Защита от пренапрежение за експлозивни атмосфери и опасни зони

Експлозивни атмосфери и опасни зони – защита от пренапрежение

Взривоопасни атмосфери се образуват, когато достатъчна концентрация на запалими вещества, като газове, пари или горим прах, се смеси с кислорода във въздуха. Наличието на източник на запалване, като искра, пламък или топлина, може да предизвика бърза реакция на горене, водеща до експлозия.

Химическите предприятия и бензиностанциите са типични примери за опасни зони с експлозивна атмосфера. Тези зони са определени като опасни поради високия риск от пожари и експлозии в резултат на удари от мълнии и скокове в напрежението.

Важно е да се отбележи, че трябва да се вземат мерки за безопасност, за да се сведе до минимум рискът от експлозии, да се предотврати имуществена щета от мълнии и да се гарантира наличността на инсталациите. Това включва използването на искробезопасно оборудване, ефективна система за заземяване и необходимите устройства за защита от пренапрежение.

Класификация на опасните зони

Две директиви на ATEX изискват от производителите и работодателите да спазват посочените изисквания за подобряване на здравето и безопасността на работниците, оборудването и защитните системи, изложени на риск от потенциално експлозивни атмосфери.

Зоните с потенциално експлозивна атмосфера се класифицират в зони въз основа на честотата и продължителността на наличието на експлозивна атмосфера. Класификацията помага при определянето на необходимото ниво на защита (Таблица 1).

Таблица 1 – Класификация на опасните зони

Директивите ATEX се отнасят за широк спектър от индустрии, включително нефтена и газова, химическа, фармацевтична и минна. Класификацията на зоните играе решаваща роля в оценката на риска, избора на оборудване, мерките за безопасност и цялостното управление на опасностите в зони, където може да възникнат експлозивни атмосфери (Фигура 1).

Мълниезащита за опасни зони

Трябва да се проектира цялостна мълниезащита за опасни зони, включваща система за улавяне на мълнии, заземяване и взаимосвързано еквипотенциално свързване. Системата трябва да отговаря на изискванията, определени в IEC 62305.

Класът на LPS II се определя чрез използване на метода на въртящата се сфера за потенциално експлозивни зони. В случай на мълния, ударила в системата за заземяване, обаче, в точката на удара може да възникне искрене. За да се предотврати възникването на искри, системите за заземяване трябва да бъдат инсталирани извън зоните Ex.

Металните конструкции могат да бъдат естествени системи за отвеждане на въздуха, ако достигат минимална дебелина на материала от 5 mm. Необходима е изолирана LPS с подходящо разстояние за отделяне, за да се елиминира рискът от искри или експлозия на горими материали.

Фигура 1 – Основно разделение на инсталацията на зони за защита от мълнии

Заземяване и еквипотенциално свързване

Всички проводими части са свързани чрез взаимосвързана система за изравняване на потенциала към земята с интервали от 20 m на нивото на земята.

Системата за взаимно свързано еквипотенциално свързване включва взаимно свързване на всички проводими елементи, за да се създаде мрежа, в която те споделят един и същ електрически потенциал. Напречното сечение на медния заземителен проводник за еквипотенциално свързване трябва да бъде най-малко 4 mm.².

Заземяването спомага за предотвратяване на натрупването на статично електричество върху оборудването или повърхностите, като намалява вероятността от искри, които могат да възпламенят запалими газове, пари, мъгла или прах в експлозивни атмосфери. Препоръчително е да се инсталира отделна система за заземяване за всяка сграда или част от инсталацията.

Използването на устойчиви на корозия проводници, методи за свързване и защитни покрития е от решаващо значение за поддържането на дългосрочна цялост в зони с опасност от експлозия.

Освен това, подходящото разстояние между системата за заземяване или проводниците трябва да бъде регулирано в съответствие с изискванията на IEC 62305. Когато разстоянието е трудно да се поддържа, могат да се използват изолирани проводници, устойчиви на високо напрежение.

Фигура 2 – Система за заземяване с взаимно свързани елементи

Защита от пренапрежение за опасни зони

В зони с експлозивна атмосфера често се изискват искробезопасни (IS) електрически системи и устройства. Тези системи са проектирани да ограничават електрическата енергия до нива под прага на възпламеняване, като предотвратяват искри или термични ефекти, които биха могли да причинят възпламеняване.

