Ленпромавтоматика барьеры искрозащиты

Назначение и принципы работы

Если датчик исполнительного устройства или измерительной вставки находится во взрывоопасной зоне (например, промышленная установка на предприятии химической и нефтегазовой промышленности), то требуется обеспечить взрывозащиту. Одним из видов взрывозащиты является искробезопасная электрическая цепь (ГОСТ Р 30852.10-2002). Барьеры искрозащиты обеспечивают безопасность цепи подключения как в штатных, так и в аварийных ситуациях. По функционированию их можно разделить на барьеры с гальванической развязкой и шунт-диодные барьеры искрозащиты, которые также известны как «барьеры на зенеровских диодах», «пассивные барьеры».

Барьеры искробезопасности с гальванической развязкой часто называют «активными». Они объединяют в одном компактном корпусе преобразователь сигнала и барьер искрозащиты. Преимущества применения этого типа устройств во многом обусловлены наличием гальванической развязки, которая сама по себе является фактором, увеличивающим «выживаемость» системы. Каналы, защищенные такими барьерами, обладают более высокой помехо­устойчивостью. Наличие гальванического разделения входных и выходных цепей, а также входных цепей и цепей питания барьера снимает необходимость организации заземления барьеров. Это позволяет повысить помехоустойчивость при передаче измерительных сигналов.

Рис. 1. Функциональная схема барьера искробезопасности с гальванической развязкой для защиты цепей дискретных датчиков

Функциональная схема «активного» барьера для защиты цепей дискретных датчиков представлена на рис. 1.

Барьер работает следующим образом. Напряжение питания от источника питания (ИП) преобразуется генератором (Г) в переменное напряжение (U~) и передается трансформатором (Т) в выпрямитель (В). После выпрямителя стоит схема ограничения тока и напряжения. Таким образом, контакты датчика (D) опрашиваются сигналом с искробезопасными параметрами. Когда контакты датчика замкнуты, загорается светодиод оптопары AD, что, в свою очередь, приводит к открытию (замыканию) транзистора этой оптопары, и сигнал с датчика поступает на контроллер.

Шунт-диодные барьеры являются наиболее простым, дешевым и высоко­надежным способом обеспечения взрывозащиты и искробезопасности электрических цепей первичных преобразователей (термопары, термосопротивления, датчики унифицированных сигналов). Они требуют обязательного заземления.

К достоинствам шунт-диодных барьеров можно отнести их невысокую стоимость, компактность по сравнению с активными барьерами, передачу сигнала без преобразования и отсутствие необходимости в источнике питания. Недостатки данных устройств состоят в том, что они требуют заземления, выходят из строя при штатном срабатывании (сгорает предохранитель) и имеют неремонтопригодную конструкцию. Функциональная схема шунт-диодного барьера искробезопасности представлена на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема шунт-диодного барьера искробезопасности

«Срабатывание» барьера является штатной ситуацией обеспечения искробезопасности и вызывается попаданием в искроопасную цепь, подключенную к барьеру, электрического сигнала, по своим параметрам превышающего допустимое напряжение холостого хода и ток перегорания встроенного предохранителя. Как правило, с искроопасной стороны к барьеру подключены вторичные измерительные преобразователи. Параметры электрических сигналов, с которыми работают измерительные преобразователи, практически всегда не превышают значений, необходимых для «срабатывания» барьера. Поэтому для избежания «срабатывания» барьеров необходимо исключить попадание электрических сигналов из других цепей (например, в результате коротких замыканий). Барьер искробезопасности является невосстанавливаемым изделием и ремонту не подлежит (согласно п. 9.2.3 ГОСТ30852.10), таким образом, должна быть исключена возможность ремонта или замены элементов внутреннего монтажа барьеров.

Достоинства барьеров искробезопасности с гальванической развязкой

Фирма ОВЕН представляет на рынке барьеры искрозащиты «Искра-Х.02». Они могут выпускаться в различных исполнениях, отличающихся друг от друга типом подключаемых первичных преобразователей. Приборы относятся к классу шунт-диодных барьеров с обязательным искрозащитным заземлением и по способу защиты человека от поражения электрическим током удовлетворяют требованиям ГОСТ 12.2.007.0 для класса II.

Основные технические характеристики барьеров искробезопасности «ИСКРА» приведены в таблице 3.

Оборудование

Основным направлением деятельности ООО «Ленпромавтоматика» (ЛПА) является разработка и производство барьеров искробезопасности (барьеров искрозащиты), а также неискробезопасных технических средств автоматизации производств. Нашими специалистами разработаны и внедрены десятки изделий, призванных решать как типовые, так и нестандартные задачи взрывозащиты электрооборудования. Барьеры искробезопасности ЛПА с успехом применяются в системах сигнализации и аварийной защиты на объектах, где могут присутствовать взрывоопасные смеси газов и паров, легковоспламеняющиеся взрывчатые вещества.

