19 kluczowych pojęć z zakresu iskrobezpieczeństwa (Ex i)
Iskrobezpieczeństwo (Exi) jest jednym z najczęściej stosowanych rodzajów zabezpieczeń przeciwwybuchowych w obszarach automatyki, pomiarów i systemów sterowania. Jego główną zaletą jest możliwość stosowania urządzeń elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem bez konieczności wykorzystywania konstrukcyjnych zabezpieczeń przeciwwybuchowych przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego poziomu bezpieczeństwa. Aby prawidłowo zaprojektować i użytkować obwody w wykonaniu Exi, niezbędna jest znajomość podstawowych pojęć i parametrów związanych z tą metodą ochrony. Poniżej znajdują kluczowe terminy, które stanowią podstawę wiedzy z zakresu iskrobezpieczeństwa.
Rodzaj zabezpieczenia przeciwwybuchowego polegający na ograniczeniu energii elektrycznej w urządzeniach i obwodach do poziomu, który nie jest zdolny do spowodowania zapłonu atmosfery wybuchowej. Iskrobezpieczeństwo ogranicza parametry iskier i łuków elektrycznych, jak również nagrzewanie się elementów obwodu, które mogłyby stać się źródłem zapłonu. Urządzenie iskrobezpieczne jest to urządzenie elektryczne, w którym wszystkie obwody są iskrobezpieczne.
Zabezpieczenie przeciwwybuchowe stosowane w urządzeniach i systemach przeznaczonych do pracy w strefach zagrożonych wybuchem opisane m.in. w normie PN-EN 60079-11. Ochrona Exi opiera się na zasadzie ograniczenia napięcia, prądu i mocy w taki sposób, aby zapłon atmosfery zagrożonej wybuchem nie był możliwy podczas normalnej pracy i przy wystąpieniu określonych uszkodzeń.
Klasyfikacja poziomów ochrony iskrobezpiecznej określająca stopień niezawodności zabezpieczenia:
Urządzenie elektryczne, które zawiera zarówno obwody o ograniczonej energii jak
i obwody, w których energia nie jest ograniczona. Urządzenie towarzyszące jest skonstruowane tak aby obwody, w których energia nie jest ograniczona, nie mogły niekorzystnie oddziaływać na obwody o ograniczonej energii. Separatory lub bariery iskrobezpieczne pełnią rolę urządzeń towarzyszących w obwodach iskrobezpiecznych.
Część instalacji elektrycznej, w której energia jest ograniczona do wartości bezpiecznych z punktu widzenia zapłonu atmosfery wybuchowej, zarówno w normalnych warunkach pracy, jak i w określonych stanach uszkodzeń. Obwód iskrobezpieczny obejmuje urządzenia w strefie Ex, elementy ograniczające energię zlokalizowane poza strefą zagrożoną oraz oprzewodowanie, którego parametry elektryczne wpływają na bezpieczeństwo całego układu.
Proste urządzenia zabezpieczające, które ograniczają napięcie i prąd w obwodach iskrobezpiecznych przy użyciu elementów elektronicznych takich jak diody Zenera oraz rezystory. Bariery iskrobezpieczne wymagają niezawodnego uziemienia i są stosowane w obwodach Exi ze względu na swoją prostą budowę i niskie koszty. Wadami tego rozwiązania jest brak izolacji pomiędzy wejściem i wyjściem oraz podatność na zakłócenia.
Urządzenie zapewniające galwaniczne odseparowanie obwodu iskrobezpiecznego od nie iskrobezpiecznego i zasilania. Nie wymaga bezpośredniego uziemienia, co zwiększa elastyczność instalacji oraz chroni przed przepięciami i zakłóceniami. Separatory iskrobezpieczne są popularnym rozwiązaniem w nowoczesnych systemach automatyki przemysłowej oferując wyższy poziom ochrony i niezawodności. Separatory zwykle droższe i mają większe wymiary w porównaniu do barier iskrobezpiecznych.
Maksymalne napięcie wejściowe – napięcie (wartość szczytowa napięcia przemiennego lub stałego), jakie można doprowadzić do zacisków iskrobezpiecznych bez utraty iskrobezpieczeństwa.
Maksymalny prąd wejściowy – prąd (wartość szczytowa prądu przemiennego lub stałego), jaki można doprowadzić do zacisków iskrobezpiecznych bez utraty iskrobezpieczeństwa.
Maksymalna moc jaką można doprowadzić do zacisków iskrobezpiecznych bez utraty iskrobezpieczeństwa
Maksymalna wypadkowa pojemność wewnętrzna urządzenia uznana za pojemność występującą na jego przyłączeniu
Maksymalna wypadkowa indukcyjność wewnętrzna urządzenia uznana za pojemność występującą na jego przyłączeniu
Maksymalne napięcie wyjściowe (wartość szczytowa napięcia przemiennego lub stałego), jakie może pojawić się na zaciskach urządzenia
Maksymalny prąd (wartość szczytowa prądu przemiennego lub stałego), jaki może pojawić się na zaciskach urządzenia
Maksymalna moc, jaka może być pobierana z urządzenia towarzyszącego
Maksymalna pojemność wewnętrzna, która może być przyłączona do przyłączenia urządzenia bez naruszenia rodzaju zabezpieczenia
Maksymalna wartość indukcyjności wewnętrznej, która może być podłączona do przyłączenia urządzenia bez naruszenia rodzaju zabezpieczenia
Jest to elektryczny element lub połączenie elementów prostej konstrukcji, o jednoznacznie określonych parametrach elektrycznych, które są zgodne z parametrami iskrobezpieczeństwa obwodu, w którym jest on zastosowany.
Norma PN‑EN 60079‑11 Atmosfery wybuchowe Część 11: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą iskrobezpieczeństwa „i” określa budowę i badania urządzeń iskrobezpiecznych przeznaczonych do użytku w atmosferach wybuchowych oraz urządzeń towarzyszących, przewidzianych do podłączenia do obwodów iskrobezpiecznych wprowadzonych w takie atmosfery. Zastosowanie normy jest niezbędne do uzyskania dopuszczenia urządzeń do pracy w strefach zagrożonych wybuchem i zapewnienia, że cały układ iskrobezpieczny działa zgodnie
z wymaganiami bezpieczeństwa.
Iskrobezpieczeństwo jest jedną z najczęściej stosowanych metod ochrony przeciwwybuchowej w systemach automatyki. Wykonanie iskrobezpieczne zapewnia istotne korzyści ekonomiczne, bezpieczeństwa oraz eksploatacyjne. Nie wymaga stosowania kosztownych, specjalnych konstrukcji urządzeń (np. osłony ognioszczelne Exd). Jednocześnie gwarantuje wysoki poziom bezpieczeństwa, obejmując ochroną także przewody i umożliwiając pracę w Strefie 0. Dodatkowo pozwala na prowadzenie prac serwisowych, takich jak kalibracja czy wymiana urządzeń, bez wyłączania zasilania i bez zakłócania ciągłości procesu. Znajomość kluczowych pojęć, takich jak poziomy ochrony Ex i, parametry obwodów oraz wymagania normy PN-EN 60079-11, umożliwia prawidłowe projektowanie, montaż jak również eksploatację instalacji iskrobezpiecznych w strefach zagrożonych wybuchem. Dobrze zaprojektowany obwód iskrobezpieczny nie tylko spełnia wymagania przepisów, lecz także znacząco zwiększa bezpieczeństwo
i niezawodność całego systemu.