ОВЕН ИСКРА: безопасность работы оборудования во взрывоопасных зонах

Барьеры искрозащиты обеспечивают безопасность работы приборов и датчиков, находящихся во взрывоопасных зонах. Применение барьеров искрозащиты совершенно необходимо на промышленных объектах, связанных с производством или применением нефтепродуктов и горючих газов. Возникновение искры или нагревание какого-либо элемента во взрывоопасной зоне может привести к взрыву или пожару. Поэтому при измерении температуры, давления и уровня сред в агрегатах, работающих в таких зонах, используют искробарьеры. Компания ОВЕН выпускает для этих целей барьер искрозащиты ИСКРА.

Назначение искробарьеров

Искробарьер защищает взрывоопасную зону от искр, которые могут возникнуть в электрической цепи датчика и вызвать воспламенение газа. Представим ситуацию: взрывоопасная зона — например газораспределительная станция (ГРС), где постоянно присутствует природный газ и существует опасность его утечки. Как известно, газ может взорваться в смеси с воздухом, если он составляет от 5 до 15 % объема смеси. Но это может произойти только в том случае, если возникнет искра, способная «поджечь» эту взрывоопасную смесь. Если энергии искры будет недостаточно, то взрыва не произойдет.

Постоянное удерживание энергии вероятной искры на уровне, недостаточном для воспламенения взрывоопасной смеси, достигается ограничением напряжения, тока, емкости и индуктивности в электрической цепи «датчик-прибор». 

Датчик давления или температуры устанавливается на оборудовании во взрывоопасной зоне, а вторичный прибор — измеритель, терморегулятор, контроллер и т. п. — располагается во взрывобезопасной зоне. Ограничение электрических параметров самого датчика обычно закладывает производитель. То есть датчик в таком исполнении сам по себе не сможет служить причиной «мощной» искры. Но для искробезопасной цепи этого недостаточно — нужно, чтобы опасная энергия не проникла во взрывоопасную зону извне — от вторичного прибора. Эту задачу решает так называемое «связанное электрооборудование» — барьер искрозащиты. Он устанавливается во взрывобезопасной зоне и не позволяет напряжениям и токам электрической цепи превышать пороговые значения, которые могут вызвать взрыв.

Что учитывать при выборе барьера искрозащиты

Существует несколько классов взрывоопасных зон и способы обеспечения взрывобезопасности оборудования. В этой статье мы рассмотрим только вид взрывозащиты «Искробезопасная цепь», как ее обеспечить и на что обратить особое внимание.

«Искробезопасная электрическая цепь i» — вид взрывозащиты оборудования, основанный на ограничении энергии искры, которая может возникнуть внутри оборудования или проводки, находящихся во взрывоопасной зоне. Требования к искробезопасному (ex ia) оборудованию и обеспечению искробезопасности всей системы описаны в ГОСТ 31610.11 (IEC 60079-11:2011).

При подборе датчиков и искробарьеров необходимо учитывать следующие очень важные факторы. И у датчиков в искробезопасном исполнении, и у барьеров есть «свои» пороговые значения (рис. 1) напряжения (Ui, Uo), тока (Ii, Io), индуктивности (Li, Lo), емкости (Ci, Co). Они должны находиться между собой в определенных соотношениях (табл. 1). Соединительный кабель также имеет емкость и индуктивность, которую нужно учитывать (Lc, Cc).

Как видно из таблицы, напряжение и ток искробезопасного датчика должны быть выше соответствующих параметров искробарьера. В таком случае барьер гарантированно не введет датчик в опасный режим работы, при котором не гарантируется его взрывобезопасность.

При этом суммарные значения емкости и индуктивности связки «датчик+кабель» не должны превышать максимальных выходных параметров искробарьера. Это необходимо для гарантии того, что накопленная в реактивных компонентах энергия (катушки индуктивности, конденсаторы и т. п.) в случае короткого замыкания не вызовет искру, способную поджечь газовоздушную смесь.

Барьер искрозащиты ОВЕН ИСКРА.03

Искробарьеры могут быть трех уровней искробезопасности:

1. 1) ic — самый низкий из уровней взрывозащиты. Классифицируется как «повышенная надежность против взрыва».
2. 2) ib — высокий уровень защиты, классифицируется как «взрывобезопасный».
3. 3) ia — очень высокий уровень защиты, классифицируется как «особо взрывобезопасный».

Также искробарьеры делятся на два больших класса: активные и пассивные. Преимущества пассивных искробарьеров: бюджетность, надежность, не требуют питания. К недостаткам пассивных барьеров следует отнести внесение дополнительной погрешности в показания датчиков, узкий диапазон питающих напряжений и выход из строя при выбросах напряжения питания (сгорает предохранитель).

ОВЕН ИСКРА.03 относится к пассивным искробарьерам и имеет класс взрывозащиты «ia», т. е. особо взрывобезопасный. «03» означает, что это уже третий релиз прибора: впервые барьер увидел свет в 2005 году. Он соответствует требованиям регламента Таможенного союза 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах». ИСКРА имеет маркировку взрывозащиты [Ex ia Ga] IIC (рис. 2).

ИСКРА обеспечивает очень высокий уровень защиты взрывоопасной зоны от искр, способных воспламенить горючий газ. Обратите внимание: барьер не предотвратит возникновение искры вообще. Но он обеспечит ее «безобидность» — ограничит энергию искры и не допустит взрыва смеси.

Прибор ограничивает напряжение и ток в цепи до искробезопасных значений при воздействии на барьер напряжения до 250 В (рис. 3).

Как работает искрозащита

Пассивные или шунтдиодные искробарьеры конструктивно включают в себя так называемые диоды Зенера D (стабилитроны), сопротивления R, плавкие предохранители F. На рис. 4 приведена схема пассивного барьера искрозащиты. В качестве вторичного прибора показан измеритель с RS-485 ОВЕН ТРМ200.

При возникновении опасной ситуации (например скачка напряжения на входе барьера) стабилитроны D открываются и проводят излишки напряжения на землю, предохранитель F защищает барьер от повреждения, резистор R ограничивает ток в цепи. Совместная работа этих элементов гарантирует невозможность превышения тока и напряжения в цепи выше Io и Uo. В конструкцию барьера могут быть заложены 1, 2 или 3 стабилитрона. Это напрямую влияет на его уровень искробезопасности.

Модификации ОВЕН ИСКРА.03

В мае 2020 года компания ОВЕН дополнила линейку барьеров искрозащиты прибором ИСКРА-СКх.03. Барьеры искрозащиты ИСКРА-СКх.03 обеспечивают надежное безопасное подключение сигнализаторов уровня ОВЕН ПДУ-Ех к вторичным устройствам. 

Сейчас существует четыре модификации ИСКРЫ (табл. 2) — каждая для работы с определенным типом датчиков:

1. ТС — с термосопротивлениями (медными и платиновыми RTD, сигнал в омах).
2. ТП — с термопарами (ХА, ХК и др., сигнал в мВ).
3. АТ — с сигналом 4…20 мА (датчики давления, уровня, температуры со встроенными нормирующими преобразователями).
4. СК — с поплавковыми сигнализаторами уровня ПДУ (дискретный сигнал, 1, 2 или 3 канала).

Прибор ОВЕН ИСКРА.03 может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от -40 до +50 °С. Корпус предназначен для крепления на DIN-рейку 35 мм. Стоимость прибора составляет около 3 тыс. рублей, что гораздо ниже зарубежных аналогов, и ставит ИСКРУ в один ряд с лучшими искробарьерами по соотношению «цена-качество».