Вибухонебезпечні середовища та небезпечні зони – захист від перенапруги
Вибухонебезпечні атмосфери утворюються, коли достатня концентрація горючих речовин, таких як гази, пари або горюча пилюка, змішується з киснем у повітрі. Наявність джерела займання, такого як іскра, полум'я або тепло, може викликати швидку реакцію горіння, що призведе до вибуху.
Хімічна промисловість та автозаправні станції є типовими прикладами небезпечних зон з вибухонебезпечною атмосферою. Ці зони визначені як небезпечні через високий ризик виникнення пожеж та вибухів внаслідок ударів блискавки та стрибків напруги.
Важливо зазначити, що необхідно вживати заходів безпеки для мінімізації ризику вибухів, запобігання пошкодженню майна від удару блискавки та забезпечення працездатності установок. Це включає використання іскробезпечного обладнання, ефективної системи заземлення та необхідних пристрої захисту від перенапруги.
Класифікація небезпечних зон
Дві директиви ATEX вимагають від виробників і роботодавців дотримання викладених вимог для підвищення рівня охорони здоров'я та безпеки працівників, обладнання та захисних систем, які піддаються ризику в потенційно вибухонебезпечних середовищах.
Зони з потенційно вибухонебезпечною атмосферою класифікуються залежно від частоти та тривалості наявності вибухонебезпечної атмосфери. Класифікація допомагає визначити необхідний рівень захисту (таблиця 1).
Таблиця 1 – Класифікація небезпечних зон
Директиви ATEX застосовуються до широкого спектру галузей промисловості, включаючи нафтогазову, хімічну, фармацевтичну та гірничодобувну. Класифікація зон відіграє вирішальну роль в оцінці ризиків, виборі обладнання, заходах безпеки та загальному управлінні небезпеками в зонах, де можуть виникати вибухонебезпечні атмосфери (рис. 1).
Захист від блискавки для небезпечних зон
Слід розробити комплексну систему блискавкозахисту для небезпечних зон, що включає систему повітряного замикання, заземлення та взаємопов'язане еквіпотенціальне з'єднання. Система повинна відповідати вимогам, викладеним у стандарті IEC 62305.
Клас LPS II визначається за допомогою методу рухомої кулі для потенційно вибухонебезпечних зон. Однак у разі удару блискавки в систему повітряного заземлення в місці удару може виникнути іскра. Щоб запобігти виникненню іскор, системи повітряного заземлення слід встановлювати за межами зон Ex.
Металеві конструкції можуть бути природними системами відведення повітря, якщо товщина матеріалу досягає мінімум 5 мм. Необхідна ізольована система LPS з достатньою відстанню для усунення ризику іскріння або вибуху горючих матеріалів.
Рисунок 1 – Основний поділ установки на зони блискавкозахисту
Заземлення та еквіпотенціальне з'єднання
Всі провідні частини з'єднані між собою за допомогою системи рівнопотенціального з'єднання з землею з інтервалами 20 м на рівні землі.
Система взаємопов'язаного еквіпотенціального з'єднання передбачає з'єднання всіх провідних елементів для створення мережі, в якій вони мають однаковий електричний потенціал. Поперечний переріз мідного заземлюючого провідника для еквіпотенціального з'єднання повинен становити не менше 4 мм.2.
Заземлення допомагає запобігти накопиченню статичної електрики на обладнанні або поверхнях, зменшуючи ймовірність виникнення іскор, які можуть запалити легкозаймисті гази, пари, тумани або пил у вибухонебезпечних середовищах. Рекомендується встановлювати окрему систему заземлення для кожної окремої будівлі або частини установки.
Використання корозієстійких провідників, методів з'єднання та захисних покриттів має вирішальне значення для збереження довгострокової цілісності в вибухонебезпечних зонах.
Крім того, належна відстань між системою повітряного заземлення або струмовідводами повинна регулюватися відповідно до вимог стандарту IEC 62305. Якщо відстань важко дотримати, можна застосовувати ізольовані струмовідводи, стійкі до високої напруги.
Рисунок 2 – Система із взаємопов'язаними заземлювальними елементами
Захист від перенапруги для небезпечних зон
У зонах з вибухонебезпечною атмосферою часто потрібні іскробезпечні (IS) електричні системи та пристрої. Ці системи призначені для обмеження електричної енергії до рівнів, нижчих за поріг займання, запобігаючи іскрам або тепловим ефектам, які можуть спричинити займання.
Системи IS сприяють загальній безпеці, мінімізуючи ризик того, що електричне обладнання стане джерелом займання. Бар'єри IS діють як захисний бар'єр між системою управління та небезпечною зоною, запобігаючи надмірному надходженню енергії до потенційно вибухонебезпечних середовищ.
