Искробезопасные цепи что это
Как сделать искробезопасную цепь — общие характеристики, схемы
В ГОСТ З 51330.10-99 в справочном приложении указаны схемы и расшифровки для простейших устройств искрозащиты, которые могут применяться в электроустановках различного типа на опасных производствах
Показатель искробезопасности
Коэффициент искробезопасности устройства определяется отношением наименьшей воспламеняющей способности аппарата к значению эталонного показателя искробезопасности,принятому в целом по отрасли. Хорошими показателями считаются:
Расчет и испытания данных коэффициентов регламентируются ГОСТом 22782.5-78.
Область применения
Прежде всего, искробезопасные электрические цепи используются на различных опасных промышленных производствах. Это может быть цех, участок, площадка, на которой производят, хранят, перерабатывают или используют следующие вещества:
Пожарная сигнализация
Использование искробезопасных цепей пожарной сигнализации практикуется уже довольно давно. Разработаны и выпускаются целые серии изделий. Это не удивительно. так как пожарная сигнализация устанавливается в первую очередь на производства и в помещения, которые находятся в группе риска, так что применение специальных искрозащищеных приспособлений было очень востребовано.
Оптико-электронный комплекс тревожно-пожарной сигнализации на искробезопасных соединениях Ладого Ех
Комплекс имеет в своем составе исключительно взрывозащищенные устройства на искробезопасных цепях. К примеру,
Использование искробезопасных цепей во взрывозащищенных приспособлениях
Устройства, которые имеют взрывозащиту применяют для подачи питания и управления искробезопасные цепи различного типа. Они ограничивают предельную энергию, которая накапливается ими в процессе эксплуатации и рассеивают ее, опуская уровень ниже чем наименьшая величина энергии, необходимая для воспламенения в данной небезопасной среде.
Для большинства взрывозащищенных приспособлений искробезопасные цепи предоставляют следующий диапазон допустимых значений энергии – от 20 до 180 мкДж (микроджоулей). При этом максимальное напряжение в разомкнутой сети составляет 36 В и силе тока при котором происходит короткое замыкание в 120 мА с максимально допустимой мощностью 0,45Вт
Различают три уровня взрывозащиты:
Продукция производителей искробезопасных цепей используется для комплектации электрических узлов и в приборах, различных установках и приспособлениях. В зависимости от уровня использования различают:
Искробезопасное оборудование – это электрические устройства у которых все цепи состоят из искробезопасных узлов. Однако, учитывая, что стоимость таких узлов достаточно велика, а укомплектованный ими прибор становится излишне сложным и громоздким, некоторые устройства комплектуются безопасными цепями только частично.
Связанное электрооборудование – искробезопасные цепи установлены только в части схем таких приборов. Причем полностью отделены от искроопасных так, что на их работу не оказывается влияния.
Такие приборы стоят дешевле, но могут использоваться во взрывоопасных зонах частично. К примеру, датчик, укомплектованный искробезопасними цепями, находится в зоне риска и производит измерения, в прибор на который выводится изображение, находится вне опасного цеха.
Искробезопасная электрическая цепь
Искробезопа́сная электри́ческая цепь — электрическая цепь, выполненная так, что электрический разряд не может воспламенить взрывоопасную среду с вероятностью большей 0,001 при предписанных условиях испытания. Вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» основывается на поддержании искробезопасного тока (напряжения, мощности или энергии) в электрической цепи.
Содержание
Уровни искробезопасности электрических цепей
Уровень ia
Уровень ib
Уровень ic
Повышенная надежность против взрыва
Коэффициенты искробезопасности
Под коэффициентом искробезопасности понимается отношение минимальных воспламеняющих параметров к соответствующим искробезопасным. По стандартам США для вида взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» приняты следующие коэффициенты искробезопасности:
В Северной Америке принят коэффициент искробезопасности 1,5 по энергии, если конструкция устройства экспериментально испытана. При теоретических исследованиях применяется коэффициент 2 по напряжению и току для нормального режима и одного повреждения в аварийном режиме, коэффициент 1,33 применяется для аварийного режима с двумя повреждениями. Основной причиной повышения значений коэффициентов искробезопасности при теоретических исследованиях является неизвестность номинальных значений компонентов. Например, значение индуктивности может зависеть от метода измерения.
