Навигация по таблицам
- Таблица 1: Классификация взрывоопасных зон
- Таблица 2: Типы барьеров искрозащиты Ex
- Таблица 3: Параметры безопасности Ui, Ii, Pi
- Таблица 4: Выбор барьеров для различных зон
- Таблица 5: Сравнение пассивных и активных барьеров
Таблица 1: Классификация взрывоопасных зон
| Зона | Характеристика | Время присутствия взрывоопасной среды | Уровень взрывозащиты |
|---|---|---|---|
| Зона 0 | Взрывоопасная среда присутствует постоянно | Более 1000 часов в год | Ex ia (особовзрывобезопасный) |
| Зона 1 | Взрывоопасная среда может возникать при нормальной работе | 10-1000 часов в год | Ex ia, Ex ib (взрывобезопасный) |
| Зона 2 | Взрывоопасная среда возникает редко и на короткое время | Менее 10 часов в год | Ex ia, Ex ib, Ex ic |
Таблица 2: Типы барьеров искрозащиты Ex
| Тип барьера | Принцип работы | Основные компоненты | Маркировка | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Пассивный (зенеровский) | Ограничение напряжения и тока | Стабилитроны, резисторы, предохранители | [Ex ia] IIC, [Ex ib] IIC | Простые измерительные цепи |
| Активный без развязки | Преобразование + ограничение | Преобразователь + пассивный барьер | [Ex ia] IIC, [Ex ib] IIC | Цепи с преобразованием сигналов |
| Активный с гальванической развязкой | Изоляция + ограничение | Трансформатор/оптопара + барьер | [Ex ia] IIC | Высоконадежные системы |
Таблица 3: Параметры безопасности Ui, Ii, Pi
| Параметр | Обозначение | Ex ia (типовые значения) | Ex ib (типовые значения) | Назначение |
|---|---|---|---|---|
| Максимальное напряжение | Ui | 28 В, 30 В | 28 В, 30 В | Ограничение напряжения в цепи |
| Максимальный ток | Ii | 93 мА, 116 мА | 116 мА, 200 мА | Ограничение тока в цепи |
| Максимальная мощность | Pi | 1.3 Вт | 1.5 Вт | Ограничение мощности в цепи |
Таблица 4: Выбор барьеров для различных зон
| Взрывоопасная зона | Допустимые уровни защиты | Рекомендуемый тип барьера | Требования к заземлению | Коэффициент безопасности |
|---|---|---|---|---|
| Зона 0 | Только Ex ia | Активный с гальванической развязкой | Менее 1 Ом | 1.5 (два повреждения) |
| Зона 1 | Ex ia, Ex ib | Пассивный или активный | Менее 1 Ом (ia), 4 Ом (ib) | 1.5 (одно повреждение) |
| Зона 2 | Ex ia, Ex ib, Ex ic | Любой тип | Согласно требованиям типа | 1.5 (нормальная работа) |
Таблица 5: Сравнение пассивных и активных барьеров
| Характеристика | Пассивные барьеры | Активные барьеры | Барьеры с гальванической развязкой |
|---|---|---|---|
| Сложность конструкции | Простая | Средняя | Высокая |
| Надежность | Высокая | Средняя | Очень высокая |
| Восстановление после КЗ | Замена предохранителя | Автоматическое | Автоматическое |
| Требования к заземлению | Обязательно | Обязательно | Не требуется |
| Помехоустойчивость | Средняя | Средняя | Высокая |
Содержание статьи
- 1. Основы взрывозащиты и искробезопасности
- 2. Классификация взрывоопасных зон
- 3. Принципы работы барьеров искрозащиты
- 4. Пассивные барьеры на зенеровских диодах
- 5. Активные барьеры с гальванической развязкой
- 6. Параметры безопасности и выбор барьеров
- 7. Практические рекомендации по применению
- Часто задаваемые вопросы
1. Основы взрывозащиты и искробезопасности
Барьеры искрозащиты представляют собой специализированные устройства, предназначенные для обеспечения безопасной работы электрооборудования во взрывоопасных зонах. Основной принцип их работы заключается в ограничении электрической энергии, передаваемой в опасную зону, до уровня, при котором не может произойти воспламенение взрывоопасной среды.
