительного оборудования выпускают весьма сложную аппаратуру, управляемую маломощным оборудованием по интерфейсу типа токовая петля. Идентичные маломощные (4 мА - 20 мА) схемные решения, используемые при проектировании искробезопасных электрических цепей, способствуют расширению области их применения, обеспечивая эффективную искробезопасность электрооборудования с низкой себестоимостью.
Вид взрывозащиты i основан на принципе ограничения предельной энергии, накапливаемой или выделяемой электрической цепью в аварийном режиме, или рассеивания мощности до уровня значительно ниже минимальной энергии или температуры воспламенения.
Допустимые уровни энергии в искробезопасной электрической цепи простираются от 20 до 180 мкДж (максимальное напряжение разомкнутой электрической цепи 36 В, значение тока короткого замыкания 120 мА, допустимая мощность 0,45 Вт).
Cуществуют три уровня взрывозащиты вида i:
Уровень ia предполагает сохранение условий безопасности даже в случае одновременных и независимых повреждений, поэтому этот уровень взрывозащиты обеспечивает наибольшую безопасность, и применим для Зоны 0, Зоны 1 и Зоны 2.
Уровень ib допускает только одно повреждение, и поэтому применим только для Зоны 1 и Зоны 2.
Уровень iс не допускает повреждений, и поэтому применим только для Зоны 2.
Искробезопасное электрооборудование – электрооборудование, в котором все электрические цепи искробезопасны.
Связанное электрооборудование – электрооборудование, которое содержит как искробезопасные, так и искроопасные цепи, при этом конструкция электрооборудования выполнена так, что искроопасные цепи не могут оказать отрицательного влияния на искробезопасные цепи.
Связанное оборудование может:
а) иметь взрывозащиту другого вида, отвечающую требованиям применения во взрывоопасной зоне;
б) не иметь взрывозащиты, например, регистрирующий прибор, расположенный вне взрывоопасной зоны, с входной искробезопасной цепью датчика, установленного во взрывоопасной зоне.
Ограничение энергии искробезопасных электрических цепей производится, в основном, искробезопасными электрическими цепями связанного электрооборудования (блоками искрозащиты на стабилитронах – БИС, другое наименование – барьеры безопасности на шунтирующих диодах Зенера), которые при нормальном или аварийном режиме работы не отделены гальванически от искробезопасных цепей.
В большинстве случаев связанное электрооборудование размещается в безопасной зоне и защищено в местах установки искробезопасными электрическими цепями. Это оборудование ограничивает максимальное напряжение и ток, протекающий через искробезопасные электрические цепи даже в случае аварии. Защита может быть выполнена с применением БИС или гальванически изолированных средств сопряжения - развязывающих устройств (преобразователей сигналов с универсальным входом, повторителей аналоговых сигналов, формирователей аналоговых выходных сигналов, устройств управления интеллектуальных электропневматических преобразователей, повторителей состояний переключателей и др.). В БИС применяются защищенные плавкими предохранителями, стабилитроны для ограничения максимального напряжения шунтированием аварийного тока на землю. Последовательно с предохранителями включены ограничительные резисторы, лимитирующие ток до максимально допустимого для искробезопасных цепей значения.
Барьер безопасности на диодах (стабилитронах) представляет собой узел законченной конструкции, удовлетворяющий требованиям настоящего стандарта, который может изготавливаться в виде отдельного электрооборудования или части искробезопасного и связанного электрооборудования. Барьеры безопасности служат в качестве разделительных элементов между искробезопасными и искроопасными цепями и состоят из шунтирующих диодов (стабилитронов) и последовательно включенных резисторов или резисторов и предохранителей.
Все элементы барьера безопасности должны представлять собой единый неразборный блок, залитый компаундом или выполненный в неразборной оболочке, исключающей возможность ремонта или замены элементов его внутреннего монтажа.
