Hvad er egensikkerhed? Definition, grænser og design af farlige områder

En tekniker klemmer en lækagedetektor på en køler fyldt med R290 propan. Værktøjet kører på et 9 V-batteri, sidder cirka 20 mm fra et led, der lige er begyndt at græde, og ingen ser to gange på elektronikken inde i det. Egensikkerhed eksisterer, fordi det andet blik er det, der forhindrer en eksplosion. Udtrykket beskriver en beskyttelsesteknik, der holder den elektriske og termiske energi inde i et kredsløb under det niveau, der kan antænde den omgivende brandfarlige atmosfære, ved normal drift og under et defineret antal fejltilstande.

Definitionen lyder beskeden, men den omformer alt nedstrøms. Fordi beskyttelsen kommer fra at begrænse energien i stedet for at indeholde en eksplosion, dækker den hele sløjfen, inklusive de ledninger, der løber tilbage til kontrolskabet. Det betyder også, at designet kan beregnes og certificeres, før noget når frem til stedet.

Den formelle definition og de tre grænser

Den formelle formulering stammer fra IEC 60079-11, standarden bag Ex i-mærkningen, og den er gentaget i det europæiske ATEX-direktiv 2014/34/EU og i IECEx-ordningen. En enhed kvalificeres som egensikker, når den energi, den kan frigive, er begrænset, så antændelse ikke kan ske under normal drift eller under definerede fejlforhold.

Tre mængder styres sammen, og enhver af dem kan starte en brand:

• Spænding, fordi en gnist har brug for nok potentiale til at nedbryde kløften mellem ledere.
• Strøm, fordi energien i en brudgnist stiger med strøm og med kredsløbsinduktans.
• Effekt og overfladetemperatur, fordi en varm overflade kan antænde en gas uden nogen gnist overhovedet.

Grænserne er ikke valgt af designeren. Hver certificeret feltenhed udgives med enhedsparametre: maksimal indgangsspænding Ui, indgangsstrøm Ii, indgangseffekt Pi og intern kapacitans og induktans Ci og Li. Barrieren eller isolatoren i den anden ende af kablet udgiver matchende outputværdier Uo, Io og Po, mens kablet tilføjer kapacitans og induktans for hver meter af dets længde. En løkke er kun kompatibel, når hvert par er på linje med margen til overs.

Reglerne er bevidst konservative. Gnistantændelseskurver anvendes med en sikkerhedsfaktor, almindeligvis 1,5, så den certificerede grænse ligger allerede under den energi, der antændte gassen i laboratorietest. For gruppe IIC-gasser som brint og acetylen forbliver et typisk kredsløb under 30 V, tæt på 100 mA og en brøkdel af en watt, mens et sammenligneligt design for metan kan bære mærkbart mere. T6 begrænser overfladetemperaturen til 85 grader Celsius og T4 ved 135 grader Celsius, et godt stykke under selvantændelsestemperaturen for de gasser, de dækker.

Hvad et egensikkert kredsløb faktisk indeholder

Tre dele udgør en fungerende installation, og alle tre skal matche på papir, før nogen af dem bestilles.

Feltenheden i det klassificerede område

Dette er instrumentet, kontakten, spolen eller sensoren, der er udsat for atmosfæren, og dens markering viser den fejltolerance, den bærer. Ex ia forbliver sikker med to fejl og er tilladt i zone 0, hvor en brandfarlig atmosfære er til stede kontinuerligt eller i længere perioder. Ex ib dækker zone 1 med én fejl, og Ex ic dækker zone 2, hvor en atmosfære er usandsynlig og kortvarig.

Barrieren eller isolatoren i det sikre område

Det tilhørende apparat begrænser den energi, der når feltet. En zenerbarriere bruger shuntdioder, en sikring og en modstand og har brug for en dedikeret sikkerhedsjord målt ved under 1 ohm. En galvanisk isolator fungerer gennem transformere eller optisk kobling og behøver ingen sikkerhedsjord, hvorfor den ofte vælges, hvor jording er svær at bevise og vedligeholde.

Enkelt apparat og passive kontakter

Ikke hver komponent behøver et eget certifikat. IEC 60079-11 tillader simple apparater, defineret som en enhed, der hverken genererer eller lagrer mere end 1,2 V, 0,1 A, 20 mikrojoule eller 25 mW. Passive kontakter, termoelementer, klemkasser og simple trykafbryderkontakter kvalificerer sig, så længe den omgivende sløjfe allerede er energibegrænset. Det er her, en køletrykregulator tjener sin plads i et design: dens kontakter deler et hus med en procesforbindelse, der kan sidde i et klassificeret område, og fordi disse kontakter kun bærer en begrænset sløjfestrøm, behøver kabinettet ikke at blive en flammesikker boks.

Køletrykregulator Køletrykregulatoren har en rektangulær boks med et hvidt, korrosionsbestandigt plasthus. Mekaniske trykmålere på begge sider af... Se produkt →

Kablet mellem dem

Kablet er en komponent, ikke et tilbehør. Egensikre ledninger er normalt blåt beklædt og adskilt fra ikke-IS-kredsløb med 50 mm eller af en jordet metallisk skillevæg, og dens kapacitans og induktans pr. meter indgår i sløjfeberegningen.

Egensikkerhed sammenlignet med andre beskyttelsesmetoder

Beskyttelse af farlige områder er en familie af teknikker snarere end et enkelt svar. Tabellen nedenfor sætter den indre sikkerhed ud over de metoder, den oftest vejes imod.

