Основу взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» составляет снижение значений параметров электрической цепи до искробезопасных, при которых исключается появление электрической дуги, искры или существенного теплового нагрева частей электрооборудования, которые могут стать источником взрыва/3-5/.
Некоторые термины и определения, специфические для искробезопасного исполнения, приведены ниже/3-19…3-21/.
Диодный барьер безопасности – блок, состоящий из шунтирующих диодов (в том числе стабилитронов), защищенных резисторами или резисторами и предохранителями, и изготовленный в виде отдельного электрооборудования или его части.
Искробезопасный ток (напряжение, мощность или энергия) – наибольший ток (напряжение, мощность или энергия) в электрической цепи (электрическом разряде), который не вызывает воспламенение взрывоопасной смеси в предписанных стандартом условиях испытаний с вероятностью большей 10-3.
Искробезопасные электрические цепи разделяются на три уровня, которые приведены в таблице 3.2.
|
Уровень искробезопасных электрических цепей по ГОСТ Р 51330.10-99/3-19/ |
Наименование уровня взрывозащиты электрооборудования по ГОСТ Р 51330.0-99/3-21/ |
|
ia |
Особовзрывобезопасное электрооборудование |
|
ib |
Взрывобезопасное электрооборудование |
|
ic |
Электрооборудование повышенной надежности против взрыва |
Таблица 3.2
Основные параметры «искробезопасной электри-ческой цепи» (напряжение, мощность, ток) регламенти-рованы требованиями стандартов/3-19…3-21/.
Таким образом, к электрической цепи с видом защиты «искробезопасная электрическая цепь» предъявляются требования как по ограничению энергии, аккумулируемой электрической цепью, и зависящей от значения электрических емкости и индуктивности этой цепи, а также включенных в ее состав более сложных элементов, так и по предотвращению попадания высокого потенциала или прохождения высокого тока со стороны системы управления в эту защищенную цепь.
Сигнализирующие группы манометрических приборов традиционно имеют простую конструкцию и не содержат элементов, накапливающих электрический потенциал.
С целью исключения режимов с образованием искр в контактах сигнализирующих групп во взрывоопасной зоне применяют барьеры искробезопасности. Практически барьеры искробезопасности монтируются в цепях питания, сигнальных цепях между системой управления или сигнализации и сигнализирующими группами манометрических приборов, монтируемых во взрывоопасных зонах. Барьеры безопасности могут представлять собой узел законченной конструкции или могут быть частью искробезопасного или связанного электрооборудования.
Конструктивно барьеры искробезопасности подразделяются на две группы: пассивные, с использованием стабилитронов и предохранителей, и активные, с гальванической изоляцией, требующие собственного источника питания.
Барьер искробезопасности на стабилитронах/3-22/, называемый пассивным, конструктивно представлен на рисунке 3.19. Шунтирующие стабилитроны и последовательно включенные резисторы или резисторы и предохранители представляют собой основу такого барьера искробезопасности. Защита от повышенного напряжения обеспечивается стабилитронами, защита от превышения тока – резистором, защита элементов электрической цепи от перегрузки – предохранителями.
Во взрывоопасной зоне допускается подключение только взрывозащищенных сигнализирующих манометрических приборов с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь». Такие приборы должны иметь соответствующее конструктивное исполнение для установки в конкретных классах взрывоопасных зон, иметь сертификат соответствия, сертификат о взрывозащите и разрешение Госгортехнадзора (если требуется разрешение!) на применение во взрывоопасных зонах.
Рис.3.19. Принципиальная электрическая схема барьера искрозащиты на стабилитронах
Преимущество барьеров искробезопасности на стабилитронах состоит в простоте их конструкции, хотя, по требованиям ГОСТ, конструктивно барьер должен представлять собой неразборный блок, заполненный затвердевающим компаундом или смонтированный в неразборной оболочке. Такая конструкция исключает возможность ремонта или замены элементов электрической схемы. Существенным достоинством этой группы барьеров искробезопасности является их невысокая цена.
К недостаткам таких устройств относятся:
- необходимость обязательного заземления со строго лимитированными параметрами;
- оборудование опасной зоны должно быть обязательно изолировано от земли;
- необходимость использования только низковольтного электрооборудования, обусловленная гальванической связью между опасной и безопасной зонами;
- возможность перегорания предохранителя барьера с выводом его из строя.
Барьер искробезопасности с гальванической изоляцией в полной мере выполняет функцию искробезопасности. Его функционирование организовано на основе трансформаторной или оптической связи с обеспечением полной развязки искробезопасной цепи от контура системы управления (рис. 3.20). Такие барьеры не требуют их заземления и называются активными.
Рис.3.20. Принципиальная схема работы барьера искрозащиты с гальванической развязкой.
Для обеспечения функционирования трансформаторной или оптической связи такие барьеры требуют внешнего питания. Схемы барьеров искрозащиты с гальванической развязкой конструктивно более сложны и, соответственно, имеют относительно высокую цену. Однако существенное преимущество таких барьеров, как гальваническая развязка, обеспечивают им в последнее время наибольшее распространение.
При конструировании электротехнических устройств можно применять элементы искрозащиты, позволяющие ограничивать значения электрического тока и напряжения, как части общих схем.
НПО ЮМАС совместно с НПП «Сенсор» производятся взрывозащищенные сигнализирующие манометры с видом защиты «искробезопасная электрическая цепь» на основе манометров ЭКМ100Н с микровыключателями в сигнализирующем устройстве (Рис.3.21).
Рис. 3.21. Взрывозащищённый манометр ЭКМ100 с видом
взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь».
