Wat is intrinsieke veiligheid? Definitie, grenzen en ontwerp van gevaarlijke gebieden

Een technicus klemt een lekdetector op een koelmachine gevuld met R290-propaan. Het gereedschap werkt op een 9 V-batterij, bevindt zich ongeveer 20 mm van een gewricht dat net begint te huilen, en niemand kijkt twee keer naar de elektronica erin. Intrinsieke veiligheid bestaat omdat die tweede blik een explosie voorkomt. De term beschrijft een beveiligingstechniek die de elektrische en thermische energie binnen een circuit onder het niveau houdt dat de omringende ontvlambare atmosfeer kan doen ontbranden, bij normaal bedrijf en onder een bepaald aantal foutcondities.

De definitie klinkt bescheiden, maar het hervormt alles stroomafwaarts. Omdat bescherming voortkomt uit het beperken van de energie en niet uit het beperken van een explosie, bestrijkt deze de hele lus, inclusief de draden die teruglopen naar de schakelkast. Het betekent ook dat het ontwerp kan worden berekend en gecertificeerd voordat iets de locatie bereikt.

De formele definitie en de drie grenzen

De formele bewoording komt uit IEC 60079-11, de standaard achter de Ex i-markering, en wordt herhaald in de Europese ATEX-richtlijn 2014/34/EU en in het IECEx-schema. Een apparaat wordt als intrinsiek veilig aangemerkt als de energie die het kan vrijgeven beperkt is, zodat er bij normaal gebruik of onder gedefinieerde foutomstandigheden geen ontsteking kan plaatsvinden.

Drie hoeveelheden worden samen gecontroleerd, en elk van hen kan brand veroorzaken:

• Spanning, omdat een vonk voldoende potentieel nodig heeft om de opening tussen de geleiders te verkleinen.
• Stroom, omdat de energie in een breekvonk stijgt met de stroom en met de circuitinductie.
• Vermogen en oppervlaktetemperatuur, omdat een heet oppervlak een gas zonder vonk kan ontsteken.

De grenzen worden niet door de ontwerper gekozen. Elk gecertificeerd veldapparaat wordt gepubliceerd met entiteitsparameters: maximale ingangsspanning Ui, ingangsstroom Ii, ingangsvermogen Pi, en interne capaciteit en inductie Ci en Li. De barrière of isolator aan het andere uiteinde van de kabel publiceert bijpassende uitgangswaarden Uo, Io en Po, terwijl de kabel voor elke meter van zijn lengte capaciteit en inductie toevoegt. Een lus voldoet alleen als elk paar op één lijn staat met een marge over.

De regels zijn bewust conservatief. Vonkontstekingscurven worden toegepast met een veiligheidsfactor, gewoonlijk 1,5, zodat de gecertificeerde limiet al onder de energie ligt die het gas in laboratoriumtests heeft ontstoken. Voor gassen uit groep IIC, zoals waterstof en acetyleen, blijft een typisch circuit onder de 30 V, bijna 100 mA en een fractie van een watt, terwijl een vergelijkbaar ontwerp voor methaan merkbaar meer kan dragen. T6 bereikt een oppervlaktetemperatuur van 85 graden Celsius en T4 van 135 graden Celsius, ruim onder de zelfontbrandingstemperatuur van de gassen die ze bedekken.

Wat een intrinsiek veilig circuit eigenlijk inhoudt

Drie onderdelen vormen een werkende installatie, en ze moeten alle drie op papier bij elkaar passen voordat er een bestelling wordt geplaatst.

Het veldapparaat in het geclassificeerde gebied

Dit is het instrument, de schakelaar, de spoel of de sensor die wordt blootgesteld aan de atmosfeer, en de markering geeft de fouttolerantie aan die deze met zich meebrengt. Ex ia blijft veilig bij twee storingen en is toegestaan ​​in Zone 0, waar continu of langdurig een brandbare atmosfeer aanwezig is. Ex ib bestrijkt Zone 1 met één fout, en Ex ic bestrijkt Zone 2, waar een atmosfeer onwaarschijnlijk en van korte duur is.

De barrière of isolator in het veilige gebied

Het bijbehorende apparaat beperkt de energie die het veld bereikt. Een zenerbarrière maakt gebruik van shuntdiodes, een zekering en een weerstand, en heeft een speciale veiligheidsaarde nodig, gemeten onder 1 ohm. Een galvanische isolator werkt via transformatoren of optische koppeling en heeft geen veiligheidsaarde nodig. Daarom wordt er vaak voor gekozen wanneer aarding moeilijk te bewijzen en te onderhouden is.

