Dans les usines pétrochimiques et autres environnements explosifs, même une petite étincelle électrique peut avoir des conséquences catastrophiques. Des barrières de sécurité spéciales sont essentielles pour garantir que les instruments connectés à ces zones dangereuses restent absolument sûrs dans des conditions de panne potentielles. Deux solutions principales existent : les barrières Zener (barrières de sécurité intrinsèque) et les isolateurs galvaniques. Cet article examine leurs principes de fonctionnement, leurs applications et leurs avantages comparatifs.

Les barrières Zener, également connues sous le nom de barrières ATEX ou barrières IS, fonctionnent en limitant le flux d'énergie vers les zones dangereuses. Leur conception garantit que même en cas de panne, l'énergie du circuit reste inférieure au seuil minimum requis pour enflammer les mélanges explosifs.

Alors que les diodes standard permettent la circulation du courant dans un seul sens, les diodes Zener sont conçues pour conduire lorsqu'elles atteignent des seuils de tension inverse spécifiques. Dans les barrières de sécurité, ces composants conduisent rapidement l'excès de courant vers la terre lorsque la tension dépasse les limites de sécurité, limitant ainsi efficacement l'énergie dangereuse.

• Résistance :Limite le courant entrant dans les zones dangereuses
• Diode Zener :Fixe la tension pendant les défauts en détournant l'excès de courant vers la terre
• Fusible:Protège la diode Zener en cas de surcharge

En fonctionnement normal, la résistance limite le flux de courant. Lorsque la tension dépasse les seuils de sécurité, la diode Zener s'active pour shunter l'excès de courant, tandis que le fusible sert de protection finale contre les dommages matériels.

Un bon fonctionnement nécessite une mise à la terre IS dédiée installée conformément aux normes CEI 60079-14. Cette mesure de sécurité critique a un impact direct sur l’intégrité du système.

Malgré leur simplicité et leur rentabilité, les barrières Zener présentent plusieurs contraintes :

• La mise à la terre obligatoire du SI dédié augmente la complexité de l'installation
• Une charge de boucle supplémentaire peut nuire aux performances de l'instrument
• Manque de capacités de conversion ou d’amplification du signal

Ces limitations ont conduit au remplacement généralisé des isolateurs galvaniques dans les installations modernes.

Les isolateurs galvaniques comme la série PR 9000 utilisent des conceptions fondamentalement différentes. Alors que les deux technologies limitent l'énergie des zones dangereuses, les isolateurs mettent en œuvre une isolation électrique à trois ports entre les circuits d'entrée, de sortie et d'alimentation à l'aide de transformateurs et d'optocoupleurs.

Cette séparation électrique complète évite les boucles de masse et les interférences sonores, améliorant ainsi considérablement la fiabilité et la sécurité du système.

L'isolation électrique inhérente de l'isolateur élimine les exigences particulières de mise à la terre, simplifiant considérablement l'installation et la maintenance.

• Suppression de la mise à la terre dédiée du SI
• Chargement de boucle réduit pour des performances améliorées de l'instrument
• Capacités de conversion et d’amplification du signal
• Résistance améliorée au bruit et aux surtensions

• Mesure de température (thermocouples/RTD)
• Transmission du signal du transducteur de pression
• Conditionnement du signal du débitmètre
• Commande de vanne antidéflagrante

Les équipements destinés aux environnements explosifs nécessitent une certification pour vérifier la conformité aux méthodes de protection applicables. Dans l'UE, la certification ATEX est obligatoire, tandis que l'IECEx sert de norme internationale.

• Identification de l'organisme certificateur
• Normes applicables
• Paramètres électriques
• Spécifications d'installation
• Conditions de fonctionnement particulières

Une bonne conception de la boucle SI nécessite l’analyse de trois composants :

• Équipement de terrain certifié (zone dangereuse)
• Appareil associé (interface zone sûre)
• Câblage d'interconnexion compatible

• Uo (Voc) : Tension en circuit ouvert
• Io (Isc) : Courant de court-circuit
• Po : Puissance de sortie
• Ca : Capacité admissible
• La : Inductance admissible

Des calculs simples déterminent les combinaisons d'équipements compatibles et les longueurs de câble maximales en comparant les paramètres de l'appareil associé aux spécifications des appareils de terrain. Le système doit satisfaire :

• Uo ≤ Ui (limitation de tension)
• Io ≤ Ii (limitation de courant)
• Po ≤ Pi (limitation de puissance)
• Ca ≥ Ctotal (limitation de capacité)
• La ≥ Ltotal (limitation de l'inductance)

Le respect de ces principes garantit un fonctionnement intrinsèquement sûr, minimisant les risques d'explosion dans les zones dangereuses.