Protection contre les surtensions pour atmosphères explosives et zones dangereuses

Atmosphères explosives et zones dangereuses – Protection contre les surtensions

Les atmosphères explosives se forment lorsqu'une concentration suffisante de substances inflammables, telles que des gaz, des vapeurs ou des poussières combustibles, se mélange à l'oxygène présent dans l'air. La présence d'une source d'inflammation, telle qu'une étincelle, une flamme ou une source de chaleur, peut alors déclencher une réaction de combustion rapide, conduisant à une explosion.

Les industries chimiques et les stations-service sont des exemples courants de zones dangereuses présentant des atmosphères explosives. Ces zones sont définies comme dangereuses en raison du risque élevé d'incendie et d'explosion résultant de la foudre et des pics de tension.

Il est important de noter que des mesures de protection doivent être prises pour minimiser les risques d'explosion, prévenir les dommages matériels causés par la foudre et garantir la disponibilité des installations. Cela inclut l'utilisation d'équipements à sécurité intrinsèque, d'un système de mise à la terre efficace et des mesures nécessaires. dispositifs de protection contre les surtensions.

Classification des zones dangereuses

Deux directives ATEX imposent aux fabricants et aux employeurs de se conformer aux exigences énoncées afin d'améliorer la santé et la sécurité des travailleurs, des équipements et des systèmes de protection exposés à des risques liés à des atmosphères potentiellement explosives.

Les zones présentant des atmosphères potentiellement explosives sont classées en zones en fonction de la fréquence et de la durée de présence d'atmosphères explosives. Cette classification aide à déterminer le niveau de protection requis (tableau 1).

Tableau 1 – Classification des zones dangereuses

Les directives ATEX s'appliquent à un large éventail d'industries, notamment le pétrole et le gaz, la chimie, l'industrie pharmaceutique et l'exploitation minière. La classification des zones joue un rôle crucial dans l'évaluation des risques, la sélection des équipements, les mesures de sécurité et la gestion globale des dangers dans les zones où des atmosphères explosives peuvent se former (figure 1).

Protection contre la foudre pour les zones dangereuses

Une protection complète contre la foudre pour les zones dangereuses doit être conçue, comprenant un système de capture de foudre, une mise à la terre et une liaison équipotentielle maillée. Le système doit répondre aux exigences énoncées dans la norme CEI 62305.

La classe LPS II est déterminée à l'aide de la méthode de la sphère roulante pour les zones potentiellement explosives. Cependant, en cas de coup de foudre sur le système de terminaison aérienne, des étincelles peuvent se produire au point d'impact. Pour éviter les étincelles d'inflammation, les systèmes de terminaison aérienne doivent être installés en dehors des zones Ex.

Les structures métalliques peuvent servir de systèmes naturels de terminaison d'air si leur épaisseur minimale est de 5 mm. Un LPS isolé est nécessaire, avec une distance de séparation adéquate, afin d'éliminer tout risque d'étincelles ou d'explosion de matériaux combustibles.

Figure 1 – Division de base d'une installation en zones de protection contre la foudre

Mise à la terre et liaison équipotentielle

Toutes les parties conductrices sont reliées à la terre par un système de liaison équipotentielle maillé, à des intervalles de 20 m au niveau du sol.

Le système de liaison équipotentielle interconnectée consiste à interconnecter tous les éléments conducteurs afin de créer un réseau dans lequel ils partagent le même potentiel électrique. La section transversale du conducteur de mise à la terre en cuivre pour la liaison équipotentielle doit être d'au moins 4 mm².².

La mise à la terre aide à prévenir l'accumulation de charges électrostatiques sur les équipements ou les surfaces, réduisant ainsi le risque d'étincelles susceptibles d'enflammer des gaz, vapeurs, brouillards ou poussières inflammables dans des atmosphères explosives. Il est conseillé d'installer un système de mise à la terre distinct pour chaque bâtiment ou partie d'une installation.

L'utilisation de conducteurs résistants à la corrosion, de méthodes de soudure et de revêtements protecteurs est essentielle pour maintenir l'intégrité à long terme dans les zones explosives.

En outre, la distance de séparation appropriée entre le système de terminaison aérienne ou les conducteurs de descente doit être réglementée conformément aux exigences de la norme CEI 62305. Des conducteurs de descente isolés et résistants à la haute tension peuvent être utilisés lorsque la distance de séparation est difficile à maintenir.

Figure 2 – Système de mise à la terre interconnecté

Protection contre les surtensions pour les zones dangereuses

Dans les zones présentant des atmosphères explosives, des systèmes et dispositifs électriques à sécurité intrinsèque (IS) sont souvent requis. Ces systèmes sont conçus pour limiter l'énergie électrique à des niveaux inférieurs au seuil d'inflammation, empêchant ainsi la formation d'étincelles ou d'effets thermiques susceptibles de provoquer une inflammation.

