Бар'єри іскробезпеки

Системи вибухозахисту

У сучасній промисловості безпека виробництва є пріоритетом номер один, особливо на підприємствах з вибухонебезпечними зонами. Нафтопереробні заводи, хімічні виробництва, газові термінали, фармацевтичні підприємства та навіть борошномельні комбінати стикаються з постійним ризиком вибуху через присутність горючих газів, парів або пилу.

Вибух на виробництві може призвести до катастрофічних наслідків: людських жертв, значних матеріальних збитків, екологічних катастроф та втрати репутації компанії. Тому критично важливо використовувати сертифіковане обладнання та системи захисту, що відповідають міжнародним стандартам безпеки (ATEX, IECEx, NEC/CEC).

Класифікація вибухонебезпечних зон визначає рівень небезпеки та необхідні заходи захисту:

• Зона 0/Div. 1 - вибухонебезпечна атмосфера присутня постійно або протягом тривалого часу
• Зона 1 - вибухонебезпечна атмосфера може виникати при нормальній роботі
• Зона 2/Div. 2 - вибухонебезпечна атмосфера малоймовірна, може виникнути лише на короткий час

Основні принципи забезпечення вибухозахисту

Для забезпечення безпеки виробництва у вибухонебезпечних зонах застосовується ряд пристроїв та технологій від Pepperl+Fuchs, які зосереджені на захисті людей, підприємств та навколишнього середовища. Компанія є піонером та провідним світовим постачальником рішень для електричного вибухозахисту.

Іскробезпека (Intrinsic Safety)

Іскробезпека є найвищим рівнем захисту для небезпечних зон на вашому підприємстві. Вона дозволяє підключати сигнали до Зони 0/Div. 1, обмежуючи енергію на місці, щоб унеможливити вибух. Бар'єри іскробезпеки від Pepperl+Fuchs можуть бути встановлені глобально у всіх основних небезпечних зонах.

Принцип роботи: Іскробезпечні контури обмежують електричну енергію (струм, напругу та потужність) до рівня, недостатнього для запалення вибухонебезпечної атмосфери навіть у разі короткого замикання або обриву проводу.

Типи бар'єрів іскрозахисту

Ізольовані бар'єри

Бар'єри іскробезпеки, зокрема ізольовані бар'єри, використовуються в іскробезпечних застосуваннях. Вони забезпечують іскробезпечний контур, в який інтегрований польовий пристрій, та електрично ізолюють його від неіскробезпечного контуру з боку керування. Завдяки обмеженню струму та напруги, енергія, що подається на іскробезпечний контур, настільки низька, що можлива безпечна робота. Завдяки гальванічній розв'язці, ізольований бар'єр поєднує переваги перетворювача сигналу з іскробезпечним захистом.

Переваги:

• Гальванічна розв'язка між зонами
• Не потребують спеціального заземлення
• Можливість перетворення сигналів
• Підтримка HART-комунікації

Бар'єри Зенера

Бар'єри Зенера є найбільш економічним рішенням для застосувань безпеки у вибухонебезпечних зонах. Вони забезпечують іскробезпечний захист лише польової зони і складаються з невеликої кількості компонентів, таких як резистор, діод Зенера та запобіжник; блок живлення не потрібен. Схеми іскробезпеки з бар'єрами Зенера без гальванічної розв'язки повинні бути заземлені через мідний провідник.

Бар'єри Зенера не перетворюють сигнал, вони лише передають напругу, струм та потужність до та від польових пристроїв. Через відсутність гальванічної розв'язки, вони дуже точні при передачі та часто використовуються для вимірювання низьковольтних сигналів у застосуваннях зважування. Бар'єри Зенера Z-System монтуються безпосередньо на 35 мм DIN-рейку, а необхідне заземлення може бути виконане безпосередньо на DIN-рейці.

Особливості застосування:

• Висока точність передачі сигналу
• Економічне рішення для простих застосувань
• Потребують якісного заземлення (≤1 Ом)
• Ідеальні для систем зважування та точних вимірювань

Системи захисту від перенапруги

Системи захисту від перенапруги розроблені для усунення перенапруг, спричинених ударами блискавки, операціями перемикання, електростатичним розрядом, тертям або іскрами від двигунів, коливаннями в електромережі, замиканнями на землю/короткими замиканнями, спрацьовуванням запобіжників або паралельним встановленням енергетичних та інформаційних систем керування.

Модулі інтерфейсу із захистом від перенапруги відводять можливі перенапруги та струми через заземлення. Вони необхідні для сигналів вимірювання та керування в диспетчерській та на місці, а також для захисту напівпровідникових компонентів від збоїв через провали напруги або часті перенапруги. Вони забезпечують функціональну безпеку до SIL 3.

Комплексні системні рішення Pepperl+Fuchs

K-System

K-System представляє найбільший портфель ізольованих бар'єрів та кондиціонерів сигналу (200 ізольованих бар'єрів та 150 кондиціонерів сигналу). Ця система розроблена для змішаних багатофункціональних застосувань Ex та не-Ex модулів. Встановлення та живлення забезпечується через шину живлення (Power Rail), яка дозволяє подавати живлення на кожен встановлений модуль без індивідуального підключення проводів. K-System підтримує SIL 3 для всіх типів сигналів.