Eenvoudige apparaten en passieve contacten

Niet ieder onderdeel heeft een eigen certificaat nodig. IEC 60079-11 staat eenvoudige apparaten toe, gedefinieerd als een apparaat dat niet meer dan 1,2 V, 0,1 A, 20 microjoule of 25 mW genereert of opslaat. Passieve schakelaars, thermokoppels, klemmenkasten en eenvoudige drukschakelaarcontacten komen in aanmerking zolang de omringende lus al energiebeperkt is. Dit is waar een koeldrukregelaar zijn plaats verdient in een ontwerp: de contacten delen een behuizing met een procesaansluiting die zich mogelijk in een geclassificeerde ruimte bevindt, en omdat die contacten altijd maar een beperkte lusstroom voeren, hoeft de behuizing geen drukvaste doos te worden.

Koeldrukregelaar De koeldrukregelaar bestaat uit een rechthoekige kast met een witte, corrosiebestendige kunststof behuizing. Mechanische wijzermanometers aan beide zijden van... Bekijk Product →

De kabel ertussen

Kabel is een onderdeel, geen accessoire. Intrinsiek veilige bedrading is normaal gesproken blauw omhuld en gescheiden van niet-IS-circuits met 50 mm of door een geaarde metalen scheidingswand, en de capaciteit en inductantie per meter worden in de lusberekening opgenomen.

Intrinsieke veiligheid vergeleken met andere beschermingsmethoden

Bescherming van gevaarlijke gebieden is een familie van technieken en niet één antwoord. In onderstaande tabel wordt de intrinsieke veiligheid naast de methoden geplaatst waar deze het vaakst tegen wordt afgewogen.

Waar intrinsieke veiligheid opduikt in koeling en airconditioning

Brandbare koelmiddelen verplaatsten de proefpersoon van de chemische fabriek naar de koelruimte. R290 en R600a zitten in groep A3, terwijl R32 en R454B in A2L zitten, wat betekent dat de ruimte rond een apparaat kan worden geclassificeerd waar een lek geloofwaardig is. Zodra er een zone bestaat, moeten de elektrische onderdelen die op dat circuit zijn aangesloten dienovereenkomstig worden beschermd.

Elektrische componenten in een ontvlambaar koelmiddelomhulsel

Een solenoïdespoel die onder belasting opent, produceert precies de inductieve breekvonk waarvoor de entiteitsparameters voor inductie zijn geschreven, en een drukschakelaar die bij een fout opent, doet hetzelfde. Spoelen, schakelaars en sensoren worden daarom gekozen met de zone in gedachten, en de spoelwaarde wordt afzonderlijk van het kleplichaam gecontroleerd. Een elektromagnetische koelklep zoals de EVR-serie is een bekend voorbeeld van een behuizing die is geselecteerd op druk, koelmiddelcompatibiliteit en afdichting, een behuizing die alleen geschikt wordt voor een geclassificeerde ruimte wanneer deze wordt gecombineerd met een batterij en circuit met de juiste classificatie.

EVR-magneetventiel EVR-magneetventiels are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... Bekijk Product →

De site houdt een korte technische notitie bij over hoe EVR-magneetkleppen in koelcircuits zich gedragen in dienst, wat een handig startpunt is voor die controle.

Thermische energie en heet werk in de buurt van een open circuit

Intrinsieke veiligheid heeft zowel betrekking op thermische energie als op elektrische energie, en bij servicewerk is dit onderscheid essentieel. Het solderen van een verbinding op een circuit dat zojuist is geopend, betekent dat er mogelijk nog een vlam, een hete buis en koelmiddel in de leiding aanwezig zijn. De praktische bedieningselementen zijn een stikstofspoeling, een gascontrole voordat de toorts wordt aangestoken, en een toorts waarvan de vlam op de grootte kan worden gehouden die de verbinding daadwerkelijk nodig heeft in plaats van op de grootste beschikbare stand.

MAPP-laspistool met dubbele buis Het MAPP-laspistool met dubbele buis is ontworpen voor scenario's zoals onderhoud van airconditioning- en koelsystemen, precisielassen van koperen buizen, enz. Het past ... Bekijk Product →

Over hoeveel energie hebben we het eigenlijk?

Ontstekingsenergie van veel voorkomende brandbare stoffen

Figuur 1 toont de ontstekingsenergie van vijf stoffen die voorkomen in koel- en procesinstallaties. Waterstof heeft slechts ongeveer 0,017 mJ nodig, grofweg een zestiende van de energie die methaan nodig heeft. Dat is de reden waarom dezelfde zender een comfortabele stroommarge kan hebben in een aardgascentrale en toch niet slaagt voor de entiteitscontrole op een waterstofskid, omdat de gasgroep de curve verandert waar de berekening tegenaan loopt. De cijfers verklaren ook waarom de standaard in milliwatt werkt, aangezien een goed geladen menselijk lichaam veel meer dan 0,017 mJ kan vrijgeven. Praktisch ontwerp is daarom gericht op werking in milliwatt, en dat is de rekenkunde achter de veiligheidsfactor 1,5.