Искробезопасная электрическая цепь определяется как цепь, выполненная таким образом, что электрический разряд не может воспламенить взрывоопасную среду с вероятностью большей 0,001 при предписанных условиях испытания. Это достигается путем применения специальных коэффициентов безопасности, которые составляют не менее 1,5 для нормального режима работы и аварийных режимов.
2. Классификация взрывоопасных зон
Современная классификация взрывоопасных зон основана на частоте и продолжительности присутствия взрывоопасной среды. Согласно международным стандартам и российскому законодательству, выделяют три основных класса зон для газо-паровоздушных сред.
Зона 0 - Наивысший уровень опасности
В зоне 0 взрывоопасная атмосфера присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени (более 1000 часов в год). Для работы в такой зоне допускается использование только оборудования с уровнем взрывозащиты Ex ia (особовзрывобезопасное), которое обеспечивает безопасность даже при возникновении двух одновременных и независимых повреждений.
Зона 1 - Средний уровень опасности
Зона 1 характеризуется возможностью образования взрывоопасной среды при нормальных условиях эксплуатации в течение 10-1000 часов в год. В этой зоне можно применять оборудование с уровнями защиты Ex ia и Ex ib (взрывобезопасное), где защита обеспечивается при одном повреждении.
Зона 2 - Низкий уровень опасности
В зоне 2 взрывоопасная среда возникает редко и существует непродолжительное время (менее 10 часов в год). Здесь допускается применение оборудования всех уровней защиты: Ex ia, Ex ib и Ex ic.
Для определения класса зоны используется формула: T = (Время присутствия взрывоопасной среды / Общее время работы) × 8760 часов
3. Принципы работы барьеров искрозащиты
Барьеры искрозащиты функционируют по принципу ограничения электрической энергии, которая может быть передана в искробезопасную цепь. Это достигается тремя основными способами: ограничением напряжения, ограничением тока и ограничением накапливаемой энергии.
Ограничение напряжения
Максимальное напряжение Ui ограничивается с помощью стабилитронов (диодов Зенера), которые начинают проводить ток при достижении определенного напряжения. Типовые значения для искробезопасных цепей составляют 28-30 В постоянного тока.
Ограничение тока
Максимальный ток Ii ограничивается последовательно включенными резисторами. Для уровня Ex ia типовые значения составляют 93-120 мА, для Ex ib - до 200 мА.
Ограничение мощности
Максимальная мощность Pi вычисляется как произведение Ui × Ii и не должна превышать установленных пределов (обычно 1,3 Вт для Ex ia и 1,5 Вт для Ex ib).
Для барьера Ex ia с Ui = 28 В и Ii = 93 мА:
Pi = 28 В × 0,093 А = 2,6 Вт
С учетом коэффициента безопасности 1,5: Pi_безопасная = 2,6 / 1,5 = 1,73 Вт
4. Пассивные барьеры на зенеровских диодах
Пассивные барьеры искрозащиты, также называемые шунт-диодными барьерами, представляют собой наиболее простой и надежный тип защитных устройств. Они состоят из шунтирующих стабилитронов (диодов Зенера), последовательно включенных токоограничивающих резисторов и плавких предохранителей.
Конструкция и принцип работы
Основными элементами пассивного барьера являются два стабилитрона, включенных встречно-параллельно для защиты от напряжений обеих полярностей, токоограничивающие резисторы и плавкие предохранители. При превышении напряжения стабилизации стабилитроны начинают проводить ток, ограничивая напряжение в цепи.
Преимущества пассивных барьеров
Пассивные барьеры обладают высокой надежностью благодаря простоте конструкции и отсутствию активных элементов. Они не требуют внешнего питания и обеспечивают искрозащиту даже при полном отказе элементов схемы. Современные российские производители используют мощные резисторы и стабилитроны, что позволяет снизить проходное сопротивление до 284 Ом для 24-вольтовых барьеров уровня ib.
