Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 мая 2018 года; проверки требуют 7 правок.
Барьер искрозащиты — узел законченной конструкции, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к искробезопасным цепям, служащий барьером между искробезопасными и искроопасными электрическими цепями. Барьер искрозащиты отличается от блока искрозащиты тем, что является законченным узлом. Блок искрозащиты входит в состав связанного с искробезопасностью электрооборудования.
Искробезопасные барьеры на шунтирующих диодах (стабилитронах) были разработаны в конце 1950-х для контроллеров управления технологическими процессами в химической промышленности.
Обычно блок искрозащиты на стабилитронах (БИС) выполнен как единый неразборный блок, залитый компаундом или помещённый в неразборную оболочку, что исключает возможность ремонта или замены элементов его внутреннего монтажа.
БИС состоит из шунтирующих стабилитронов и последовательно включённых резисторов или резисторов и предохранителей.
В нормальном режиме работы электрооборудования напряжение пробоя стабилитронов не превышается — стабилитрон не проводит ток. При возникновении аварии во вторичной части системы, расположенной в безопасной зоне, и при превышении
внешним напряжением значения напряжения пробоя стабилитрона (рабочей областью стабилитронов является участок на обратной ветви вольт-амперной характеристики) он переходит в режим стабилизации уровня напряжения при изменении величины протекающего через него тока. Стабилитрон начинает проводить ток. Последовательно включённый резистор ограничивает ток в цепи взрывоопасной зоны. При достижении током определённого значения срабатывает встроенный предохранитель, что предотвращает передачу недопустимо большой электрической мощности из безопасной зоны в электрические цепи оборудования, расположенного во взрывоопасной зоне.
Пример внешнего вида барьера искрозащиты в закрытом корпусе. С маркировкой вида взрывозащиты и требуемой маркировкой касательно условий применения.
Барьеры с гальванической развязкой
Барьер искробезопасности с гальванической развязкой (изолятор), разрывает любое прямое (гальваническое) соединение между электрическими цепями взрывобезопасной и взрывоопасной зон за счет использования слоя изоляционного материала между ними. Передача информации производится обычно через один из видов трансформаторов: оптрон, трансформатор или реле. Окончательно взрывобезопасность достигается за счет использования диодно-резистивной схемы, подобной шунт-диодному барьеру.
Так как цепь опасной зоны гальванически не связана с цепью безопасной зоны, блокирование чрезмерной энергии в барьере с гальванической развязкой обычно расценивают как эффективное и фундаментальное. Практически, ноль измерительного прибора обычно связан с заземленной нейтралью трансформатора энергоснабжения для предотвращения помех и соображений безопасности. Таким образом при повреждении ток замыкается на нейтраль, вызывая разрушение плавкого предохранителя, устраняющее короткое замыкание за относительно короткое время.
Барьером искрозащиты или барьером искробезопасности называется электронное защитное устройство (часто имеющее модульную конструкцию), устанавливаемое последовательно в цепь между искроопасной и искробезопасной зонами предприятия, проще говоря — между зоной взрывоопасной и взрывобезопасной.
Очевидно, что данное устройство в первую очередь само должно удовлетворять требованиям относительно искробезопасности, поэтому барьеры искрозащиты традиционно заливаются компаундом, и называются такие устройства блоками искрозащиты. Очевидно, ремонт барьеров искрозащиты не предусматривается, – такова цена за безопасность.
В целом у данных блоков можно выделить ряд достоинств: они универсальны, недороги, просты в установке, имеют малые габариты и простую модульную конструкцию, удобную для плотного монтажа на DIN-рейку.
Из относительных недостатков: необходимость надежного заземления цепи, ограниченное максимальное рабочее напряжение, защищаемое оборудование обязано быть само качественно изолировано от земли.
Тем не менее, невзирая на кажущуюся прихотливость, барьер искрозащиты представляет собой отличное средство, позволяющее недорого, негромоздко, при этом надежно, защитить оборудование от искр электрической природы. Далее станет ясно, почему.
Взглянув на схему барьера искрозащиты, легко видеть, что устройство это довольно простое. Оно содержит в качестве главных элементов шунтирующие стабилитроны (или один стабилитрон), к которым последовательно присоединен с одной стороны балластный резистор, а с другой — обычный плавкий предохранитель. Это так называемый шунт-стабилитронный искрозащитный барьер.
Работает блок следующим образом. В обычном режиме работы оборудования стабилитроны закрыты, ток через них не течет, ибо напряжение на них еще не превысило напряжения пробоя.
Но в момент наступления аварийной ситуации в цепи, напряжение на стабилитронах тут же начинает превышать определенный предел — стабилитроны резко переходят в состояние проводимости (режим стабилизации) — начинают активно пропускать через себя ток, шунтируя цепь, предотвращая появление искры.
Последовательно присоединенный резистор ограничит ток в защищаемой цепи, а предохранитель предотвратит крайнюю ситуацию – развитие слишком большого тока.