В соответствии с европейскими стандартами и отечественным ГОСТом искробезопасные цепи должны иметь коэффициент искробезопасности не ниже 1,5 в нормальном режиме работы электрооборудования, а также в аварийных режимах при искусственно создаваемых повреждениях его элементов и соединений. Коэффициент искробезопасности 1,5 применяется к напряжению и току, ему соответствует коэффициент 2,25 по энергии.
Классификация искробезопасного оборудования
Простое электрооборудование
Простое электрооборудование (simple apparatus) — Электрическое устройство или совокупность электрических устройств простой конструкции с установленными значениями электрических параметров, которые соответствуют параметрам искробезопасной электрической цепи, в которой они используются. [1]
Считают простым следующее электрооборудование:
a) пассивные электрические устройства, например выключатели, распределительные коробки, резисторы и простые полупроводниковые приборы;
b) электрические устройства, способные накапливать энергию, с установленными электрическими параметрами, значения которых учитывают при определении искробезопасности цепей (например конденсаторы или катушки индуктивности);
c) электрические устройства, способные генерировать энергию, например термопары и фотоэлементы, параметры которых не превышают 1,5 В, 100 мА и 25 мВт. Значения индуктивности или емкости, которыми обладают эти электрические устройства, учитывают, как указано в подпункте b.
Следует учесть то условие, что простое оборудование, тем не менее, должно соответствовать требованиям, предъявлемыми действующей НТД к искробезопасному оборудованию.
В соответствии с ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010 при применении простого оборудования в искробезопасных цепях следует также учитывать следующее:
1) Безопасность простого оборудования не должна обеспечиваться применением ограничительных устройств по току и/или напряжению;
2) В оборудовании должны отсутствовать средства увеличивающие значения тока или напряжения;
3) Простое оборудование должно быть испытано 2-х кратным напряжением, но не менее 500 В;
4) Зажимы простого оборудования должны отвечать специальным требованиям;
5) Неметаллические оболочки или оболочки из легких сплавов должны удовлетворять требованиям по электростатической безопасности;
6) Необходима оценка температурного класса оборудования
Так, например, термопреобразователь сопротивления (ТСМ или ТСП) в общем случае подпадает под определение «простого оборудования», но согласно ГОСТ 6651-2009 в соответствии с которым выпускаются термопреобразователи сопротивления, они подвергаются испытанию лишь на напряжение в 250 В. Следовательно, не могут быть использованы в искробезопасных цепях! Для включения ТСМ (ТСП) в ИБЦ требуется специальное исполнение датчика, прошедшего соответствуещее испытание на прочность изоляции.
Проверка простого оборудование на соответствие п.п. 4 и 5 отнимает много времени и сил, зачастую требуемой информации для проверки на соответствии просто нет в свободном доступе, что делает практически невозможным такую проверку.
Искробезопасное электрооборудование
Искробезопасным электрооборудованием является электрооборудование, у которого внешние и внутренние электрические цепи искробезопасны. Внешнее оборудование (выходные элементы, преобразователи «ток-давление», клапаны соленоидов и т.д.), применяющееся во взрывоопасных зонах, должно быть сертифицировано на искробезопасность. Сертификация основывается на максимальном уровне энергии (группа газа) и величине температуры самовоспламенения. Маркировка электрооборудования, устанавливаемого во взрывоопасных условиях, должна содержать обозначения уровня искробезопасной цепи.
Связанное электрооборудование
Электрооборудование должно размещаться во взрывобезопасной зоне, а при размещении во взрывоопасной среде должно иметь соответствующие виды взрывозащиты.
В европейской практике для связанного электрооборудования, размещенного во взрывобезопасной зоне, применяется следующая маркировка: [Ex ia] II, C.
Связанное электрооборудование, размещенное во взрывоопасной зоне и имеющее вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка», маркируется следующим образом: Ex «d» [ia] II,C T4. Маркировка в квадратных скобках указывает на то, что это связанное электрооборудование. Взрывозащищенное электрооборудование с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь», размещенное во взрывоопасной зоне, должно быть также сертифицировано на соответствие величине температуры самовоспламенения.
