Patlayıcı Ortamlar ve Tehlikeli Alanlar için Aşırı Gerilim Koruması

Patlayıcı Ortamlar ve Tehlikeli Alanlar – Aşırı Gerilim Koruması

Patlayıcı atmosferler, gazlar, buharlar veya yanıcı tozlar gibi yanıcı maddelerin yeterli konsantrasyonunda hava ile karışmasıyla oluşur. Kıvılcım, alev veya ısı gibi bir tutuşma kaynağının varlığı, hızlı bir yanma reaksiyonunu tetikleyerek patlamaya yol açabilir.

Kimya endüstrisi ve benzin istasyonları, patlayıcı atmosferlere sahip tehlikeli alanların yaygın örnekleridir. Bu alanlar, yıldırım çarpmaları ve voltaj dalgalanmaları nedeniyle yangın ve patlama riskinin yüksek olması nedeniyle tehlikeli olarak tanımlanmaktadır.

Patlama riskini en aza indirmek, yıldırımdan kaynaklanan maddi hasarı önlemek ve tesislerin kullanılabilirliğini sağlamak için güvenlik önlemlerinin alınması önemlidir. Bu önlemler arasında kendinden güvenli ekipmanların kullanılması, etkili topraklama sistemi ve gerekli aşırı gerilim koruma cihazları.

Tehlikeli alanların sınıflandırılması

İki ATEX direktifi, üreticilerin ve işverenlerin, patlama riski olan ortamlarda çalışanların, ekipmanların ve koruyucu sistemlerin sağlığı ve güvenliğini artırmak için belirtilen gerekliliklere uymalarını zorunlu kılmaktadır.

Patlama tehlikesi olan alanlar, patlayıcı atmosferlerin varlık sıklığı ve süresine göre bölgelere ayrılır. Bu sınıflandırma, gerekli koruma seviyesinin belirlenmesine yardımcı olur (Tablo 1).

Tablo 1 – Tehlikeli alanların sınıflandırılması

ATEX direktifleri, petrol ve gaz, kimya, ilaç ve madencilik dahil olmak üzere çok çeşitli endüstriler için geçerlidir. Bölge sınıflandırması, patlayıcı atmosferlerin oluşabileceği alanlarda risk değerlendirmesi, ekipman seçimi, güvenlik önlemleri ve genel tehlike yönetiminde çok önemli bir rol oynar (Şekil 1).

Tehlikeli alanlar için yıldırımdan korunma

Tehlikeli alanlar için hava sonlandırma sistemi, topraklama ve birbirine bağlı eşpotansiyel bağlama dahil olmak üzere kapsamlı bir yıldırımdan korunma sistemi tasarlanmalıdır. Sistem, IEC 62305 standardında belirtilen gereklilikleri karşılamalıdır.

LPS II sınıfı, patlama tehlikesi olan alanlar için yuvarlanan küre yöntemi kullanılarak belirlenir. Ancak, hava sonlandırma sistemine yıldırım düşmesi durumunda, çarpma noktasında kıvılcım oluşabilir. Tutuşma kıvılcımlarını önlemek için, hava sonlandırma sistemleri Ex bölgeleri dışında kurulmalıdır.

Metal yapılar, minimum 5 mm malzeme kalınlığına ulaştıkları takdirde doğal hava sonlandırma sistemleri olabilir. Yanıcı malzemelerin kıvılcımlanma veya patlama riskini ortadan kaldırmak için yeterli ayrım mesafesine sahip izole bir LPS gereklidir.

Şekil 1 – Bir tesisin yıldırımdan korunma bölgelerine temel bölünmesi

Topraklama ve eşpotansiyel bağlama

Tüm iletken parçalar, zemin seviyesinde 20 m aralıklarla, birbirine bağlı eşpotansiyel bağlama sistemi aracılığıyla toprağa bağlanmıştır.

Eşpotansiyel bağlama sistemi, tüm iletken elemanların birbirine bağlanarak aynı elektrik potansiyelini paylaştıkları bir ağ oluşturulmasını içerir. Eşpotansiyel bağlama için bakır topraklama iletkeninin kesiti en az 4 mm² olmalıdır.².

Topraklama, ekipman veya yüzeylerde statik elektrik yükünün birikmesini önleyerek, patlayıcı ortamlarda yanıcı gazları, buharları, sisleri veya tozları tutuşturabilecek kıvılcımların oluşma olasılığını azaltır. Her bina veya tesisat parçası için ayrı bir topraklama sistemi kurulması tavsiye edilir.

Patlayıcı alanlarda uzun vadeli bütünlüğü korumak için korozyona dayanıklı iletkenler, bağlama yöntemleri ve koruyucu kaplamalar kullanmak çok önemlidir.

Ayrıca, hava sonlandırma sistemi veya aşağı iletkenler arasındaki uygun ayrım mesafesi, IEC 62305 gerekliliklerine uygun olarak düzenlenmelidir. Ayrım mesafesinin korunmasının kolay olmadığı durumlarda, yüksek gerilime dayanıklı, yalıtımlı aşağı iletkenler kullanılabilir.

Şekil 2 – Birbirine bağlı toprak sonlandırma sistemi

Tehlikeli alanlar için aşırı gerilim koruması

Patlayıcı atmosferlerin bulunduğu alanlarda, genellikle kendinden güvenli (IS) elektrik sistemleri ve cihazları gereklidir. Bu sistemler, elektrik enerjisini tutuşma eşiğinin altındaki seviyelere sınırlayarak, tutuşmaya neden olabilecek kıvılcımları veya termal etkileri önlemek için tasarlanmıştır.

