Negli impianti petrolchimici e in altri ambienti esplosivi, anche una piccola scintilla elettrica può innescare conseguenze catastrofiche. Barriere di sicurezza speciali sono essenziali per garantire che gli strumenti collegati a queste aree pericolose rimangano assolutamente sicuri in condizioni di guasto potenziale. Esistono due soluzioni principali: le barriere Zener (barriere di sicurezza intrinseca) e gli isolatori galvanici. Questo articolo esamina i loro principi di funzionamento, le applicazioni e i vantaggi comparativi.

Le barriere Zener, note anche come barriere ATEX o barriere I.S., funzionano limitando il flusso di energia nelle aree pericolose. Il loro design assicura che, anche durante i guasti, l'energia del circuito rimanga al di sotto della soglia minima richiesta per innescare miscele esplosive.

Mentre i diodi standard consentono il flusso di corrente in una sola direzione, i diodi Zener sono progettati per condurre quando raggiungono specifiche soglie di tensione inversa. Nelle barriere di sicurezza, questi componenti conducono rapidamente la corrente in eccesso a terra quando la tensione supera i limiti di sicurezza, bloccando efficacemente l'energia pericolosa.

• Resistore: Limita la corrente che entra nelle aree pericolose
• Diodo Zener: Blocca la tensione durante i guasti deviando la corrente in eccesso a terra
• Fusibile: Protegge il diodo Zener durante le condizioni di sovraccarico

Durante il normale funzionamento, il resistore limita il flusso di corrente. Quando la tensione supera le soglie di sicurezza, il diodo Zener si attiva per deviare la corrente in eccesso, mentre il fusibile funge da protezione finale contro i danni alle apparecchiature.

Il corretto funzionamento richiede una messa a terra I.S. dedicata installata secondo gli standard IEC 60079-14. Questa misura di sicurezza critica influisce direttamente sull'integrità del sistema.

Nonostante la loro semplicità ed economicità, le barriere Zener presentano diversi vincoli:

• La messa a terra I.S. dedicata obbligatoria aumenta la complessità dell'installazione
• Il carico aggiuntivo del loop può compromettere le prestazioni dello strumento
• Mancanza di capacità di conversione o amplificazione del segnale

Queste limitazioni hanno portato alla diffusa sostituzione con isolatori galvanici nelle installazioni moderne.

Gli isolatori galvanici come la serie PR 9000 utilizzano progetti fondamentalmente diversi. Sebbene entrambe le tecnologie limitino l'energia delle aree pericolose, gli isolatori implementano l'isolamento elettrico a tre porte tra i circuiti di ingresso, uscita e alimentazione utilizzando trasformatori e optoaccoppiatori.

Questa completa separazione elettrica previene i loop di terra e le interferenze di rumore, migliorando significativamente l'affidabilità e la sicurezza del sistema.

L'isolamento elettrico intrinseco dell'isolatore elimina i requisiti di messa a terra speciali, semplificando notevolmente l'installazione e la manutenzione.

• Eliminazione della messa a terra I.S. dedicata
• Riduzione del carico del loop per migliorare le prestazioni dello strumento
• Capacità di conversione e amplificazione del segnale
• Maggiore resistenza al rumore e alle sovratensioni

• Misurazione della temperatura (termocoppie/RTD)
• Trasmissione del segnale del trasduttore di pressione
• Condizionamento del segnale del misuratore di portata
• Controllo della valvola antideflagrante

Le apparecchiature destinate ad ambienti esplosivi richiedono la certificazione per verificare la conformità ai metodi di protezione applicabili. Nell'UE, la certificazione ATEX è obbligatoria, mentre IECEx funge da standard internazionale.

• Identificazione dell'ente certificatore
• Standard applicabili
• Parametri elettrici
• Specifiche di installazione
• Condizioni operative speciali

La corretta progettazione del loop I.S. richiede l'analisi di tre componenti:

• Apparecchiature di campo certificate (area pericolosa)
• Apparecchiature associate (interfaccia area sicura)
• Cablaggio di interconnessione compatibile

• Uo (Voc): Tensione a circuito aperto
• Io (Isc): Corrente di cortocircuito
• Po: Potenza in uscita
• Ca: Capacità ammissibile
• La: Induttanza ammissibile

Semplici calcoli determinano combinazioni di apparecchiature compatibili e lunghezze massime dei cavi confrontando i parametri delle apparecchiature associate con le specifiche dei dispositivi sul campo. Il sistema deve soddisfare:

• Uo ≤ Ui (limitazione della tensione)
• Io ≤ Ii (limitazione della corrente)
• Po ≤ Pi (limitazione della potenza)
• Ca ≥ Ctotal (limitazione della capacità)
• La ≥ Ltotal (limitazione dell'induttanza)

L'adesione a questi principi garantisce un funzionamento intrinsecamente sicuro, riducendo al minimo i rischi di esplosione in luoghi pericolosi.