Приклади застосування:

• Моніторинг швидкості та напрямку обертання насосів на теплових електростанціях за допомогою перетворювачів частоти
• Моніторинг температури в контейнерах у життєвих науках за допомогою перетворювачів температури
• Керування клапанами та забезпечення безпечної передачі сигналу в фармацевтичній промисловості за допомогою бар'єрів іскробезпеки

H-System

H-System – це ізольовані бар'єри, які легко встановлюються на попередньо прокладені монтажні плати без дротів та інструментів. Система особливо підходить для середніх та великих систем, де сигнали передаються між вибухонебезпечною польовою зоною та системою керування. Модулі можуть бути замінені без дозволу на гарячі роботи. H-System може забезпечувати до SIL 2 (SC 3) для всіх типів сигналів.

Приклади застосування:

• Контроль позиціонерів водневих трубопроводів із зворотним зв'язком положення
• Безперервний моніторинг тиску масла в турбінах сміттєспалювальних заводів з використанням джерел живлення передавачів з SIL 3 та функцією спліттера
• Аварійні зупинки подачі матеріалів у хімічній промисловості з HART-прозорими іскробезпечними вихідними драйверами для забезпечення SIL 3

SC-System

SC-System – це кондиціонери сигналу, спеціально розроблені для загальнопромислових застосувань, що забезпечують абсолютно надійну комунікацію процесу. Вони відрізняються високоякісною ізоляцією, розширеним температурним діапазоном та надзвичайно компактним дизайном (ширина 6 мм). Забезпечують максимальний захист людей та обладнання за допомогою гальванічної ізоляції з робочою напругою 300 В та випробувальною напругою 3 кВ.

Приклади застосування:

• Гальванічна розв'язка між блоком оцінки та польовою стороною в системах керування комунальним господарством за допомогою комутаційних підсилювачів
• Точні вимірювання мілівольтових сигналів на випробувальних стендах за допомогою мілівольтових перетворювачів
• Точний контроль процесу розливу напоїв за допомогою тріп-підсилювачів з функцією "одноразового спрацьовування"

Додаткові функціональні модулі

Окрім зазначених систем, використовуються також інші функціональні модулі інтерфейсної технології:

• Блоки живлення - перетворюють змінну напругу мережі на захищену постійну напругу 24 В для підвищення доступності системи
• Релейні модулі - передають цифрові вихідні сигнали від системи керування до польового пристрою через реле
• Комутаційні підсилювачі - обробляють цифрові вхідні сигнали, підсилюють їх та ініціюють комутаційні виходи
• Перетворювачі частоти - перетворюють цифрові вхідні сигнали на аналогові струмові або напругові сигнали
• Джерела живлення передавачів - передають аналогові вхідні сигнали від передавачів до контролера та подають напругу по тій же лінії
• Драйвери соленоїдів - передають цифрові вихідні сигнали від блоку керування до клапана, надаючи також напругу та струм
• Повторювачі - підсилюють та відновлюють аналогові вхідні сигнали, не змінюючи їх, з основним застосуванням у гальванічній розв'язці з вибухозахистом
• Перетворювачі вимірювальних сигналів - передають аналогові вхідні сигнали до контролера та перетворюють їх у стандартні сигнали
• Тріп-підсилювачі - контролюють аналогові та цифрові вхідні сигнали на перевищення або падіння нижче встановлених граничних значень
• Струмові драйвери - передають аналогові вихідні сигнали (типово 4…20 мА) з боку керування на польову сторону

Рекомендації щодо вибору системи

Критерії вибору між системами

При виборі оптимальної системи вибухозахисту слід враховувати наступні фактори:

• Розмір проекту:
  • K-System - універсальне рішення для проектів будь-якого масштабу
  • H-System - оптимальна для середніх та великих систем (50+ каналів)
  • SC-System - ідеальна для компактних рішень в обмеженому просторі
• Рівень безпеки SIL:
  • SIL 3 - K-System для всіх типів сигналів
  • SIL 2/SC 3 - H-System
  • Без SIL - SC-System для загальнопромислових застосувань
• Особливості монтажу:
  • Потреба в "гарячій заміні" - H-System
  • Мінімальна ширина модулів - SC-System (6 мм)
  • Універсальність та гнучкість - K-System

Вибір між ізольованими бар'єрами та бар'єрами Зенера

Стандарти та сертифікація

Всі системи Pepperl+Fuchs відповідають наступним міжнародним стандартам:

• ATEX - європейська директива для обладнання вибухонебезпечних зон
• IECEx - міжнародна схема сертифікації
• NEC/CEC - північноамериканські стандарти
• IEC 61508/61511 - функціональна безпека (SIL)
• IEC 60079 - серія стандартів для вибухозахисту

Правильний вибір системи вибухозахисту - це інвестиція в безпеку людей, збереження обладнання та безперервність виробничих процесів. Враховуючи складність сучасних виробництв та зростаючі вимоги до безпеки, використання сертифікованих рішень від провідних виробників стає не просто рекомендацією, а необхідністю.