Барьеры искрозащиты ЛПА идеально подходят для импортозамещения

продукции таких компаний, как: GMI, MTL, Pepperl-Fuchs, Stahl, Turck, Weidmuller, PR Electronics. Узнать более подробно, а также подобрать аналоги конкретных моделей Вы можете на странице подбора барьеров искрозащиты по аналогам.

Подобрать барьер по аналогам

Шунт-диодные барьеры искробезопасности

Это барьеры искрозащиты серии БИ, а также ЛПА-042 и ЛПА-043. С их помощью обеспечиваются искробезопасные значения тока и напряжения в электрической цепи, при которых не может произойти воспламенение во взрывоопасной зоне, и в то же время сохраняются нормальные условия для прохождения через барьер информационных электрических сигналов.

Барьеры искробезопасности с гальванической развязкой

Применительно к ним часто используют термин «активные». Объединяют в одном компактном корпусе преобразователь сигнала и барьер искрозащиты. Преимущества применения этого типа барьеров искробезопасности во многом обусловлены наличием гальванической развязки, которая сама по себе является фактором, увеличивающим «выживаемость» системы. Каналы, защищённые такими барьерами, обладают более высокой помехоустойчивостью. Искрозащиту организовать проще, т.к. активный барьер искрозащиты не требует заземления.

Искробезопасные блоки питания

Предназначены для обеспечения питания маломощных потребителей в системах промышленной автоматики.

Блоки гальванического разделения

Объединительный модуль на 8/16 барьеров искробезопасности для легкой интеграции с ПЛК различных производителей. Предназначен для барьеров искробезопасности с гальванической развязкой серии ЛПА-3xx.

ВОЛС

Представлен приемопередатчиком ЛПА-501, в котором реализована возможность выбора помехозащищенного обмена по ВОЛС. В зависимости от задачи можно использовать несколько различных методов, различающихся по количеству избыточной информации и, как следствие, задержке на передачу исходных сигналов.

Модули реле

Модули реле ЛПА-840 предназначены для использования как в качестве самостоятельного изделия, так и в комплексе с барьерами искробезопасности ЛПА-350, ЛПА-340, ЛПА-140, ЛПА-141, ЛПА-142, ЛПА-131, БИА-102, БИ-005, БИ-007 с целью увеличения нагрузочной способности выходных цепей. Модули выполнены в виде клеммной колодки на DIN-рейку с миниатюрным реле с 1 перекидной группой контактов.

Модули соединительные

Представлены универсальным интерфейсным модулем для перехода с разъема Yokogawa MIL 40-pin на винтовые клеммы.

Корпуса

Пластиковые корпуса для РЭА ЛПА-3 собственного производства ООО «Ленпромавтоматика» на 12 полюсов (6 колодок).
ЛПА-3 имеет толщину всего 12,5 мм и устанавливаются на стандартную DIN-рейку толщиной 35 мм.

Принадлежности

Предназначены для установки или подключения различных изделий ЛПА.

Барьеры НПК «Ленпромавтоматика»

ООО НПК «Ленпромавтоматика» выпускает 17 типов и более 30 модификаций барьеров искробезопасности, среди которых:

Пассивные

Рис. 3. Внешний вид барьера искробезопасности БИ-001

БИ-001 (рис. 3) предназначен для обеспечения искробезопасности электрических цепей первичных преобразователей, в роли которых, например, могут выступать термо­электрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления.

Основные технические характеристики барьеров искробезопасности БИ-001, БИ-003, БИ-004, БИ-005, БИ-006, БИ-006-01 приведены в таблице 1.

Активные

Рис. 4. Внешний вид барьера искробезопасности БИА-101

БИА-101 (рис. 4) предназначен для обеспечения искробезопасности и питания электрических цепей первичных преобразователей, выходным сигналом которых является токовый сигнал с диапазоном 0–20 (4–20) мА постоянного тока.

Барьер обеспечивает прием, фильтрацию и преобразование входного сигнала в унифицированный выходной сигнал 0–20 (4–20) мА, то есть передачу токового сигнала 1:1, а также в унифицированный выходной сигнал с диапазоном 0–5 (1–5) В, гальваническое разделение входных сигнальных цепей и цепей питания, а также входных и выходных цепей. Гальваническое разделение входных сигнальных цепей барьера и цепей питания осуществляется посредством применения импульсного трансформатора. Разделение сигнальных цепей входа и выхода достигается применением оптической развязки. Отличительной особенностью этого барьера искрозащиты является возможность диагностики состояния цепи датчика. Так, в случае использования датчика с выходным сигналом 4–20 мА по значению входного тока 0 мА может быть определен обрыв цепи датчика. Этому случаю соответствует нулевой уровень сигнала на выходе барьера. В случае когда входной ток значительно превышает 20 мА (для любого датчика), на выходе барьера присутствует высокий уровень напряжения (около 8 В). По этому значению выходного сигнала барьера можно делать выводы о неисправности датчика, коротком замыкании входной цепи барьера.

Основные технические характеристики активных барьеров искробезопасности БИА-101, БИА-102, БИА-103 и НБИ приведены в таблице 2.