IS системите допринасят за общата безопасност, като минимизират риска електрическото оборудване да се превърне в източник на запалване. IS бариерите действат като защитна бариера между системата за управление и опасната зона, като предотвратяват достигането на прекомерна енергия до потенциално експлозивни атмосфери.

Въпреки това, IS бариерите не са защитни устройства срещу пренапрежение. IS бариерите са специално проектирани да ограничават енергията в опасни зони, за да предотвратят възпламеняване, докато защитните устройства срещу пренапрежение са предназначени да предпазват електронното оборудване в неопасни зони от преходни пикове на напрежението.

Следователно, защитата от пренапрежение все още трябва да се прилага, за да предпази IS веригите от преходни пренапрежения.

Инсталирането на искробезопасна измервателна верига

Принципът на работа на една искробезопасна електрическа система е да поддържа нивото на електрическата и топлинната енергия под праговете на възпламеняване в потенциално експлозивна атмосфера.

Искробезопасните системи включват компоненти като сензори, предаватели и превключватели, които са специално проектирани да минимизират енергийните нива. Галваничната изолация често се използва за разделяне на електрическите вериги и предотвратяване на прекомерния токов поток.

Тези системи са сертифицирани от регулаторни органи съгласно стандарти като ATEX или Националния електротехнически кодекс (NEC) и обикновено се инсталират в опасни зони, където съществува риск от взривоопасна атмосфера.

Типичен начин за инсталиране на искробезопасна измервателна верига, състояща се от комбинация от свързано електрическо устройство, искробезопасна кабелна инсталация, температурен предавател (гальванично отделен от сензорния елемент) и съответните необходими устройства за защита от пренапрежение (SPD).

Изолаторът се намира в шкафа за измервателни уреди и управление в контролната зала, докато температурният предавател, разположен върху резервоар с горима течност, има сензорния си елемент директно в Ex зона 0.

Предавателят, намиращ се в зона Ex 1, е сигурно и трайно свързан с металния резервоар чрез металния си корпус. Връзката между двете устройства се осъществява чрез екраниран, искробезопасен кабел. Както измервателната станция, така и резервоарите са част от мрежова заземителна система.

Защита от пренапрежение за искробезопасна измервателна верига

Фигура 3 – Устройства за защита от пренапрежение в искробезопасна измервателна верига

За да се предпази от рискове, свързани с мълнии, както в контролната зала, така и в опасните зони, инсталацията изисква две устройства за защита от пренапрежение (SPD) в искробезопасната верига. Едното SPD предпазва изолатора в контролната зала, а другото защитава предавателя на резервоара.

SPD на резервоара не само предотвратява опасни искри към проводника на сензора, но и осигурява защита от експлозия. Чрез свързване на сигнални кабели, неизползвани кабели и отворени кабелни екрани към веригата, SPD предотвратяват компенсационния ток по време на нормална работа. В случай на опасни пренапрежения, отворените краища на кабелите се свързват с еквипотенциално свързване чрез SPD, предотвратявайки образуването на искри.

Устройствата за защита от пренапрежение FRD помагат да се защити скъпата измервателна техника от влиянието на пренапреженията, причинени от атмосферни разряди. Те предлагат оптимална защита за двуполюсни или четириполюсни измервателни и контролни приложения.

Устройство за защита от пренапрежение SPD за данни, MCR системи, искробезопасни измервателни вериги, полеви устройства, сензори за дебит, сензори за температура

Екраниране на кабели с вътрешна безопасност

Екранирането в кабелите често се използва за предотвратяване на проникването или излизането на електромагнитни смущения (EMI) или радиочестотни смущения (RFI). Екранът може да сведе до минимум въздействието на външни електромагнитни смущения върху сигналите, предавани в кабела. Това е особено важно в чувствителни вериги, използвани в опасни зони.

Фигура 4 – Екраниране на кабели с вътрешна безопасност

Правилното заземяване гарантира ефективността на екраните, като екранът действа като заземен път за нежелани токове, предотвратявайки тяхното циркулиране в проводниците на кабела и потенциалното образуване на искри или горещи точки.

Заземяване на екрана на двата края на кабела в опасни зони само когато няма потенциални разлики между точките на заземяване и е инсталиран изолиран заземителен проводник успоредно на кабелите с вътрешна безопасност, който е свързан с екрана на кабела в която и да е точка и е изолиран отново.

Освен това, постоянно и непрекъснато свързаните арматурни пръти могат да се използват като еквипотенциален свързващ проводник, който да се свърже с еквипотенциалната свързваща шина от двете страни.