Прокладка кабелей и электропроводка
Электроустановки с искробезопасными электрическими цепями должны быть смонтированы таким образом, чтобы на их искробезопасность не оказывали неблагоприятное воздействие внешние электрические или магнитные поля, например, от близлежащих воздушных линий электропередачи или сильноточных одножильных кабелей. Это может быть достигнуто, например, использованием экранов и (или) изгибом жил или обеспечением требуемого удаления от источника электрического или магнитного поля.
Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) п. 7.3.117 кабели искробезопасных электрических цепей как во взрывоопасной зоне, так и вне ее должны отвечать следующим требованиям:
Проводники искробезопасных и искроопасных электрических цепей в одном и том же пучке или канале рекомендуется разделять промежуточным слоем изоляционного материала или заземленной металлической перегородкой. Никакого разделения не требуется, если для искробезопасных или искроопасных цепей используют металлические оболочки или экраны. Поскольку искробезопасные электрические цепи применяются во взрывоопасных зонах, то при прокладке кабельных трасс следует учитывать и другие требования ПУЭ гл. 7.3.
При выборе кабельной продукции следует учитывать следующие требования ПУЭ для взрывоопасных зон:
Каждая неиспользуемая жила в многожильном кабеле должна быть соответствующим образом изолирована от земли и от других жил с обоих концов за счет использования соответствующих концевых заделок или в случае, если другие цепи в многожильном кабеле имеют заземление (имеется в виду через связанное оборудование), жила должна быть соединена с точкой заземления, используемой для заземления любых искробезопасных цепей в том же кабеле, но ее следует должным образом изолировать от земли и от других жил на другом конце за счет использования соответствующих концевых заделок.
По правилам ПУЭ изоляция проводов искробезопасных электрических цепей должна иметь отличительный синий цвет. Допускается маркировать синим цветом только концы проводов.
Искробезопасная электрическая цепь
Искробезопасной называется такая электрическая цепь, само исполнение которой с вероятностью не более 0,1% не допустит возникновения электрического разряда, способного вызвать воспламенение окружающей ее взрывоопасной среды, что, как правило, подтверждается условиями испытаний. Условие взрывозащищенности «искробезопасной электрической цепи» зиждется на поддержании в такой цепи напряжения, тока и мощности на определенном искробезопасном уровне. Для искробезопасной цепи можно выделить три уровня искробезопасности: ia, ib и ic.
ib – взрывобезопасный уровень. С этим уровнем допускается лишь одно повреждение, поэтому он применим лишь ко взрывоопасным зонам класса 1 и 2.
ic – уровень повышенной надежности против взрыва. Вообще не допускает повреждений, в связи с чем применяется только во взрывоопасных зонах класса 2.
Классы взрывоопасных зон
Как и уровни искробезопасности цепей, взрывоопасные зоны также классифицируются:
Взрывоопасная зона 0. В такой зоне постоянно или на протяжении длительного времени присутствует взрывоопасная газовая смесь.
Взрывоопасная зона 1. В этой зоне даже при нормальных условиях эксплуатации оборудования всегда есть некоторая вероятность того, что взрывоопасная газовая смесь может присутствовать вокруг.
Взрывоопасная зона 2. В данной зоне при нормальных условиях эксплуатации оборудования вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси очень маловероятна. Если такое и случается, то крайне редко, и то на непродолжительный промежуток времени.
Коэффициент искробезопасности 1,5 — для одного повреждения в наиболее неблагоприятных условиях;
Коэффициент искробезопасности 1 — для двух повреждений в наиболее неблагоприятных условиях;
Например в Северной Америке коэффициент 1,5 по энергии принят для условий, когда устройство прошло экспериментальные испытания. В ходе теоретических исследований для нормального режима и для аварийного режима с одним повреждением берут коэффициент 2 по току и напряжению, а для аварийного режима с двумя повреждениями принимают коэффициент искробезопасности 1,33.
