Petrokimya tesislerinde ve diğer patlayıcı ortamlarda, küçük bir elektrik kıvılcımı bile felaket sonuçlara yol açabilir. Bu tehlikeli alanlara bağlı enstrümanların potansiyel arıza koşullarında kesinlikle güvenli kalmasını sağlamak için özel güvenlik bariyerleri gereklidir. İki temel çözüm mevcuttur: Zener Bariyerleri (Kendinden Güvenlik Bariyerleri) ve Galvanik İzolatörler. Bu makale, çalışma prensiplerini, uygulamalarını ve karşılaştırmalı avantajlarını incelemektedir.

ATEX Bariyerleri veya K.G. Bariyerleri olarak da bilinen Zener Bariyerleri, tehlikeli alanlara enerji akışını kısıtlayarak çalışır. Tasarımları, arızalar sırasında bile, devre enerjisinin patlayıcı karışımları tutuşturmak için gereken minimum eşiğin altında kalmasını sağlar.

Standart diyotlar yalnızca tek yönde akım akışına izin verirken, Zener diyotlar belirli ters voltaj eşiklerine ulaşıldığında iletim yapacak şekilde tasarlanmıştır. Güvenlik bariyerlerinde, bu bileşenler, voltaj güvenli sınırları aştığında aşırı akımı hızla toprağa ileterek tehlikeli enerjiyi etkili bir şekilde sınırlar.

• Direnç: Tehlikeli alanlara giren akımı sınırlar
• Zener diyot: Aşırı akımı toprağa yönlendirerek arızalar sırasında voltajı sınırlar
• Sigorta: Aşırı yük koşullarında Zener diyotu korur

Normal çalışma sırasında, direnç akım akışını kısıtlar. Voltaj güvenli eşikleri aştığında, Zener diyot aşırı akımı yönlendirmek için etkinleşir, sigorta ise ekipman hasarına karşı son koruma görevi görür.

Düzgün işlevsellik, IEC 60079-14 standartlarına göre kurulmuş özel K.G. topraklaması gerektirir. Bu kritik güvenlik önlemi, sistem bütünlüğünü doğrudan etkiler.

Basitliklerine ve maliyet etkinliğine rağmen, Zener bariyerleri çeşitli kısıtlamalar sunar:

• Zorunlu özel K.G. topraklaması, kurulum karmaşıklığını artırır
• Ek döngü yüklemesi, enstrüman performansını bozabilir
• Sinyal dönüştürme veya yükseltme yeteneği eksikliği

Bu sınırlamalar, modern kurulumlarda galvanik izolatörler tarafından yaygın olarak değiştirilmesine yol açmıştır.

PR 9000 serisi gibi galvanik izolatörler, temel olarak farklı tasarımlar kullanır. Her iki teknoloji de tehlikeli alan enerjisini sınırlarken, izolatörler, transformatörler ve optokuplörler kullanarak giriş, çıkış ve güç devreleri arasında üç portlu elektriksel izolasyon uygular.

Bu tam elektriksel ayırma, toprak döngülerini ve gürültü girişimini önleyerek sistem güvenilirliğini ve güvenliğini önemli ölçüde artırır.

İzolatörün doğal elektriksel izolasyonu, özel topraklama gereksinimlerini ortadan kaldırır, kurulumu ve bakımı önemli ölçüde basitleştirir.

• Özel K.G. topraklamasının ortadan kaldırılması
• Geliştirilmiş enstrüman performansı için azaltılmış döngü yüklemesi
• Sinyal dönüştürme ve yükseltme yetenekleri
• Geliştirilmiş gürültü ve dalgalanma direnci

• Sıcaklık ölçümü (termokupllar/RTD'ler)
• Basınç dönüştürücü sinyal iletimi
• Akış ölçer sinyal koşullandırması
• Patlamaya dayanıklı vana kontrolü

Patlayıcı ortamlara yönelik ekipman, geçerli koruma yöntemlerine uygunluğu doğrulamak için sertifikasyon gerektirir. AB'de ATEX sertifikası zorunluyken, IECEx uluslararası standart olarak hizmet vermektedir.

• Sertifikasyon kuruluşu kimliği
• Uygulanabilir standartlar
• Elektriksel parametreler
• Kurulum özellikleri
• Özel çalışma koşulları

Uygun K.G. döngüsü tasarımı, üç bileşenin analizini gerektirir:

• Sertifikalı saha ekipmanı (tehlikeli alan)
• İlişkili cihaz (güvenli alan arayüzü)
• Uyumlu ara bağlantı kabloları

• Uo (Voc): Açık devre voltajı
• Io (Isc): Kısa devre akımı
• Po: Çıkış gücü
• Ca: İzin verilen kapasitans
• La: İzin verilen endüktans

Basit hesaplamalar, ilişkili cihaz parametrelerini saha cihazı özellikleri ile karşılaştırarak uyumlu ekipman kombinasyonlarını ve maksimum kablo uzunluklarını belirler. Sistem şunları sağlamalıdır:

• Uo ≤ Ui (voltaj sınırlaması)
• Io ≤ Ii (akım sınırlaması)
• Po ≤ Pi (güç sınırlaması)
• Ca ≥ Ctotal (kapasitans sınırlaması)
• La ≥ Ltotal (endüktans sınırlaması)

Bu ilkelere uyulması, tehlikeli konumlarda patlama risklerini en aza indirerek kendinden güvenli çalışmayı sağlar.