석유화학 공장과 기타 폭발성 환경에서는 아주 작은 전기 스파크라도 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 이러한 위험 지역에 연결된 장비가 잠재적인 오류 조건에서 절대적으로 안전한 상태를 유지하도록 보장하려면 특수 안전 장벽이 필수적입니다. 두 가지 주요 솔루션이 존재합니다: 제너 배리어(본질 안전 배리어)와 갈바닉 아이솔레이터. 이 기사에서는 작동 원리, 적용 및 비교 이점을 검토합니다.

ATEX 배리어 또는 IS 배리어라고도 알려진 제너 배리어는 위험 지역으로의 에너지 흐름을 제한하는 방식으로 작동합니다. 이들 설계는 오류 중에도 회로 에너지가 폭발성 혼합물을 점화하는 데 필요한 최소 임계값 미만으로 유지되도록 보장합니다.

표준 다이오드는 한 방향으로만 전류 흐름을 허용하는 반면, 제너 다이오드는 특정 역방향 전압 임계값에 도달할 때 전도되도록 설계되었습니다. 안전 장벽에서 이러한 구성 요소는 전압이 안전 한계를 초과할 때 과도한 전류를 접지로 신속하게 전도하여 위험한 에너지를 효과적으로 클램핑합니다.

• 저항기:현재 위험 지역으로 진입하는 것을 제한합니다.
• 제너 다이오드:초과 전류를 접지로 전환하여 오류 발생 시 전압을 클램핑합니다.
• 퓨즈:과부하 상태에서 제너 다이오드를 보호합니다.

정상 작동 중에는 저항이 전류 흐름을 제한합니다. 전압이 안전 임계값을 초과하면 제너 다이오드가 활성화되어 과도한 전류를 차단하고 퓨즈는 장비 손상에 대한 최종 보호 역할을 합니다.

올바른 기능을 위해서는 IEC 60079-14 표준에 따라 설치된 전용 IS 접지가 필요합니다. 이 중요한 안전 조치는 시스템 무결성에 직접적인 영향을 미칩니다.

단순성과 비용 효율성에도 불구하고 제너 장벽에는 몇 가지 제약이 있습니다.

• 필수 전용 IS 접지로 인해 설치가 복잡해집니다.
• 추가 루프 로딩으로 인해 장비 성능이 저하될 수 있음
• 신호 변환 또는 증폭 기능 부족

이러한 제한으로 인해 현대 설비에서는 갈바닉 절연체로 널리 교체되었습니다.

PR 9000 시리즈와 같은 갈바닉 아이솔레이터는 근본적으로 다른 설계를 사용합니다. 두 기술 모두 위험 지역 에너지를 제한하는 반면 절연체는 변압기와 광커플러를 사용하여 입력, 출력 및 전원 회로 사이에 3포트 전기 절연을 구현합니다.

이러한 완전한 전기적 분리는 접지 루프와 잡음 간섭을 방지하여 시스템 신뢰성과 안전성을 크게 향상시킵니다.

절연체의 고유한 전기 절연으로 인해 특별한 접지 요구 사항이 제거되어 설치 및 유지 관리가 크게 단순화됩니다.

• 전용 IS 접지 제거
• 장비 성능 향상을 위해 루프 로딩 감소
• 신호 변환 및 증폭 기능
• 향상된 소음 및 서지 저항

• 온도 측정(열전대/RTD)
• 압력 변환기 신호 전송
• 유량계 신호 컨디셔닝
• 방폭 밸브 제어

폭발성 환경에 사용되는 장비에는 해당 보호 방법을 준수하는지 확인하기 위한 인증이 필요합니다. EU에서는 ATEX 인증이 필수이며 IECEx는 국제 표준으로 사용됩니다.

• 신체 식별 인증
• 적용 가능한 표준
• 전기적 매개변수
• 설치사양
• 특수 작동 조건

적절한 IS 루프 설계에는 세 가지 구성 요소에 대한 분석이 필요합니다.

• 인증된 현장 장비(위험 지역)
• 관련 장치(안전 영역 인터페이스)
• 호환 가능한 상호 연결 케이블링

• Uo(Voc): 개방 회로 전압
• Io(Isc): 단락 전류
• Po: 출력 전력
• Ca: 허용 용량
• La: 허용 인덕턴스

간단한 계산을 통해 관련 장치 매개변수를 현장 장치 사양과 비교하여 호환 가능한 장비 조합과 최대 케이블 길이를 결정합니다. 시스템은 다음을 충족해야 합니다.

• Uo ≤ Ui(전압 제한)
• Io ≤ Ii(전류 제한)
• Po ≤ Pi(전력 제한)
• Ca ≥ Ctotal(커패시턴스 제한)
• La ≥ Ltotal(인덕턴스 제한)

이러한 원칙을 준수하면 본질적으로 안전한 작동이 보장되어 위험한 장소에서 폭발 위험이 최소화됩니다.