IS sistemleri, elektrikli ekipmanların tutuşma kaynağı olma riskini en aza indirerek genel güvenliğe katkıda bulunur. IS bariyerleri, kontrol sistemi ile tehlikeli konum arasında koruyucu bir bariyer görevi görür ve aşırı enerjinin potansiyel olarak patlayıcı atmosferlere ulaşmasını önler.

Ancak IS bariyerleri aşırı gerilim koruyucuları değildir. IS bariyerleri, tutuşmayı önlemek için tehlikeli alanlardaki enerjiyi sınırlamak üzere özel olarak tasarlanmıştır. Aşırı gerilim koruyucuları ise tehlikeli olmayan alanlardaki elektronik ekipmanı geçici voltaj dalgalanmalarından korumak için tasarlanmıştır.

Bu nedenle, IS devrelerini geçici aşırı gerilimlerden korumak için aşırı gerilim koruması uygulanmalıdır.

Kendinden güvenli ölçüm devresinin kurulumu

Kendinden güvenli bir elektrik sisteminin çalışma prensibi, patlama tehlikesi olan ortamlarda elektrik ve termal enerji seviyesinin tutuşma eşiklerinin altında tutulmasını sağlamaktır.

Kendinden güvenli sistemler, enerji seviyelerini en aza indirmek için özel olarak tasarlanmış sensörler, vericiler ve anahtarlar gibi bileşenleri içerir. Galvanik izolasyon, genellikle elektrik devrelerini ayırmak ve aşırı akım akışını önlemek için kullanılır.

Bu sistemler, ATEX veya Ulusal Elektrik Yasası (NEC) gibi standartlara göre düzenleyici kurumlar tarafından onaylanmıştır ve genellikle patlayıcı atmosfer riski bulunan tehlikeli bölgelere kurulur.

İçsel olarak güvenli bir ölçüm devresinin tipik bir kurulum şekli, ilgili elektrikli cihaz, içsel olarak güvenli kablo kurulumu, bir sıcaklık vericisi (sensör elemanından galvanik olarak ayrılmış) ve ilgili gerekli aşırı gerilim koruma cihazlarından (SPD'ler) oluşan bir kombinasyondan oluşur.

İzolatör kontrol odasının enstrümantasyon ve kontrol kabininde bulunurken, yanıcı sıvı bulunan bir tank üzerinde yer alan sıcaklık transmiterinin sensör elemanı doğrudan Ex Zone 0'da bulunmaktadır.

Ex Zone 1'deki verici, metal muhafazası aracılığıyla metal tanka güvenli ve kalıcı bir şekilde bağlanmıştır. İki cihaz arasındaki bağlantı, korumalı, kendinden güvenli bir kablo ile sağlanır. Hem ölçüm istasyonu hem de tanklar, örgülü bir topraklama sisteminin parçasıdır.

Kendinden güvenli ölçüm devresi için aşırı gerilim koruması

Şekil 3 – Kendinden güvenli ölçüm devresindeki aşırı gerilim koruma cihazları

Kontrol odası ve tehlikeli alanlarda yıldırımla ilgili risklere karşı koruma sağlamak için, kurulumda kendinden güvenli devrede iki adet aşırı gerilim koruma cihazı (SPD) gereklidir. Bir SPD kontrol odasındaki izolatörü korurken, diğeri tank vericisini korur.

Tank SPD, sensör iletkenine tehlikeli kıvılcım deşarjını önlemekle kalmaz, aynı zamanda patlama koruması da sağlar. Sinyal kablolarını, kullanılmayan kabloları ve açık kablo kalkanlarını devreye bağlayarak, SPD'ler normal çalışma sırasında dengeleme akımını önler. Tehlikeli dalgalanmalar durumunda, açık kablo uçları SPD aracılığıyla eşpotansiyel bağlanmaya bağlanır ve kıvılcım oluşumunu önler.

FRD aşırı gerilim koruma cihazları, atmosferik deşarj yoluyla aşırı gerilimlerin etkisinden pahalı ölçüm teknolojisini korumaya yardımcı olur. İki kutuplu veya dört kutuplu ölçüm ve kontrol uygulamaları için optimum koruma sağlarlar.

Veri, MCR sistemleri, Kendinden Güvenli Ölçüm Devreleri, Saha Cihazları, Akış Sensörleri, Sıcaklık Sensörleri için Aşırı Gerilim Koruma Cihazı SPD

İçsel olarak güvenli kabloların kalkan tedavisi

Kablolarda ekranlama, genellikle elektromanyetik parazit (EMI) veya radyo frekansı parazitinin (RFI) girişini veya çıkışını önlemek için kullanılır. Ekran, kablonun içinde iletilen sinyaller üzerinde dış elektromanyetik parazitin etkisini en aza indirebilir. Bu, tehlikeli alanlarda kullanılan hassas devrelerde özellikle önemlidir.

Şekil 4 – Kendinden güvenli kabloların kalkan işlemi

Uygun topraklama, kalkanların etkinliğini sağlar. Kalkan, istenmeyen akımlar için topraklanmış bir yol görevi görür ve bunların kablo iletkenleri içinde dolaşmasını ve potansiyel olarak kıvılcım veya sıcak noktalar oluşmasını önler.

Tehlikeli alanlarda, topraklama noktaları arasında potansiyel farkı olmadığında ve kendinden güvenli kablolara paralel olarak yalıtılmış bir topraklama iletkeni kurulduğunda, kablo kalkanını her iki uçtan topraklayın. Bu iletken, kablo kalkanına herhangi bir noktadan bağlanmalı ve tekrar yalıtılmalıdır.

Ayrıca, kalıcı ve sürekli bağlı donatı çubukları, her iki uçta eşpotansiyel bağlantı çubuğuna bağlanacak eşpotansiyel bağlantı iletkeni olarak kullanılabilir.