Рисунок 1 - Принципиальные электрические схемы блоков искрозащиты на стабилитронах
В схеме на рис. 1 V1, V2, V3, V4 - шунтирующие стабилитроны; F1, F2 - предохранители; R1, R3 - токоограничительные резисторы; R2, R4 - балластные резисторы
Этот вид защиты требует отдельной точки заземления с низким значением сопротивления (изопотенциальная земля безопасности), с которой должны сопрягаться все защитные цепи.
Почти все стандарты по установке электрооборудования требуют, чтобы суммарное значение сопротивления от наиболее удаленного БИС до центральной шины аварийной защиты не превышало 1 Ом. Это позволяет ограничивать кратковременные перенапряжения в искробезопасных электрических цепях, вызванные аварийными бросками тока в контуре сопротивления заземления.
Особенность такого изопотенциального заземления — соединение с землёй должно выполняться в одной точке. Требуется надежная изоляция от земли всех прочих искробезопасных электрических цепей, чтобы препятствовать образованию опасных и неконтролируемых утечек контурных токов заземления во взрывоопасные участки. Развязывающие устройства, в дополнение к ограничивающим напряжение стабилитронам, обеспечивают надежную электрическую изоляцию между искробезопасными электрическими цепями и неискробезопасными цепями посредством традиционных трансформаторов, оптопар, реле.
Обеспечение электроизоляции между двумя контурами в развязывающих устройствах не требует введения отдельной системы заземления для системы аварийной защиты и позволяет применять изолированные или заземленные искробезопасные цепи независимо.
Искробезопасные цепи искробезопасного и связанного электрооборудования должны быть отнесены к одному из уровней ia, ib или ic.
В искробезопасных цепях по отношению к напряжению, току или их комбинации применяется коэффициент искробезопасности 1,5.
Под коэффициентом искробезопасности понимается отношение минимальных воспламеняющих параметров к соответствующим искробезопасным.
Искробезопасные и гальванически связанные с ними искроопасные цепи должны иметь гальваническое разделение от силовой, сигнальной или осветительной сетей переменного тока.
Маркировка
Объем сведений, указываемых в маркировке искробезопасного и связанного электрооборудования, должен быть не менее, чем требуется по ГОСТ Р 51330.0.
Обязательно должна быть нанесена маркировка с указанием всех относящихся к искробезопасности параметров, например Um, Li, Ci, L0, C0 и т.п.
Соединительные средства, например клеммные коробки, соединения посредством электрических разъемов искробезопасного и подключенного электрооборудования должны быть четко промаркированы и легко идентифицироваться. Если для этой цели используют цвет, то это должен быть голубой цвет.
Если части электрооборудования или различные аппараты соединены между собой с помощью разъемов, последние должны быть идентифицированы как содержащие только искробезопасные цепи. Там, где для этой цепи используют цвет, он должен быть голубым.
Дополнительно должна быть обеспечена достаточная и понятная маркировка с целью гарантии правильного соединения для всей искробезопасной цепи в целом.
Для достижения этого необходимо использовать дополнительные табличеки на соединительных средствах или около них.
Техническая документация, представляемая вместе с электрооборудованием должна содержать:
а) в стандартах и технических условиях на электрооборудование - требования к искрозащитным элементам и средствам, а также указания о маркировке согласно настоящему стандарту;
б) в эксплуатационных документах - разделы с описанием искрозащитных элементов и средств и указаниями о сохранении искробезопасных параметров электрических цепей при монтаже, эксплуатации и ремонте электрооборудования.
В электрических принципиальных схемах электрооборудования, а также в инструкции по монтажу и эксплуатации элементы, используемые в качестве искрозащитных, должны маркироваться в соответствии с ГОСТ 2.710. При этом после буквы F должен ставиться знак уровня искробезопасной цепи ia, ib и ic.
Если в качестве искрозащитных используют группу элементов, допускается каждый элемент не маркировать, а их все вместе обвести штриховой линией и около нее поставить один знак Fia, Fib, или Fiс.