Однак бар'єри IS не є пристроями захисту від перенапруги. Бар'єри IS спеціально розроблені для обмеження енергії в небезпечних зонах з метою запобігання займання, тоді як пристрої захисту від перенапруги призначені для захисту електронного обладнання в безпечних зонах від короткочасних стрибків напруги.
Тому для захисту схем ІС від перехідних перенапруг все одно слід застосовувати захист від перенапруг.
Встановлення іскробезпечного вимірювального контуру
Принцип роботи іскробезпечної електричної системи полягає в забезпеченні рівня електричної та теплової енергії нижче порогів займання в потенційно вибухонебезпечному середовищі.
Іскробезпечні системи містять такі компоненти, як датчики, передавачі та перемикачі, які спеціально розроблені для мінімізації рівнів енергії. Гальванічна ізоляція часто використовується для розділення електричних ланцюгів і запобігання надмірному струму.
Ці системи сертифіковані регулюючими органами відповідно до стандартів, таких як ATEX або Національний електричний кодекс (NEC), і зазвичай встановлюються в небезпечних зонах, де існує ризик вибухонебезпечної атмосфери.
Типовий спосіб встановлення іскробезпечного вимірювального контуру, що складається з комбінації відповідного електричного обладнання, іскробезпечної кабельної установки, датчика температури (гальванічно відокремленого від сенсорного елемента) та відповідних необхідних пристроїв захисту від перенапруги (SPD).
Ізолятор розташований в шафі приладів і управління диспетчерської, а датчик температури, встановлений на резервуарі з горючим рідиною, має чутливий елемент безпосередньо в зоні Ex 0.
Передавач, розташований у зоні Ex 1, надійно і постійно підключений до металевого резервуара через його металевий корпус. З'єднання між двома пристроями здійснюється за допомогою екранованого, іскробезпечного кабелю. Як вимірювальна станція, так і резервуари є частиною сітчастої системи заземлення.
Захист від перенапруги для іскробезпечного вимірювального контуру
Рисунок 3 – Пристрої захисту від перенапруги в іскробезпечному вимірювальному контурі
Для захисту від ризиків, пов'язаних з ударом блискавки, як у диспетчерській, так і в небезпечних зонах, установка вимагає двох пристроїв захисту від перенапруги (SPD) в іскробезпечному контурі. Один SPD захищає ізолятор у диспетчерській, а інший — передавач резервуара.
Танк SPD не тільки запобігає небезпечному іскровому розряду на провідник датчика, але й забезпечує захист від вибуху. Підключаючи сигнальні дроти, невикористані дроти та відкриті екрани кабелів до ланцюга, SPD запобігають компенсаційному струму під час нормальної роботи. У разі небезпечних стрибків напруги відкриті кінці кабелів з'єднуються з еквіпотенціальним з'єднанням через SPD, запобігаючи утворенню іскор.
Пристрої захисту від перенапруги FRD допомагають захистити дороге вимірювальне обладнання від впливу перенапруги, що виникає внаслідок атмосферних розрядів. Вони забезпечують оптимальний захист для двополюсних або чотириполюсних вимірювальних і контрольних систем.
Пристрій захисту від перенапруги SPD для даних, систем MCR, іскробезпечних вимірювальних ланцюгів, польових пристроїв, датчиків потоку, датчиків температури
SPD для іскробезпечних вимірювальних ланцюгів FDB2-24
Обмежувач перенапруги з низькоємнісною захисною схемою для захисту іскробезпечних вимірювальних ланцюгів і шинних систем. Застосування: датчики витрати, датчики температури.
- Легко встановлюється на запасний кабельний ввід польових пристроїв
- Власна ємність і власна індуктивність незначно малі
- Корпус з нержавіючої сталі з герметичною оболонкою, стійкою до тиску
Захист іскробезпечних кабелів
Екранування в кабелях часто використовується для запобігання проникненню або виходу електромагнітних перешкод (EMI) або радіочастотних перешкод (RFI). Екран може мінімізувати вплив зовнішніх електромагнітних перешкод на сигнали, що передаються по кабелю. Це особливо важливо в чутливих схемах, що використовуються в небезпечних зонах.
Рисунок 4 – Екранування іскробезпечних кабелів
Правильне заземлення забезпечує ефективність екранів, екран діє як заземлений шлях для небажаних струмів, запобігаючи їх циркуляції в провідниках кабелю та потенційному виникненню іскор або гарячих точок.
Заземлення екрану на обох кінцях кабелю в небезпечних зонах тільки тоді, коли немає різниці потенціалів між точками заземлення і ізольований заземлюючий провідник встановлений паралельно до іскробезпечних кабелів, підключений до екрану кабелю в будь-якій точці і знову ізольований.
Крім того, арматурні стержні, з'єднані на постійній і безперервній основі, можуть використовуватися як провідники еквіпотенціального з'єднання, що підключаються до еквіпотенціального з'єднувального стрижня на обох кінцях.