Барьеры искрозащиты, производимые в соответствии с ГОСТом Р 51330.10-99, широко применяются сегодня на предприятиях химической, нефтяной и газовой промышленностей, где крайне важно отсутствие искр любой природы.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами в большинстве своем содержат блоки искрозащиты, связанные с электромагнитными клапанами, двухпроводными датчиками, электропневматическими преобразователями и т. д, не говоря уже о простом оборудовании, таком как выключатели, конденсаторы, дроссели, – о любых элементах электрических цепей, на которых возможно по той или иной причине появление искр.
Барьеры искрозащиты на шунтирующих стабилитронах были изобретены в конце 1950-х годов как раз с целью применения в контроллерах управления технологическими процессами для химической промышленности.
Одним из главных параметров прежних и нынешних барьеров искрозащиты был и остается – проходное сопротивление блоков. Низкое проходное сопротивление позволяет использовать барьеры в сочетании с датчиками, обладающими большим собственным сопротивлением и более высоким минимальным напряжением питания.
Мощные резисторы и стабилитроны, применяемые в современных блоках искрозащиты, позволяют уже сегодня снизить сопротивление барьеров на 24 вольта до менее чем 290 Ом, и тенденция направлена дальше в сторону уменьшения проходного сопротивления и увеличения мощности стабилитронов. Ограничение накладывается лишь приемлемыми габаритами и ценой изделий.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Барьер искрозащиты — конструктивный узел, с помощью которого становится возможным исключить попадание электрического тока в цепи, расположенные во взрывоопасных зонах. Благодаря таким приборам возможно обеспечить безопасность производства, а также создать необходимые условия для эксплуатации и защиты оборудования и продукции в разных сферах. Но перед выбором устройства защиты нужно определить тип объекта и уровень взрывоопасной зоны.
Какие бывают барьеры искрозащиты
Искрозащитные устройства делят на две группы:
ИСКРА-03 – барьер искрозащиты
Ключевое различие между этими разновидностями заключается в схеме и конструктивном исполнении. Первый тип включает в себя шунтирующие диоды, также известные как стабилитроны. С их помощью удается ликвидировать излишки напряжения при возникновении опасной ситуации. Количество стабилитронов (от 1 до 3) определяет уровень искробезопасности прибора.
Входящий в состав пассивного искрозащитного устройства предохранитель помогает избежать повреждений конструкции, а ограничение тока происходит посредством резистора. Плюсами такого оборудования считаются соотношение цены и надежности, а также отсутствие необходимости в питании.
Но перед установкой пассивного барьера важно помнить о некоторых особенностях оборудования, таких как необходимость заземления и влияние на показания датчиков. Также при выборе нужно определить, какой уровень искробезопасности должен быть обеспечен во взрывоопасных зонах:
Пример расположения схемы на корпусе барьера искрозащиты
Активный барьер искрозащиты включает в себя гальваническую развязку между цепями. Благодаря этому возможно обеспечить питание датчика, а также получить возможность передачи и преобразования сигналов. Благодаря конструктивным особенностям возможно исключить непосредственный контакт между оборудованием во взрывоопасной зоне с контроллерами в безопасном пространстве.
В связи с этим искробезопасное оборудование такого типа отличается высоким уровнем безопасности и защищенности от помех. Кроме этого, оно может работать даже при скачках напряжения.
Где располагаются барьеры искрозащиты
Расположение искрозащитных устройств определяется на основании схемы, которую можно найти в паспорте либо руководстве по эксплуатации. Также встречаются модели, у которых схема установки указана на корпусе.
Правильно устанавливать барьер в безопасной зоне, в то время как электрическое оборудование находится во взрывоопасных пространствах. При этом нужно принимать во внимание, какое оборудование будет подключаться к искрозащитному прибору: термометр, термопара и т.д. На основании этих сведений можно понять, к каким клеммам нужно подключать концы проводов.
Барьер искрозащиты — необходимое средство для обеспечения безопасности. Поэтому важно подобрать модель, подходящую для каждого отдельного объекта. В каталоге СОЮЗ-ПРИБОР представлено оборудование разных производителей с различными характеристиками. Если возникли вопросы или необходима консультация, можно обратиться к менеджерам компании по указанным на сайте контактам.
Возникновение искры или нагрев какого-либо элемента на взрывоопасных объектах может привести к необратимым последствиям. Для безопасности производства, хранения и транспортировки нефтепродуктов или горючих газов необходимо устанавливать дополнительное оборудование, обеспечивающее взрывозащиту. Для искробезопасности электрических цепей применяются барьеры искрозащиты ОВЕН Искра.
Во взрывоопасных зонах необходимо создавать условия, неспособные вызвать воспламенение горюче-смазочных материалов, т.е. помимо применения оборудования в искробезопасном исполнении должны применяться искробезопасные цепи.
Искробезопасная электрическая цепь i – вид взрывозащиты, основанный на ограничении энергии искры, которая может возникнуть внутри оборудования или проводки, находящихся во взрывоопасной зоне, например, на объектах с горючими газами. Требования к искробезопасному (ex ia) оборудованию и обеспечению искробезопасности прописаны в ГОСТ 31610.11 (IEC 60079-11:2011).
