Hva er egensikkerhet? Definisjon, grenser og utforming av farlige områder

En tekniker klemmer en lekkasjedetektor på en kjøler fylt med R290 propan. Verktøyet går på et 9 V-batteri, sitter omtrent 20 mm fra et ledd som nettopp har begynt å gråte, og ingen ser to ganger på elektronikken inne i det. Egensikkerhet eksisterer fordi det andre blikket er det som forhindrer en eksplosjon. Begrepet beskriver en beskyttelsesteknikk som holder den elektriske og termiske energien inne i en krets under nivået som kan antenne den omkringliggende brennbare atmosfæren, i normal drift og under et definert antall feiltilstander.

Definisjonen høres beskjeden ut, men den omformer alt nedstrøms. Fordi beskyttelse kommer fra å begrense energien i stedet for å inneholde en eksplosjon, dekker den hele sløyfen, inkludert ledningene som går tilbake til kontrollskapet. Det betyr også at designet kan beregnes og sertifiseres før noe når stedet.

Den formelle definisjonen og de tre grensene

Den formelle formuleringen kommer fra IEC 60079-11, standarden bak Ex i-merkingen, og den er gjentatt i det europeiske ATEX-direktivet 2014/34/EU og i IECEx-ordningen. En enhet kvalifiserer som egensikker når energien den kan frigjøre er begrenset slik at antennelse ikke kan skje ved normal drift eller under definerte feilforhold.

Tre mengder kontrolleres sammen, og hvilken som helst av dem kan starte en brann:

• Spenning, fordi en gnist trenger nok potensial til å bryte ned gapet mellom ledere.
• Strøm, fordi energien i en bruddgnist stiger med strøm og med kretsinduktans.
• Effekt og overflatetemperatur, fordi en varm overflate kan antenne en gass uten noen gnist i det hele tatt.

Grensene er ikke valgt av designeren. Hver sertifisert feltenhet er publisert med enhetsparametere: maksimal inngangsspenning Ui, inngangsstrøm Ii, inngangseffekt Pi og intern kapasitans og induktans Ci og Li. Barrieren eller isolatoren i den andre enden av kabelen publiserer matchende utgangsverdier Uo, Io og Po, mens kabelen legger til kapasitans og induktans for hver meter av dens lengde. En løkke er kun kompatibel når hvert par står på linje med margin til overs.

Reglene er bevisst konservative. Gnistantenningskurver brukes med en sikkerhetsfaktor, vanligvis 1,5, så den sertifiserte grensen ligger allerede under energien som antente gassen i laboratorietester. For gruppe IIC-gasser som hydrogen og acetylen forblir en typisk krets under 30 V, nær 100 mA og en brøkdel av en watt, mens en sammenlignbar design for metan kan bære merkbart mer. T6 begrenser overflatetemperaturen til 85 grader Celsius og T4 ved 135 grader Celsius, godt under selvantennelsestemperaturen til gassene de dekker.

Hva en egensikker krets faktisk inneholder

Tre deler utgjør en fungerende installasjon, og alle tre må samsvare på papir før noen av dem bestilles.

Feltenheten i det klassifiserte området

Dette er instrumentet, bryteren, spolen eller sensoren som er utsatt for atmosfæren, og merkingen viser feiltoleransen den har. Ex ia forblir trygg med to feil og er tillatt i sone 0, hvor en brennbar atmosfære er tilstede kontinuerlig eller over lengre perioder. Ex ib dekker sone 1 med én feil, og Ex ic dekker sone 2, hvor en atmosfære er usannsynlig og kortvarig.

Barrieren eller isolatoren i det sikre området

Det tilhørende apparatet begrenser energien som når feltet. En zenerbarriere bruker shuntdioder, en sikring og en motstand, og trenger en dedikert sikkerhetsjord målt til under 1 ohm. En galvanisk isolator fungerer gjennom transformatorer eller optisk kobling og trenger ingen sikkerhetsjording, derfor velges den ofte der jording er vanskelig å påvise og vedlikeholde.