Opgeslagen energie in de aansluitkabel

Figuur 2 zet de kabelcapaciteit om in opgeslagen energie met de bekende halve CV-kwadraatverhouding bij een lusspanning van 24 V. De instrumentkabel bereikt bij ongeveer 60 pF per meter ongeveer 8,6 microjoule over 500 m, terwijl de kabel voor algemeen gebruik bij 200 pF per meter 28,8 microjoule over dezelfde afstand doorlaat. De stippellijn markeert de ontstekingsenergie van 0,017 mJ van waterstof, die de universele kabel op ongeveer 300 m kruist en de instrumentkabel nooit binnen het in kaart gebrachte bereik komt. Door deze kruising horen het kabeltype, de kabellengte en de lusspanning op de controletekening en worden ze niet aan de installateur overgelaten. Het verklaart ook waarom het ter plaatse verwisselen van een kabel voor een equivalent met een hogere capaciteit eerder een ontwerpwijziging dan een onderhoudsbeslissing is.

Twee vergelijkingen die een ontwerp bepalen

Hoeveel van een barrièrewaardering een lus verbruikt

Figuur 3 neemt een gemeenschappelijke opstelling, een 24 V-zender die 20 mA trekt van een barrière met een vermogen van 28 V, 93 mA en 0,65 W, en laat zien hoeveel van elke limiet de lus verbruikt. De spanning is met ongeveer 86 procent de grootste beperking, het vermogen volgt op ongeveer 74 procent en de stroom wordt nauwelijks bereikt met ongeveer 22 procent. Die onbalans is normaal, omdat lussen in gevaarlijke gebieden bijna altijd spanningsbeperkt zijn, terwijl de huidige hoofdruimte er genereus uitziet. Het maakt uit wanneer iemand een tweede apparaat aan dezelfde barrière wil toevoegen of de looptijd wil verlengen, aangezien het spanningsbudget lang voordat het huidige budget verdwijnt, verdwijnt. Het controleren van alle drie de paren, in plaats van degene die er comfortabel uitziet, is wat een lus gecertificeerd houdt.

Beschermingsmethoden op basis van vijf praktische criteria

Figuur 4 scoort intrinsieke veiligheid, drukvaste bescherming en niet-brandgevaarlijke bescherming van één tot vijf op basis van de criteria die gewoonlijk een project bepalen: geschiktheid voor Zone 0, tolerantie voor live onderhoud, installatiekosten, eenvoud van bedrading en gewicht van de hardware. Intrinsieke veiligheid vult de vorm richting Zone 0 en live onderhoud. Daarom is dit de standaard voor instrumenten die moeten worden gekalibreerd terwijl de fabriek draait. Drukvaste bescherming strekt zich uit tot eenvoud van bedrading, omdat de behuizing het werk doet en er geen lusberekening nodig is, maar laag scoort op het gebied van live-onderhoud en hardwaregewicht. De niet-brandgevaarlijke bescherming reikt tot het uiterste wat betreft kosten en bedrading, omdat deze alleen bedoeld is voor Zone 2, waar een ontvlambare atmosfeer onwaarschijnlijk en van korte duur is. Als u de drie vormen samen leest, ontstaat de praktische regel: stem eerst de methode af op de zone en laat vervolgens de kosten en het onderhoud kiezen tussen de methoden die in aanmerking komen.

Verificatie is wat een conforme installatie onderscheidt van een installatie die er alleen maar overtuigend uitziet. Voordat een lus in gebruik wordt genomen, controleert u het certificaatnummer en de markering op het apparaat, bevestigt u dat Uo zich op of onder Ui bevindt, dat Io zich op of onder Ii bevindt en dat Po zich op of onder Pi bevindt, en telt u vervolgens de kabelcapaciteit en inductantie op tegen Co en Lo. Lees ook de speciale voorwaarden die achter het certificaatnummer zijn afgedrukt, aangezien deze vaak een X bevatten en een beperking over hoe het apparaat mag worden gebruikt. Bevestig ten slotte de temperatuurklasse ten opzichte van het daadwerkelijk aanwezige gas of de damp, omdat een apparaat met de classificatie T4 niet automatisch acceptabel is als er een T6-limiet is ingesteld.

De selectie van componenten bepaalt meestal hoe gemakkelijk die oefening wordt. Een drukschakelaar met gepubliceerde entiteitsparameters, een magneetspoel die geschikt is voor de zone en een kabel waarvan de capaciteit op het gegevensblad staat vermeld, maken van een moeilijke berekening een korte checklist. Wanneer bij een project brandbare koelmiddelcircuits met geclassificeerde ruimtes worden gemengd, is het de moeite waard om de componentenlijst vroegtijdig te vergelijken met de lusberekening, voordat de tekeningen worden vastgelegd.

Als u onderdelen specificeert voor een systeem als dit, praat met ons engineeringteam over het koudemiddel, de zone en de stuurspanning voordat de bestelling wordt geplaatst.