حماية من الصواعق للبيئات القابلة للانفجار والمناطق الخطرة

الأجواء المتفجرة والمناطق الخطرة – الحماية من زيادة التيار الكهربائي

تتشكل الأجواء المتفجرة عندما يختلط تركيز كافٍ من المواد القابلة للاشتعال، مثل الغازات أو الأبخرة أو الغبار القابل للاحتراق، مع الأكسجين في الهواء. ويمكن أن يؤدي وجود مصدر اشتعال، مثل شرارة أو لهب أو حرارة، إلى حدوث تفاعل احتراق سريع، مما يؤدي إلى انفجار.

تعد الصناعات الكيميائية ومحطات الوقود أمثلة شائعة للمناطق الخطرة ذات الأجواء القابلة للانفجار. يتم تعريف هذه المناطق على أنها خطرة بسبب ارتفاع مخاطر الحرائق والانفجارات الناتجة عن الصواعق والارتفاعات المفاجئة في الجهد الكهربائي.

من المهم ملاحظة أنه يجب اتخاذ تدابير حماية السلامة لتقليل مخاطر الانفجارات إلى الحد الأدنى، ومنع الأضرار المادية الناجمة عن الصواعق، وضمان توفر المصانع. ويشمل ذلك استخدام معدات آمنة بشكل جوهري، ونظام تأريض فعال، وما يلزم من أجهزة الحماية من زيادة التيار.

تصنيف المناطق الخطرة

تتطلب توجيهات ATEX من الشركات المصنعة وأصحاب العمل الامتثال للمتطلبات المحددة لتعزيز صحة وسلامة العمال والمعدات وأنظمة الحماية المعرضة لخطر الأجواء القابلة للانفجار.

تصنف المناطق التي يحتمل وجود أجواء قابلة للانفجار فيها إلى مناطق بناءً على تواتر ومدة وجود الأجواء القابلة للانفجار. ويساعد هذا التصنيف في تحديد مستوى الحماية المطلوب (الجدول 1).

الجدول 1 – تصنيف المناطق الخطرة

تنطبق توجيهات ATEX على مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك النفط والغاز والكيماويات والأدوية والتعدين. يلعب تصنيف المناطق دورًا حاسمًا في تقييم المخاطر واختيار المعدات وتدابير السلامة وإدارة المخاطر بشكل عام في المناطق التي قد تحدث فيها أجواء قابلة للانفجار (الشكل 1).

الحماية من الصواعق للمناطق الخطرة

يجب تصميم نظام شامل للحماية من الصواعق للمناطق الخطرة، بما في ذلك نظام إنهاء الهواء والتأريض والربط المتساوي الجهد المتشابك. يجب أن يفي النظام بالمتطلبات المنصوص عليها في المواصفة القياسية IEC 62305.

يتم تحديد فئة LPS II باستخدام طريقة الكرة المتدحرجة للمناطق المعرضة لخطر الانفجار. ومع ذلك، في حالة حدوث صاعقة برقية على نظام إنهاء الهواء، قد تحدث شرارات في نقطة الصاعقة. لمنع شرارات الاشتعال، يجب تركيب أنظمة إنهاء الهواء خارج مناطق Ex.

يمكن أن تكون الهياكل المعدنية أنظمة طبيعية لتصريف الهواء إذا بلغت سماكة المواد 5 مم على الأقل. يلزم وجود نظام LPS معزول مع مسافة فصل كافية لإزالة خطر حدوث شرارة أو انفجار للمواد القابلة للاشتعال.

الشكل 1 – التقسيم الأساسي للتركيب إلى مناطق حماية من الصواعق

التأريض والتوصيل المتساوي

جميع الأجزاء الموصلة متصلة عبر نظام ربط متساوي الجهد متشابك بالأرض بفواصل تبلغ 20 مترًا على مستوى الأرض.

يتضمن نظام التوصيل المتساوي الجهد المتشابك توصيل جميع العناصر الموصلة ببعضها البعض لإنشاء شبكة تشترك فيها جميعها في نفس الجهد الكهربائي. يجب ألا يقل المقطع العرضي لموصل التأريض النحاسي للتوصيل المتساوي الجهد عن 4 مم.².

يساعد التأريض على منع تراكم الشحنات الكهروستاتيكية على المعدات أو الأسطح، مما يقلل من احتمالية حدوث شرارات قد تشعل الغازات أو الأبخرة أو الرذاذ أو الغبار القابل للاشتعال في الأجواء القابلة للانفجار. من المستحسن تركيب نظام تأريض منفصل لكل مبنى أو جزء من المنشأة.

يعد استخدام الموصلات المقاومة للتآكل وطرق التوصيل والطلاءات الواقية أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على السلامة على المدى الطويل في المناطق القابلة للانفجار.

بالإضافة إلى ذلك، يجب تنظيم مسافة الفصل المناسبة بين نظام إنهاء الهواء أو الموصلات السفلية وفقًا لمتطلبات IEC 62305. يمكن استخدام موصلات سفلية معزولة ومقاومة للجهد العالي عندما يكون من الصعب الحفاظ على مسافة الفصل.

الشكل 2 – نظام توصيل أرضي متشابك

حماية من زيادة التيار في المناطق الخطرة

في المناطق ذات الأجواء القابلة للانفجار، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى أنظمة وأجهزة كهربائية آمنة ذاتيًا (IS). تم تصميم هذه الأنظمة للحد من الطاقة الكهربائية إلى مستويات أقل من عتبة الاشتعال، مما يمنع حدوث شرارات أو تأثيرات حرارية قد تؤدي إلى الاشتعال.

