На нефтехимических заводах и в других взрывоопасных средах даже крошечная электрическая искра может привести к катастрофическим последствиям. Специальные барьеры безопасности необходимы для обеспечения абсолютной безопасности приборов, подключенных к этим опасным зонам, в условиях потенциальных неисправностей. Существуют два основных решения: барьеры Зенера (барьеры искробезопасности) и гальванические изоляторы. В этой статье рассматриваются их принципы работы, области применения и сравнительные преимущества.

Барьеры Зенера, также известные как барьеры ATEX или барьеры искробезопасности, работают путем ограничения потока энергии в опасные зоны. Их конструкция гарантирует, что даже при неисправностях энергия в цепи остается ниже минимального порога, необходимого для воспламенения взрывоопасных смесей.

В то время как стандартные диоды пропускают ток только в одном направлении, диоды Зенера сконструированы таким образом, чтобы проводить ток при достижении определенных пороговых значений обратного напряжения. В барьерах безопасности эти компоненты быстро проводят избыточный ток на землю, когда напряжение превышает безопасные пределы, эффективно ограничивая опасную энергию.

• Резистор: Ограничивает ток, поступающий в опасные зоны
• Диод Зенера: Ограничивает напряжение при неисправностях, отводя избыточный ток на землю
• Предохранитель: Защищает диод Зенера в условиях перегрузки

Во время нормальной работы резистор ограничивает ток. Когда напряжение превышает безопасные пороги, диод Зенера активируется для шунтирования избыточного тока, а предохранитель служит окончательной защитой от повреждения оборудования.

Правильная работа требует выделенного заземления искробезопасности, установленного в соответствии со стандартами IEC 60079-14. Эта критически важная мера безопасности напрямую влияет на целостность системы.

Несмотря на свою простоту и экономичность, барьеры Зенера имеют несколько ограничений:

• Обязательное выделенное заземление искробезопасности увеличивает сложность установки
• Дополнительная нагрузка на петлю может ухудшить производительность прибора
• Отсутствие возможностей преобразования или усиления сигнала

Эти ограничения привели к широкому распространению гальванических изоляторов в современных установках.

Гальванические изоляторы, такие как серия PR 9000, используют принципиально иные конструкции. Хотя обе технологии ограничивают энергию в опасной зоне, изоляторы реализуют трехпортовую электрическую изоляцию между входной, выходной и силовой цепями, используя трансформаторы и оптопары.

Это полное электрическое разделение предотвращает образование контуров заземления и помехи, значительно повышая надежность и безопасность системы.

Встроенная электрическая изоляция изолятора устраняет особые требования к заземлению, значительно упрощая установку и обслуживание.

• Устранение выделенного заземления искробезопасности
• Снижение нагрузки на петлю для улучшения производительности прибора
• Возможности преобразования и усиления сигнала
• Повышенная устойчивость к шумам и перенапряжениям

• Измерение температуры (термопары/ТСД)
• Передача сигнала датчика давления
• Кондиционирование сигнала расходомера
• Управление взрывозащищенным клапаном

Оборудование, предназначенное для взрывоопасных сред, требует сертификации для проверки соответствия применимым методам защиты. В ЕС обязательна сертификация ATEX, а IECEx служит международным стандартом.

• Идентификация сертифицирующего органа
• Применимые стандарты
• Электрические параметры
• Спецификации установки
• Особые условия эксплуатации

Правильная конструкция петли искробезопасности требует анализа трех компонентов:

• Сертифицированное полевое оборудование (опасная зона)
• Сопутствующая аппаратура (интерфейс безопасной зоны)
• Совместимый соединительный кабель

• Uo (Voc): Напряжение холостого хода
• Io (Isc): Ток короткого замыкания
• Po: Выходная мощность
• Ca: Допустимая емкость
• La: Допустимая индуктивность

Простые расчеты определяют совместимые комбинации оборудования и максимальную длину кабеля путем сравнения параметров сопутствующей аппаратуры со спецификациями полевого устройства. Система должна соответствовать:

• Uo ≤ Ui (ограничение напряжения)
• Io ≤ Ii (ограничение тока)
• Po ≤ Pi (ограничение мощности)
• Ca ≥ Ctotal (ограничение емкости)
• La ≥ Ltotal (ограничение индуктивности)

Соблюдение этих принципов обеспечивает искробезопасную работу, сводя к минимуму риски взрыва в опасных зонах.