Главная причина, почему в данных условиях повышают коэффициент искробезопасности — при теоретических исследованиях обычно не располагают полной информацией о номиналах всех компонентов, например величина индуктивности может зависеть от того, как ее измеряют.
Согласно отечественному ГОСТу и евростандартам, коэффициент искробезопасности искробезопасной цепи не должен быть менее 1,5 для нормального режима работы электрооборудования, а также для аварийного режима с искусственно созданным повреждением соединений и прочих элементов на данном электрооборудовании. Применительно к напряжению и току, коэффициент искробезопасности 1,5 соответствует коэффициенту 2,25 применительно к энергии. 
Простое электрооборудование
Электрооборудование имеет собственную классификацию в аспекте искробезопасности. Простое оборудование включает в себя электрические устройства или совокупность электрических устройств простой конструкции с определенными значениями установленных технических параметров, соответствующих параметрам искробезопасности той электрической цепи, в которой они применяются.
К такому простому электрооборудованию относятся:
2 — устройства, могущие накапливать энергию с электрическими параметрами, которые установлены и учитываются при определении искробезопасности — конденсатор, катушка индуктивности;
3 — генерирующие энергию устройства — термопары и фотоэлементы с напряжением не более 1,5 В, током не более 0,1 А, мощностью не более 0,025 Вт. Индуктивные и емкостные факторы данных устройств учитываются как во 2 подпункте.
Необходимо понимать, что простое оборудование должно отвечать требованиям, предъявляемым актуальной научно-технической документацией к искробезопасному оборудованию. Так, согласно ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010, применяя простое оборудование в искробезопасных цепях, необходимо учитывать следующее:
1) Простое оборудование не должно быть безопасным благодаря ограничителям тока и/или напряжения.
2) В составе оборудование не должно присутствовать средств повышения напряжения или тока.
3) Предварительно простое оборудование обязательно испытывается удвоенным напряжением, минимум 500 В.
4) Все зажимы обязаны отвечать спец.требованиям.
5) Оболочки из неметаллов или легких сплавов должны быть электростатически безопасными.
6) Температурный класс оборудования должен соответствовать условиям эксплуатации.
Практически данный ряд ограничений вызывает затруднения для использования простого оборудования в искробезопасных цепях. Пункты 1 и 2 как правило соблюдаются легко. А вот пункты с 3 по 6 — уже способны вызвать трудности.
Скажем, термометр сопротивления хотя и является простым оборудованием, однако по ГОСТу 6651-2009 испытывается такое устройство лишь напряжением 250 В, и значит не может применяться в искробезопасной цепи (в соответствии с пунктом 3). Для применения такого устройства необходимо особое исполнение датчика с надлежащей прочностью его изоляции.
По пунктам 4 и 5 простое оборудование проверить непросто, ибо необходимая информация часто недоступна, и правильно провести проверку не представляется возможным.
Искробезопасным называется такое электрооборудование, которое имеет искробезопасные внутренние и внешние электрические цепи. Внешнее оборудование, такое как выходные элементы, соленоидальные клапаны, преобразователи ток-давление, будучи применено во взрывоопасной зоне должно иметь сертификат на электробезопасность. Сертификация базируется на максимуме уровня энергии и значении температуры самовоспламенения.
Электрооборудование, устанавливаемое во взрывоопасных условиях, должно иметь соответствующую маркировку, содержащую обозначение уровня искробезопасности цепи.
К связанному электрооборудованию относятся цепи устройств и электрооборудование, которое при нормальном или аварийном режимах работы не оказывается отделено гальванически от искробезопасной цепи.
Пассивные и изолированные барьеры постоянного тока, а также контрольно-измерительное оборудование, применяемое для измерения и сопряжения сигналов принимаемых из опасных зон, выступают главной частью оборудования данного типа, и поэтому должны иметь сертификаты на максимальное значение энергии, которое может быть передано во взрывоопасную зону.
Само электрооборудование размещается во взрывобезопасной зоне, а если необходимо разместить его во взрывоопасной зоне, то оборудование оснащается соответствующей взрывозащитой.