Enkelt apparat og passive kontakter

Ikke hver komponent trenger et eget sertifikat. IEC 60079-11 tillater enkle apparater, definert som en enhet som verken genererer eller lagrer mer enn 1,2 V, 0,1 A, 20 mikrojoule eller 25 mW. Passive brytere, termoelementer, koblingsbokser og enkle trykkbryterkontakter kvalifiserer så lenge den omkringliggende sløyfen allerede er energibegrenset. Det er her en kjøletrykkregulator tjener sin plass i et design: kontaktene deler et hus med en prosesstilkobling som kan sitte i et klassifisert område, og fordi disse kontaktene bare alltid har en begrenset sløyfestrøm, trenger ikke kabinettet å bli en flammesikker boks.

Kjøletrykkregulator Kjøletrykkregulatoren har en rektangulær boks med et hvitt, korrosjonsbestandig plasthus. Mekaniske pekertrykkmålere på begge sider av... Se produkt →

Kabelen mellom dem

Kabel er en komponent, ikke et tilbehør. Egensikre ledninger er normalt blå mantlet og adskilt fra ikke-IS-kretser med 50 mm eller av en jordet metallisk skillevegg, og dens kapasitans og induktans per meter legges inn i sløyfeberegningen.

Egensikkerhet sammenlignet med andre beskyttelsesmetoder

Beskyttelse av farlige områder er en familie av teknikker i stedet for et enkelt svar. Tabellen nedenfor setter egensikkerhet ved siden av metodene den oftest veies mot.

Hvor egensikkerhet viser seg i kjøling og klimaanlegg

Brannfarlige kjølemedier flyttet emnet fra det kjemiske anlegget inn i kjølerommet. R290 og R600a sitter i gruppe A3, mens R32 og R454B sitter i A2L, noe som betyr at plassen rundt et apparat kan klassifiseres der en lekkasje er troverdig. Når en sone eksisterer, må de elektriske delene som er koblet til den kretsen beskyttes tilsvarende.

Elektriske komponenter inne i en brennbar kjølemiddelkonvolutt

En solenoidspole som åpner under belastning produserer nøyaktig den induktive bruddgnisten som enhetsparametere for induktans ble skrevet for, og en trykkbryteråpning på en feil gjør det samme. Spoler, brytere og sensorer velges derfor med tanke på sonen, og en spoleklassifisering kontrolleres separat fra ventilhuset. En kjølemagnetventil som EVR-serien er et kjent eksempel på en kropp valgt for trykk, kjølemiddelkompatibilitet og tetning, en som blir egnet for et klassifisert område bare når den er paret med en korrekt klassifisert spole og krets.

EVR magnetventil EVR magnetventils are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... Se produkt →

Nettstedet holder et kort teknisk notat om hvordan EVR-magnetventiler i kjølekretser oppføre seg i tjeneste, som er et nyttig utgangspunkt for den sjekken.

Termisk energi og varmt arbeid nær en åpen krets

Egensikkerhet dekker termisk energi så vel som elektrisk energi, og servicearbeid er der den forskjellen biter. Lodding av en skjøt på en krets som nettopp har blitt åpnet betyr en flamme, et varmt rør og kjølemiddel som fortsatt kan være tilstede i ledningen. De praktiske kontrollene er en nitrogenspyling, en gasssjekk før fakkelen tennes, og en lommelykt hvis flamme kan holdes i den størrelsen skjøten faktisk trenger i stedet for den største innstillingen som er tilgjengelig.

Dobbeltrør MAPP sveisepistol MAPP-sveisepistolen med to rør er designet for scenarier som vedlikehold av klimaanlegg og kjølesystem, presisjonssveising av kobberrør, osv. Den bruker... Se produkt →

Hvor mye energi snakker vi egentlig om

Antennelsesenergi av vanlige brannfarlige stoffer

Figur 1 plotter tennenergien til fem stoffer som dukker opp i kjøle- og prosessanlegg. Hydrogen trenger bare rundt 0,017 mJ, omtrent en sekstendedel av energien som metan krever. Det er grunnen til at den samme senderen kan bære en komfortabel strømmargin i et naturgassanlegg og likevel mislykkes i enhetskontrollen på en hydrogenslip, fordi gassgruppen endrer kurven beregningen går mot. Tallene forklarer også hvorfor standarden fungerer i milliwatt, siden en godt ladet menneskekropp kan frigjøre langt mer enn 0,017 mJ. Praktisk design tar derfor sikte på milliwatt-drift, og det er regnestykket bak 1,5-sikkerhetsfaktoren.