Смесь газа (5 – 15 %) с воздухом может взорваться только в случае возникновения искры, способной «поджечь» эту взрывоопасную смесь. Если энергии искры будет недостаточно, то взрыва не произойдет. Для удержания энергии искры на уровне, недостаточном для воспламенения взрывоопасной смеси, необходимо ограничивать электрические параметры (напряжение, ток, емкость и индуктивность) в цепи «датчик – прибор».
У датчиков в искробезопасном исполнении и у барьеров есть собственные пороговые значения напряжения (Ui, Uo), тока (Ii, Io), индуктивности (Li, Lo), емкости (Ci, Co) (рис.1), которые должны находиться между собой в определенных соотношениях. Кроме этого, следует учитывать, что соединительный кабель также имеет емкость и индуктивность (Lc, Cc).
Рис. 1. Электрические параметры компонентов искробезопасной цепи
Датчики давления или температуры устанавливаются во взрывоопасной зоне, а вторичный прибор – измеритель, терморегулятор, контроллер и т.п. – должен располагаться во взрывобезопасной зоне. Электрические параметры датчиков ограничивает производитель, то есть датчик в исполнении ex ia не может служить причиной мощной искры. Но для искробезопасной цепи этого недостаточно – нужно, чтобы искра не имела возможности проникнуть во взрывоопасную зону извне, от вторичного прибора. Это условие обеспечивает барьер искрозащиты ОВЕН ИСКРА.03. Барьер устанавливается во взрывобезопасной зоне и не позволяет превысить пороговые значения электрической цепи. Маркировка барьера ИСКРА.03 показана на рис. 2.
Рис. 2. Маркировка взрывозащиты искробарьера ИСКРА.03
Из табл. 1 видно, что напряжение и ток искробезопасного датчика должны быть выше соответствующих параметров искробарьера. Только при таких условиях барьер обеспечивает взрывобезопасность датчика. При этом суммарные значения емкости и индуктивности соединения «датчик – кабель» не должны превышать максимальных выходных параметров искробарьера. Это необходимо для того, чтобы накопленная в реактивных компонентах (катушки индуктивности, конденсаторы и т.п.) энергия в случае короткого замыкания не вызвала искру, способную поджечь газовоздушную смесь.
Искробарьеры делятся на два класса: активные и пассивные.
Таблица 1. Условия искробезопасности цепи
Пассивный тип барьеров искрозащиты
Пассивные или шунт-диодные искробарьеры включают так называемые диоды Зенера D (стабилитроны), резисторы R и плавкие предохранители F (рис. 3). При возникновении опасной ситуации (например, скачка напряжения на входе барьера) стабилитроны D открываются и сбрасывают излишки напряжения на землю. Предохранитель F защищает барьер от повреждения, резистор R ограничивает ток в цепи. Совместная работа этих элементов гарантирует невозможность превышения тока и напряжения в цепи выше Io и Uo. В конструкцию барьера могут быть заложены 1, 2 или 3 стабилитрона, их количество влияет на уровень искробезопасности.
Рис. 3. Схема пассивного барьера искрозащиты (вторичный прибор – ТРМ200 с RS-485)
Пассивные искробарьеры могут быть трех уровней искробезопасности:
Преимущества пассивных искробарьеров:
Особенности пассивных искробарьеров:
ОВЕН ИСКРА.03 относится к пассивным искробарьерам с классом взрывозащиты «ia».
Активный тип барьеров искрозащиты
Преимущества активных барьеров:
Слабые места активных барьеров:
В ассортименте ОВЕН есть активный искробарьер – НПТ-1К.Ех.
Барьеры искрозащиты с гальванической развязкой – это активные барьеры с гальваническим разделением искроопасных и искробезопасных цепей.
Барьер искробезопасности передает токовый сигнал из взрывоопасной зоны во взрывобезопасную.
Встроенный импульсный источник питает входные и выходные цепи барьера. Наличие гальванической развязки цепей снимает необходимость заземления прибора.
Рисунок 1 — Работа барьера в штатном режиме
Барьер искрозащиты состоит из следующих узлов (рисунок 1):
Работа барьера при возникновении внештатной ситуации (попадания на вход барьера искроопасного напряжения) представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Работа барьера в аварийном режиме
При возникновении аварийной ситуации по выходной цепи или цепи питания (в данном примере попадание высокого напряжения по цепи питания) гальваническая развязка (трансформатор T и оптопара AD) препятствуют прохождению высокого напряжения в искробезопасную цепь.
При возникновении аварийной ситуации в блоках 6 и 4 шунт-диодный барьер искрозащиты препятствует передачи во взрывоопасную зону опасного напряжения. Принцип действия шунт-диодный барьера подробно изложен в здесь.
Модельный ряд барьеров искрозащиты с гальванической развязкой производства ООО «Энергия-Источник»
Наши специалисты по техподдержке готовы ответить на ваши вопросы и подобрать для вас барьер искробезопасности.
телефону (351) 751-23-42
Viber, WhatsApp: +7(922)011-41-53