Барьером искрозащиты служит сигнализатор МС-3-2Р (Рис.3.22), который является связанным электрооборудованием с уровнем искробезопасных цепей «ia» для взрывоопасных смесей категории IIВ; выполняет функции барьера искрозащиты с гальванической развязкой, т.е. ограничивает параметры цепей, находящихся во взрывоопасной зоне, соответственно, до искробезопасных значений. Сигнализатор осуществляет контроль состояния выходных цепей манометра и при достижении контролируемым давлением установленных на манометре значений, осуществляет соответствующую световую, звуковую сигнализацию (через встроенный пьезозвонок или выносную сирену) и переключение контактов реле.
Сигнализатор МС-3-2Р подключается к взрывозащищённому сигнализирующему манометру только двухпроводным кабелем, при этом электронный блок сигнализатора, построенный на базе микроконтроллера, позволяет определить не только достижение соответствующего значения давления, но и обрыв кабеля между манометром и сигнализатором.
Алгоритмы работы сигнализатора имеют дополнительную защиту от дребезга контактов выходных цепей манометра, снижающую вероятность ложного срабатывания, повышающую устойчивость, надёжность работы технологического оборудования.
Сигнализатор МС-3-2Р имеет варианты исполнения на напряжение питания 220 В переменного тока и 6...42 В постоянного тока.
Сигнализаторы на напряжение питания 220 В имеют два варианта исполнения: в пластиковом корпусе (рис.3.21а) и во «взрывонепроницаемой оболочке (рис.3.21б).
|
а) | 
б) |
Рис.3.22. Вид сигнализатора МС-3-2Р, смонтированного в пластиковом корпусе (а) и во «взрывонепроницаемой оболочке» (б).
Сигнализатор на напряжение питания постоянного тока МС-3-2Р-DIN-DC (рис.3.23) выполнен в корпусе для монтажа на DIN-рейку. Кроме того, в отличие от других вариантов исполнения, в нём предусмотрена настройка алгоритмов световой, звуковой сигнализации и переключения реле.
Рис.3.23. Сигнализатор МС-3-2Р-DIN-DC в исполнении «для монтажа на DIN-рейку
Выше представлены принципиальные электрические схемы барьеров искрозащиты. На практике эксплуатационники КИПа не соприкасаются с вопросами устройства барьеров искрозащиты. Определяющим служат технические характеристики устройств, их подбор для систем контроля и управления, согласованности с взаимодействующими техническими узлами, обеспечения в комплекте взрывозащищенности применяемых приборов.
Как правило, производители приборов контроля давления взрывозащищенного исполнения с искробезопасной цепью «i» предлагают непосредственно электроконтактные приборы, а искрозащитные блоки поставляются иными специализированными компаниями. В таких ситуациях подключаемые к манометрическим приборам с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» источники питания и регистрирующая аппаратура должны иметь искробезопасные электрические цепи по ГОСТ 30852.10-2002 (МЭК 60079‑11:1999), а их искробезопасные параметры (уровень искробезопасной электрической цепи и подгруппа электрооборудования) должны соответствовать условиям применения манометрических приборов во взрывоопасной зоне.
Так, например, НПО ЮМАС сертифицировало непосредственно манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, дифманометры электроконтактные с блоками искрозащиты различных производителей, имеющими самостоятельный сертификат взрывозащиты и обладающими входными электрическими параметрами, значения которых не превышают представленных в табл.3.3. Указанные значения контролируются в процессе производства.
Таблица 3.3.
|
Искробезопасные параметры манометрических приборов Ехi-исполнений («сухой контакт»), пр-ва НПО ЮМАС |
Числовое значение |
|
максимальное входное напряжение Ui, В |
24 |
|
максимальный входной ток Ii, мА |
100 |
|
максимальная внутренняя емкость Ci, пФ |
10 |
|
максимальная внутренняя индуктивность Li, мкГн |
10 |
Одним из основных определяющих требований в производстве взрывозащищенных электроконтактных приборов с искробезопасной цепью является контроль активной составляющей сигнализирующей группы. Должны проверяться электрические параметры каждой линии подвода сигнализирующей группы относительно корпуса манометра.
В сертифицированных взрывозащищенных сигнализирующих манометрических приборах с искробезопасной цепью имеют место манометры с корпусами диаметром 63, 80, 100 и 160 (150) мм (раздел 3.2) с трубчатыми и мембранными ЧЭ (детально см.раздел 2). С такими же диаметрами корпусов производятся взрывозащищенные электроконтактные дифманометры исполнения «0ExiaIICT4» (разделы 3.2 и 2.4.2).
IP взрывозащищенных искробезопасных приборов идентично их общетехническим аналогам. Так манометры в корпусах из нержавеющей стали, а это, как правило, исполнение «байонет», обеспечивают в зависимости от исполнения от IP53 до IP68.
Для условий эксплуатации с повышенными внешними вибрационными воздействиями, а также пульсациями среды заканчивается разработка искробезопасного исполнения модели с заполнением герметичного корпуса из нержавеющей стали вязкой жидкостью.
Как подтвердили многолетние промышленные исследования и испытания наших приборов вязкая жидкость не только снижает «дергание» конца чувствительного элемента, но также является смазывающей средой для цапф и зубчатых зацеплений механизма, тем самым существенно увеличивая ресурс его работы. Как показали предварительные испытания взрывозащищенных манометрических приборов дополнительная защита от вибрационных воздействий существенно расширяет спектр их применения.
Открывают возможности более широкого применения электроконтактные манометры исполнения СВу, в которых обеспечивается демпфирование измеряемого параметра.