Рис. 5. Внешний вид барьера искробезопасности ИСКРА-АТ.02

Барьеры ООО «Стенли»

Рис. 6. Внешний вид барьера искробезопасности Корунд М2

Очень убедительно представлены на рынке барьеры искробезопасности ООО «Стенли» — серии КОРУНД-Мххх, КОРУНД-БПД-24Ех. В состав барьеров КОРУНД-Мххх входят активные (КОРУНД-М1х, с питающим напряжением постоянного тока), пассивные (КОРУНД-М2х/М72х, КОРУНД-М3х/М73х и Корунд-М4х/М74х), активные с гальванической развязкой КОРУНД-Мхх, а также активные барьеры с сетевым питанием (КОРУНД-БПД-24Ех).

Пассивные барьеры Корунд-М2х/М72х, КОРУНД-М3х/М73х, КОРУНД-М4х/М74х предназначены для работы с датчиками, формирующими как естественный выходной сигнал (например, термопары и термометры сопротивления стандартных градуировок с конструкцией обычного исполнения), так и унифицированный токовый сигнал (например, 4–20 мА), и другими техническими средствами промышленной автоматики, не содержащими собственных источников электропитания (например, электропневматические преобразователи и позиционеры).

Серия КОРУНД-М7хх характеризуется более высокими значениями максимального выходного тока и максимальных значений внешних емкостей и индуктивностей, а также меньшими значениями проходного сопротивления.

Рис. 7. Внешний вид барьера искробезопасности Корунд М5

Барьеры КОРУНД-М5хх осуществляют гальваническую развязку между источником и приемником измерительного сигнала, а также между измерительными цепями и цепями питания.

Внешний вид барьера искробезопасности Корунд-М2 представлен на рис. 6, Корунд-М5 — на рис. 7.

Основные технические характеристики пассивных барьеров искро­безопасности КОРУНД-M2/21/3/31/4 приведены в таблице 4, КОРУНД-M5/510/520/530/540 — в таблице 5.

Для представления общего устройства барьера искрозащиты с гальванической развязкой рассмотрим упрощённую схему барьера с гальванической развязкой (рис. 1), предназначенного для защиты цепей дискретных датчиков.

Активный барьер искробезопасности работает следующим образом. Напряжение питания от источника питания (ИП) преобразуется генератором (Г) в переменное напряжение (U~) и передается трансформатором (Т) в выпрямитель (В). После выпрямителя стоит схема ограничения тока и напряжения, работа которой знакома нам по работе шунт-диодного барьера искрозащиты. Таким образом, контакты датчика (D) опрашиваются сигналом с искробезопасными параметрами. Когда контакты датчика замкнуты, загорается светодиод оптопары AD, что, в свою очередь, приводит к открытию (замыканию) транзистора этой оптопары, и сигнал с датчика поступает на контроллер.

Рисунок 1 — Структурная схема барьера искробезопасности с гальванической развязкой

VD — шунтирующий диод (стабилитрон);
R — резистор;
F — предохранитель;
D — дискретный датчик;
АD — оптопара;
Т — трансформатор;
Г — генератор;
В — выпрямитель.

В представленной схеме гальваническую развязку обеспечивают два элемента — это трансформатор (Т) и оптопара (АD). Фактически эти элементы разделяют схему на две части (синее сечение) — цепь датчика (слева) и цепь приборов (справа), это обеспечивает искрозащиту, не требующую заземления.

Недостатки барьеров искробезопасности с гальванической развязкой

Рекомендуемое применение барьеров искробезопасности с гальванической развязкой

Параметры внешних искробезопасных электрических цепей активных барьеров искробезопасности

Ключевые особенности барьеров искробезопасности с гальванической развязкой

Представленные отечественные промышленные барьеры искробезопасности обеспечивают взрывозащиту вида «искробезопасная электрическая цепь» и удовлетворяют требованиям ГОСТ 30852.10-2002 (МЭК 60079-11:1999). Барьеры искробезопасности обеспечивают безопасность цепи подключения ТС, термопар, датчиков давления, датчиков с унифицированными выходными сигналами как в штатных, так и в аварийных ситуациях. В измерительных цепях барьеры включаются в сигнальные цепи между ВИП и датчиками и могут быть легко встроены в АСУ ТП или в распределенную систему сбора данных и управления производственного (или научного) предприятия. Их цена сопоставима с импортными аналогами. Отечественные промышленные барьеры искробезопасности могут, в основном, закрыть потребности отечественной промышленности, ЖКХ и научных предприятий.

Совершенствование барьеров искробезопасности идет как по линии миниатюризации приборов, так и по линии повышения эксплуатационных характеристик, в том числе повышения надежности и снижения вносимых барьером погрешностей. Одним из основных параметров, характеризующим метрологические характеристики барьеров, является проходное сопротивление. При снижении проходного сопротивления расширяются возможности пользователей, так как удается использовать датчики различных физических параметров с более высокой нижней границей напряжения питанияи, соответственно, увеличить значение сопротивления полезной нагрузки.