Les systèmes IS contribuent à la sécurité globale en minimisant le risque que les équipements électriques deviennent une source d'inflammation. Les barrières IS agissent comme une barrière protectrice entre le système de contrôle et la zone dangereuse, empêchant ainsi l'énergie excessive d'atteindre les atmosphères potentiellement explosives.

Cependant, les barrières IS ne sont pas des parasurtenseurs. Les barrières IS sont spécialement conçues pour limiter l'énergie dans les zones dangereuses afin d'empêcher l'inflammation, tandis que les parasurtenseurs sont destinés à protéger les équipements électroniques dans les zones non dangereuses contre les pics de tension transitoires.

Par conséquent, une protection contre les surtensions doit toujours être mise en place pour protéger les circuits IS contre les surtensions transitoires.

Installation d'un circuit de mesure à sécurité intrinsèque

Le principe de fonctionnement d'un système électrique à sécurité intrinsèque consiste à maintenir le niveau d'énergie électrique et thermique en dessous des seuils d'inflammation dans une atmosphère potentiellement explosive.

Les systèmes à sécurité intrinsèque intègrent des composants tels que des capteurs, des transmetteurs et des commutateurs spécialement conçus pour minimiser les niveaux d'énergie. L'isolation galvanique est souvent utilisée pour séparer les circuits électriques et empêcher le passage d'un courant excessif.

Ces systèmes sont certifiés par des organismes de réglementation selon des normes telles que ATEX ou le National Electrical Code (NEC), et ils sont généralement installés dans des zones dangereuses où il existe un risque d'atmosphères explosives.

Une méthode courante d'installation d'un circuit de mesure à sécurité intrinsèque, composé d'une combinaison d'appareils électriques associés, d'une installation de câbles à sécurité intrinsèque, d'un transmetteur de température (séparé galvaniquement de l'élément capteur) et des dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) requis correspondants.

L'isolateur est situé dans l'armoire d'instrumentation et de commande de la salle de contrôle, tandis que le transmetteur de température, situé sur un réservoir contenant un liquide combustible, a son élément capteur directement dans la zone Ex 0.

Le transmetteur, situé dans la zone Ex 1, est relié de manière sûre et permanente au réservoir métallique par son boîtier métallique. La connexion entre les deux appareils est établie par un câble blindé à sécurité intrinsèque. La station de mesure et les réservoirs font tous deux partie d'un système de mise à la terre maillé.

Protection contre les surtensions pour un circuit de mesure à sécurité intrinsèque

Figure 3 – Dispositifs de protection contre les surtensions dans un circuit de mesure à sécurité intrinsèque

Afin de se prémunir contre les risques liés à la foudre dans la salle de contrôle et les zones dangereuses, l'installation nécessite deux dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) dans le circuit à sécurité intrinsèque. L'un des SPD protège l'isolateur dans la salle de contrôle, tandis que l'autre protège le transmetteur du réservoir.

Le SPD du réservoir empêche non seulement les décharges d'étincelles dangereuses vers le conducteur du capteur, mais offre également une protection contre les explosions. En connectant les fils de signal, les fils inutilisés et les blindages de câbles ouverts au circuit, les SPD empêchent le courant de compensation pendant le fonctionnement normal. En cas de surtensions dangereuses, les extrémités ouvertes des câbles sont reliées à la liaison équipotentielle via le SPD, empêchant ainsi la formation d'étincelles.

Les dispositifs de protection contre les surtensions FRD contribuent à protéger les équipements de mesure coûteux contre les effets des surtensions dues aux décharges atmosphériques. Ils offrent une protection optimale pour les applications de mesure et de contrôle bipolaires ou quadripolaires.

Dispositif de protection contre les surtensions SPD pour données, systèmes MCR, circuits de mesure à sécurité intrinsèque, appareils de terrain, capteurs de débit, capteurs de température

Traitement de blindage des câbles à sécurité intrinsèque

Le blindage des câbles est souvent utilisé pour empêcher l'entrée ou la sortie d'interférences électromagnétiques (EMI) ou d'interférences radioélectriques (RFI). Le blindage peut minimiser l'impact des interférences électromagnétiques externes sur les signaux transmis dans le câble. Cela est particulièrement important dans les circuits sensibles utilisés dans les zones dangereuses.

Figure 4 – Traitement de blindage des câbles à sécurité intrinsèque

Une mise à la terre correcte garantit l'efficacité des blindages. Le blindage agit comme un chemin de mise à la terre pour les courants indésirables, les empêchant de circuler dans les conducteurs du câble et de provoquer des étincelles ou des points chauds.

Mettre à la terre le blindage aux deux extrémités du câble dans les zones dangereuses uniquement lorsqu'il n'y a pas de différence de potentiel entre les points de mise à la terre et qu'un conducteur de mise à la terre isolé est installé en parallèle aux câbles à sécurité intrinsèque, est connecté au blindage du câble en tout point et est à nouveau isolé.

De plus, des barres d'armature connectées de manière permanente et continue peuvent être utilisées comme conducteurs de liaison équipotentielle à connecter à la barre de liaison équipotentielle aux deux extrémités.