Требования к заземлению
Для барьеров с уровнем взрывозащиты Ex ia обязательно подключение к специальной низкоомной шине заземления с сопротивлением не более 1 Ом. Для барьеров Ex ib допускается подключение к глухозаземленной нейтрали с сопротивлением не более 4 Ом.
5. Активные барьеры с гальванической развязкой
Активные барьеры искрозащиты с гальванической развязкой представляют собой наиболее совершенный тип защитных устройств, объединяющий в себе функции ограничения энергии и гальванического разделения искробезопасных и искроопасных цепей.
Принцип гальванической развязки
Гальваническая развязка обеспечивается применением трансформаторных или оптронных схем, которые полностью исключают прямое электрическое соединение между цепями взрывобезопасной и взрывоопасной зон. Это достигается за счет использования трансформаторов, оптопар или других изолирующих элементов.
Структура активного барьера
Активный барьер с гальванической развязкой включает источник питания, генератор переменного напряжения, трансформатор для обеспечения гальванической развязки, выпрямитель, схему ограничения тока и напряжения на основе стабилитронов и резисторов, а также оптопару для передачи сигналов.
Преимущества барьеров с гальванической развязкой
Основными преимуществами являются повышенная помехоустойчивость благодаря отсутствию гальванической связи между входом и выходом, возможность работы без специального заземления, автоматическое восстановление после устранения короткого замыкания и более высокая надежность системы в целом.
- Напряжение питания: 18-30 В постоянного тока
- Выходной ток: до 120 мА
- Частота передачи сигнала: до 50 кГц
- Гальваническая изоляция: до 4 кВ
6. Параметры безопасности и выбор барьеров
Выбор подходящего барьера искрозащиты определяется несколькими ключевыми параметрами: классом взрывоопасной зоны, требуемым уровнем взрывозащиты, электрическими характеристиками подключаемого оборудования и условиями эксплуатации.
Основные параметры безопасности
Параметры Ui (максимальное напряжение), Ii (максимальный ток) и Pi (максимальная мощность) определяют безопасные пределы энергии в искробезопасной цепи. Эти параметры должны соответствовать характеристикам подключаемого оборудования с учетом коэффициентов безопасности.
Соответствие уровней защиты и зон
Для зоны 0 допускается использование только оборудования уровня Ex ia. В зонах 1 и 2 можно применять оборудование с соответствующими или более высокими уровнями защиты. При этом необходимо учитывать, что использование более высокого уровня защиты всегда допустимо.
Категории взрывоопасных смесей
Барьеры должны соответствовать категории взрывоопасных смесей: IIA (пропан, метан), IIB (этилен) или IIC (водород, ацетилен). Барьеры категории IIC обеспечивают защиту для всех типов смесей, включая наиболее опасные.
Для подключения датчика давления 4-20 мА в зоне 1 с водородом (IIC):
- Требуемый уровень: Ex ia или Ex ib
- Категория: IIC
- Рекомендация: Активный барьер [Ex ia] IIC
7. Практические рекомендации по применению
При проектировании и монтаже систем с барьерами искрозащиты необходимо соблюдать ряд важных требований, обеспечивающих надежную и безопасную работу оборудования в течение всего срока эксплуатации.
Требования к монтажу и подключению
Барьеры искрозащиты должны устанавливаться в безопасной зоне с обеспечением необходимого охлаждения и защиты от механических воздействий. Монтаж на DIN-рейку является предпочтительным способом установки, обеспечивающим удобство обслуживания и замены.
Организация заземления
Для пассивных барьеров и активных барьеров без гальванической развязки обязательно выполнение качественного заземления. Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 1 Ом для уровня ia и не более 4 Ом для уровня ib.
Контроль состояния и диагностика
Современные активные барьеры часто оснащаются системами самодиагностики, позволяющими контролировать состояние цепей и своевременно выявлять неисправности. Рекомендуется регулярная проверка параметров барьеров в рамках планового технического обслуживания.
Совместимость с оборудованием
При выборе барьера необходимо обеспечить совместимость его параметров с характеристиками подключаемого датчика или исполнительного устройства. Параметры Uo, Io, Po барьера должны быть не менее соответствующих параметров Ui, Ii, Pi подключаемого оборудования.