Европейские предприятия на связанном электрооборудовании, размещаемом во взрывобезопасной зоне, ставят маркировку [Ex ia] IIC. А связанное электрооборудование, которое размещается во взрывоопасной зоне, и имеет при этом взрывонепроницаемую оболочку, маркируется Ex «d» [ia] IIC T4. Маркировка в квадратных скобках отражает тот факт, что данное электрооборудование является связанным.
Взравозащищенное электрооборудование с взрывозащитой вида «искробезопасная электрическая цепь», размещаемое во возрывоопасной зоне, обязано иметь сертификат касательно величины температуры самовоспламенения.
Особенности искробезопасного монтажа
Монтаж электроустановок с искробезопасными электрическими цепями выполняется так, чтобы внешние электрические и магнитные поля не оказывали вредного влияния на их искробезопасность. Источниками внешних электрических и магнитных полей могут оказаться проходящие рядом ЛЭП или провода с большим током. Полезно использование экранов, изгиб жил, либо физическое отодвигание источника электрического или магнитного поля от установки.
В соответствии с ПУЭ п 7.3.117, кабели искробезопасных электрических цепей, устанавливаемые хоть во взрывоопасной зоне, хоть вне ее, обязаны отвечать надлежащим требованиям.
Кабель искробезопасной цепи отделяется от всех кабелей согласно ГОСТ 22782.5-78. Недопустимо использовать в искробезопасной и искроопасной цепи одного и того же кабеля. Высокочастотные кабели искробезопасных цепей не должны иметь петель. Кроме того, провода искробезопасных цепей обязательно защищаются от наводок, могущих нарушить их искробезопасность.
Если в одном канале или пучке имеются одновременно кабели искроопасных и искробезопасных цепей, то их рекомендовано разделять слоем промежуточной изоляции либо заземленной проводящей перегородкой. Не разделять такие кабели можно лишь при условии, что искробезопасные или искроопасные цепи имеют собственные индивидуальные экраны или металлические оболочки.
При прокладке искробезопасных кабельных трасс во взрывоопасных зонах, необходимо соблюдать и прочие требования ПУЭ гл. 7.3.
Выбирая кабель для взрывоопасной зоны, учитывают следующие требования ПУЭ:
проводники должны быть изолированы;
используются только провода с медными жилами;
допускается резиновая или ПВХ-изоляция;
полиэтиленовая изоляция запрещена; во взрывоопасных зонах класса BI и Bia алюминиевая оболочка исключается.
Если прокладка внешняя, то оболочка кабеля не должна быть изготовлена из материала, поддерживающего горение (битум, джут, хб). Каждая жила, если она не используется, должна иметь изоляцию от других жил и от земли, что достигается применением заделок.
Если же другие цепи многожильного кабеля заземлены через связанное оборудование, жила соединяется со специальной точкой заземления, предназначенной для заземления любых искробезопасных цепей того же кабеля. Но жила должна быть изолирована также концевой заделкой от земли и от других жил на противоположном ее конце. Изоляция концов проводов искробезопасных цепей выполняется синим цветом, это регламентировано в ПУЭ.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Основы искробезопасности цепей
Возникновение искры или нагрев какого-либо элемента на взрывоопасных объектах может привести к необратимым последствиям. Для безопасности производства, хранения и транспортировки нефтепродуктов или горючих газов необходимо устанавливать дополнительное оборудование, обеспечивающее взрывозащиту. Для искробезопасности электрических цепей применяются барьеры искрозащиты ОВЕН Искра.
Во взрывоопасных зонах необходимо создавать условия, неспособные вызвать воспламенение горюче-смазочных материалов, т.е. помимо применения оборудования в искробезопасном исполнении должны применяться искробезопасные цепи.
Искробезопасная электрическая цепь i – вид взрывозащиты, основанный на ограничении энергии искры, которая может возникнуть внутри оборудования или проводки, находящихся во взрывоопасной зоне, например, на объектах с горючими газами. Требования к искробезопасному (ex ia) оборудованию и обеспечению искробезопасности прописаны в ГОСТ 31610.11 (IEC 60079-11:2011).