تساهم أنظمة IS في السلامة العامة من خلال تقليل مخاطر تحول المعدات الكهربائية إلى مصدر اشتعال. تعمل حواجز IS كحاجز وقائي بين نظام التحكم والموقع الخطير، مما يمنع وصول الطاقة الزائدة إلى الأجواء القابلة للانفجار.

ومع ذلك، فإن حواجز IS ليست واقيات من زيادة التيار الكهربائي. فقد صممت حواجز IS خصيصًا للحد من الطاقة في المناطق الخطرة لمنع الاشتعال، في حين أن واقيات زيادة التيار الكهربائي تهدف إلى حماية المعدات الإلكترونية في المناطق غير الخطرة من ارتفاعات الجهد الكهربائي المؤقتة.

لذلك، لا يزال من الضروري تطبيق الحماية من زيادة التيار لحماية دوائر IS من الجهد الزائد العابر.

تركيب دائرة قياس آمنة ذاتيًا

مبدأ عمل النظام الكهربائي الآمن ذاتيًا هو ضمان بقاء مستوى الطاقة الكهربائية والحرارية دون عتبات الاشتعال في الأجواء القابلة للانفجار.

تشتمل الأنظمة الآمنة جوهريًا على مكونات مثل أجهزة الاستشعار وأجهزة الإرسال والمفاتيح المصممة خصيصًا لتقليل مستويات الطاقة إلى الحد الأدنى. غالبًا ما يستخدم العزل الجلفاني لفصل الدوائر الكهربائية ومنع تدفق التيار الزائد.

هذه الأنظمة معتمدة من قبل الهيئات التنظيمية وفقًا لمعايير مثل ATEX أو القانون الوطني للكهرباء (NEC)، ويتم تركيبها عادةً في المناطق الخطرة التي يوجد فيها خطر حدوث انفجارات.

طريقة نموذجية لتركيب دائرة قياس آمنة جوهريًا، تتكون من مجموعة من الأجهزة الكهربائية المرتبطة بها، وتركيب كابلات آمنة جوهريًا، وجهاز إرسال درجة الحرارة (منفصل كهربائيًا عن عنصر المستشعر)، وأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) المطلوبة والمقابلة.

يقع العازل في خزانة الأجهزة والتحكم بغرفة التحكم، بينما يقع جهاز إرسال درجة الحرارة على خزان يحتوي على سائل قابل للاشتعال، ويوجد عنصر المستشعر الخاص به مباشرة في المنطقة Ex Zone 0.

يتم توصيل جهاز الإرسال، الموجود في المنطقة 1 من منطقة Ex، بشكل آمن ودائم بالخزان المعدني من خلال غلافه المعدني. يتم توصيل الجهازين بواسطة كابل محمي وآمن بشكل جوهري. كل من محطة القياس والخزانات هي جزء من نظام تأريض متشابك.

حماية من زيادة التيار لدائرة قياس آمنة ذاتيًا

الشكل 3 – أجهزة الحماية من زيادة التيار في دائرة قياس آمنة ذاتيًا

للحماية من المخاطر المرتبطة بالصواعق في كل من غرفة التحكم والمناطق الخطرة، يتطلب التثبيت جهازين لحماية التيار الكهربائي (SPD) في الدائرة الآمنة ذاتيًا. أحد جهازي SPD يحمي العازل في غرفة التحكم، والآخر يحمي جهاز إرسال الخزان.

لا يمنع SPD الخزان فقط التفريغ الخطير للشرر إلى موصل المستشعر، بل يوفر أيضًا حماية من الانفجار. من خلال توصيل أسلاك الإشارة والأسلاك غير المستخدمة وواقيات الكابلات المفتوحة بالدائرة، يمنع SPD التيار التعويضي أثناء التشغيل العادي. في حالة حدوث طفرات خطيرة، يتم ربط أطراف الكابلات المفتوحة بالربط المتساوي الجهد عبر SPD، مما يمنع تكوين الشرر.

تساعد أجهزة الحماية من زيادة التيار الكهربائي FRD على حماية تقنيات القياس باهظة الثمن من تأثير زيادة الجهد الكهربائي الناتج عن التفريغ الجوي. وهي توفر حماية مثالية لتطبيقات القياس والتحكم ثنائية القطب أو رباعية القطب.

جهاز حماية من زيادة التيار SPD للبيانات وأنظمة MCR ودوائر القياس الآمنة جوهريًا والأجهزة الميدانية وأجهزة استشعار التدفق وأجهزة استشعار درجة الحرارة

معالجة الدرع للكابلات الآمنة جوهريًا

غالبًا ما يستخدم التدريع في الكابلات لمنع دخول أو خروج التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) أو التداخل الترددي الراديوي (RFI). يمكن أن يقلل التدريع من تأثير التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي على الإشارات المرسلة داخل الكابل. وهذا مهم بشكل خاص في الدوائر الحساسة المستخدمة في المناطق الخطرة.

الشكل 4 – معالجة الدرع للكابلات الآمنة ذاتيًا

يضمن التأريض السليم فعالية الدروع، حيث تعمل الدروع كمسار مؤرض للتيارات غير المرغوب فيها، مما يمنعها من الدوران داخل موصلات الكابلات ويمنع احتمال حدوث شرارات أو نقاط ساخنة.

قم بتأريض الدرع على طرفي الكابل في المناطق الخطرة فقط عندما لا توجد فروق محتملة بين نقاط التأريض ويتم تركيب موصل تأريض معزول بالتوازي مع الكابلات الآمنة ذاتيًا، ويتم توصيله بدرع الكابل في أي نقطة ويتم عزله مرة أخرى.

علاوة على ذلك، يمكن استخدام قضبان التسليح الموصلة بشكل دائم ومستمر كموصلات ربط متساوية الجهد لتوصيلها بقضيب الربط المتساوي الجهد على كلا الطرفين.