Lagret energi i tilkoblingskabelen

Figur 2 konverterer kabelkapasitans til lagret energi med det velkjente halve CV-kvadratforholdet ved en sløyfespenning på 24 V. Instrumentkabelen ved ca. 60 pF per meter når omtrent 8,6 mikrojoule over 500 m, mens kabelen for generell bruk ved 200 pF per meter passerer 28,8 mikrojoule over samme avstand. Den stiplede linjen markerer 0,017 mJ tennenergien til hydrogen, som den generelle kabelen krysser på rundt 300 m og instrumentkabelen aldri når innenfor det kartlagte området. Den kryssingen er grunnen til at kabeltype, kabellengde og sløyfespenning hører hjemme på kontrolltegningen i stedet for å overlates til installatøren. Det forklarer også hvorfor bytte av en kabel på stedet for en høyere kapasitansekvivalent er en designendring snarere enn en vedlikeholdsbeslutning.

To sammenligninger som bestemmer et design

Hvor mye av en barrierevurdering en sløyfe bruker

Figur 3 tar et felles arrangement, en 24 V-sender som trekker 20 mA fra en barriere med 28 V, 93 mA og 0,65 W, og viser hvor mye av hver grense sløyfen forbruker. Spenning er den strammeste begrensningen på omtrent 86 prosent, strøm følger med på omtrent 74 prosent, og strømmen berøres knapt på rundt 22 prosent. Den ubalansen er normal, fordi sløyfer i farlig område nesten alltid er spenningsbegrenset mens den gjeldende takhøyden ser generøs ut. Det betyr noe når noen ønsker å legge til en ekstra enhet til den samme barrieren eller forlenge løpeturen, siden spenningsbudsjettet forsvinner lenge før det nåværende budsjettet gjør det. Å sjekke alle tre parene, i stedet for den som ser komfortabel ut, er det som holder en løkke sertifisert.

Beskyttelsesmetoder på tvers av fem praktiske kriterier

Figur 4 skårer egensikkerhet, flammesikker beskyttelse og ikke-tennende beskyttelse fra én til fem på kriteriene som vanligvis avgjør et prosjekt: egnethet for sone 0, toleranse for vedlikehold under spenning, installert kostnad, enkelhet med kabling og vekt på maskinvare. Egensikkerhet fyller formen mot sone 0 og live-vedlikehold, og derfor er det standard for instrumenter som må kalibreres mens anlegget er i gang. Flammesikret beskyttelse strekker seg mot enkel ledning, fordi kabinettet gjør jobben og ingen sløyfeberegning er nødvendig, men den scorer lavt på levende vedlikehold og maskinvarevekt. Ikke-tennende beskyttelse når ytterkanten på kostnad og ledninger fordi den kun er beregnet for sone 2, hvor en brennbar atmosfære er usannsynlig og kortvarig. Å lese de tre formene sammen gir den praktiske regelen: match metoden til sonen først, la deretter kostnad og vedlikehold velge mellom metodene som kvalifiserer.

Verifisering er det som skiller en kompatibel installasjon fra en som bare ser overbevisende ut. Før en sløyfe tas i bruk, kontroller sertifikatnummeret og merkingen på enheten, bekreft at Uo er ved eller under Ui, at Io er ved eller under Ii og at Po er ved eller under Pi, og legg deretter til kabelkapasitansen og induktansen mot Co og Lo. Les også de spesielle betingelsene som er trykt etter sertifikatnummeret, siden de ofte har en X og en begrensning på hvordan enheten kan brukes. Til slutt, bekreft temperaturklassen mot gassen eller dampen som faktisk er tilstede, fordi en enhet som er klassifisert for T4, ikke er automatisk akseptabel der en T6-grense er satt.

Komponentvalg avgjør vanligvis hvor lett øvelsen blir. En trykkbryter med publiserte enhetsparametere, en magnetspole som er klassifisert for sonen og en kabel hvis kapasitans er oppgitt på dataarket gjør en vanskelig beregning til en kort sjekkliste. Når et prosjekt blander brennbare kuldemediekretser med klassifiserte områder, er det verdt å gjennomgå komponentlisten opp mot sløyfeberegningen tidlig, før tegningene fikses.

Hvis du spesifiserer deler for et system som dette, snakk med ingeniørteamet vårt om kjølemediet, sonen og styrespenningen før bestillingen legges inn.