Смесь газа (5 – 15 %) с воздухом может взорваться только в случае возникновения искры, способной «поджечь» эту взрывоопасную смесь. Если энергии искры будет недостаточно, то взрыва не произойдет. Для удержания энергии искры на уровне, недостаточном для воспламенения взрывоопасной смеси, необходимо ограничивать электрические параметры (напряжение, ток, емкость и индуктивность) в цепи «датчик – прибор».
У датчиков в искробезопасном исполнении и у барьеров есть собственные пороговые значения напряжения (Ui, Uo), тока (Ii, Io), индуктивности (Li, Lo), емкости (Ci, Co) (рис.1), которые должны находиться между собой в определенных соотношениях. Кроме этого, следует учитывать, что соединительный кабель также имеет емкость и индуктивность (Lc, Cc).
Датчики давления или температуры устанавливаются во взрывоопасной зоне, а вторичный прибор – измеритель, терморегулятор, контроллер и т.п. – должен располагаться во взрывобезопасной зоне. Электрические параметры датчиков ограничивает производитель, то есть датчик в исполнении ex ia не может служить причиной мощной искры. Но для искробезопасной цепи этого недостаточно – нужно, чтобы искра не имела возможности проникнуть во взрывоопасную зону извне, от вторичного прибора. Это условие обеспечивает барьер искрозащиты ОВЕН ИСКРА.03. Барьер устанавливается во взрывобезопасной зоне и не позволяет превысить пороговые значения электрической цепи. Маркировка барьера ИСКРА.03 показана на рис. 2.
Из табл. 1 видно, что напряжение и ток искробезопасного датчика должны быть выше соответствующих параметров искробарьера. Только при таких условиях барьер обеспечивает взрывобезопасность датчика. При этом суммарные значения емкости и индуктивности соединения «датчик – кабель» не должны превышать максимальных выходных параметров искробарьера. Это необходимо для того, чтобы накопленная в реактивных компонентах (катушки индуктивности, конденсаторы и т.п.) энергия в случае короткого замыкания не вызвала искру, способную поджечь газовоздушную смесь.
Искробарьеры делятся на два класса: активные и пассивные.
Пассивный тип барьеров искрозащиты
Пассивные или шунт-диодные искробарьеры включают так называемые диоды Зенера D (стабилитроны), резисторы R и плавкие предохранители F (рис. 3). При возникновении опасной ситуации (например, скачка напряжения на входе барьера) стабилитроны D открываются и сбрасывают 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, их количество влияет на уровень искробезопасности.
Пассивные искробарьеры могут быть трех уровней искробезопасности:
Преимущества пассивных искробарьеров:
Особенности пассивных искробарьеров:
ОВЕН ИСКРА.03 относится к пассивным искробарьерам с классом взрывозащиты «ia».
Активный тип барьеров искрозащиты
Принципиальное отличие активных барьеров от пассивных заключается в том, что активный барьер имеет в своем составе активные полупроводниковые элементы, которые обеспечивают питание датчика с ограниченными параметрами по току и напряжению, позволяют выдавать/принимать сигналы и преобразовывать их в унифицированные (4…20 мА) и т.д.
Современные активные барьеры имеют гальваническую развязку между цепью датчика и цепью связанного оборудования, находящегося во взрывобезопасной зоне. Гальваническая развязка означает, что датчик, находящийся во взрывоопасной зоне, и контроллер, находящийся в безопасной зоне, не имеют непосредственного электрического контакта. Цепи с гальванической развязкой являются самыми безопасными и помехозащищенными.
Активные барьеры включают в себя пассивный барьер со средствами развязки (транзисторные оптопары или трансформаторы), преобразователи сигнала и т.д. (рис. 4).
Преимущества активных барьеров:
Слабые места активных барьеров:
В ассортименте ОВЕН есть активный искробарьер – НПТ-1К.Ех.
© Автоматизация и Производство, 2021. Все права защищены. Любое использование материалов допускается только с согласия редакции. За достоверность сведений, представленных в журнале, ответственность несут авторы статей.
Издание зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Свидетельство о регистрации средств массовой информации ПИ № ФС77-68720.