Hvor indre sikkerhed viser sig i køling og aircondition

Brandfarlige kølemidler flyttede emnet fra det kemiske anlæg ind i kølerummet. R290 og R600a sidder i gruppe A3, mens R32 og R454B sidder i A2L, hvilket betyder, at rummet omkring et apparat kan klassificeres, hvor en lækage er troværdig. Når først en zone eksisterer, skal de elektriske dele, der er knyttet til det kredsløb, beskyttes i overensstemmelse hermed.

Elektriske komponenter inde i en brændbar kølemiddelkonvolut

En magnetspole, der åbner under belastning, producerer præcis den induktive brudgnist, som entitetsparametre for induktans blev skrevet for, og en trykafbryder, der åbner på en fejl, gør det samme. Spoler, kontakter og sensorer vælges derfor med zonen for øje, og en spoleværdi kontrolleres separat fra ventilhuset. En kølemagnetventil som f.eks. EVR-serien er et velkendt eksempel på en krop, der er udvalgt til tryk, kølemiddelkompatibilitet og tætning, en som kun bliver egnet til et klassificeret område, når den er parret med en korrekt klassificeret spole og kredsløb.

EVR magnetventil EVR magnetventils are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... Se produkt →

Webstedet har en kort teknisk note om hvordan EVR-type magnetventiler i kølekredsløb opføre sig i tjeneste, hvilket er et nyttigt udgangspunkt for den kontrol.

Termisk energi og varmt arbejde i nærheden af et åbent kredsløb

Egensikkerhed dækker termisk energi såvel som elektrisk energi, og servicearbejde er, hvor den skelnen bider. At lodde en samling på et kredsløb, der lige er blevet åbnet, betyder en flamme, et varmt rør og kølemiddel, der stadig kan være til stede i ledningen. De praktiske kontroller er en nitrogenudskylning, et gastjek, før brænderen tændes, og en brænder, hvis flamme kan holdes i den størrelse, som samlingen faktisk har brug for i stedet for den største indstilling, der er til rådighed.

Dobbeltrør MAPP svejsepistol MAPP-svejsepistolen med to rør er designet til scenarier såsom vedligeholdelse af aircondition og køleanlæg, præcisionssvejsning af kobberrør osv. Den anvender... Se produkt →

Hvor meget energi taler vi egentlig om

Antændelsesenergi af almindelige brandfarlige stoffer

Figur 1 viser antændelsesenergien af fem stoffer, der dukker op i køle- og procesanlæg. Brint behøver kun omkring 0,017 mJ, cirka en sekstendedel af den energi, som metan kræver. Derfor kan den samme sender bære en behagelig strømmargin i et naturgasanlæg og stadig svigte enhedskontrollen på en brintudskridning, fordi gasgruppen ændrer den kurve, beregningen kører imod. Tallene forklarer også, hvorfor standarden fungerer i milliwatt, da en velopladet menneskekrop kan frigive langt mere end 0,017 mJ. Praktisk design sigter derfor mod milliwatt-drift, og det er regnestykket bag sikkerhedsfaktoren på 1,5.

Lagret energi i tilslutningskablet

Figur 2 konverterer kabelkapacitans til lagret energi med det velkendte halve CV-kvadratforhold ved en sløjfespænding på 24 V. Instrumentkablet ved ca. 60 pF pr. meter når ca. 8,6 mikrojoule over 500 m, mens det generelle kabel ved 200 pF pr. meter passerer 28,8 mikrojoule over den samme afstand. Den stiplede linje markerer brints antændelsesenergi på 0,017 mJ, som det generelle kabel krydser på omkring 300 m, og instrumentkablet når aldrig inden for det kortlagte område. Den krydsning er grunden til, at kabeltype, kabellængde og sløjfespænding hører til på kontroltegningen i stedet for at overlades til installatøren. Det forklarer også, hvorfor udskiftning af et kabel på stedet til en højere kapacitansækvivalent er en designændring snarere end en vedligeholdelsesbeslutning.

To sammenligninger, der bestemmer et design

Hvor meget af en barrierevurdering en sløjfe bruger

Figur 3 tager et fælles arrangement, en 24 V-sender, der trækker 20 mA fra en barriere, der er normeret til 28 V, 93 mA og 0,65 W, og viser, hvor meget af hver grænse sløjfen forbruger. Spænding er den strammeste begrænsning på omkring 86 procent, strøm følger på omkring 74 procent, og strømmen er knap rørt på omkring 22 procent. Den ubalance er normal, fordi løkker i farlige områder næsten altid er spændingsbegrænsede, mens den aktuelle frihøjde ser generøs ud. Det betyder noget, når nogen ønsker at tilføje en anden enhed til den samme barriere eller forlænge løbeturen, da spændingsbudgettet forsvinder længe før det nuværende budget gør det. At tjekke alle tre par, snarere end det, der ser behageligt ud, er det, der holder en loop certificeret.

Beskyttelsesmetoder på tværs af fem praktiske kriterier

Figur 4 scorer egensikkerhed, flammesikker beskyttelse og ikke-antændelsesbeskyttelse fra et til fem på de kriterier, der normalt afgør et projekt: egnethed til Zone 0, tolerance for strømførende vedligeholdelse, installerede omkostninger, enkelhed i ledninger og vægt af hardware. Egensikkerhed fylder formen mod Zone 0 og live vedligeholdelse, hvorfor det er standard for instrumenter, der skal kalibreres, mens anlægget kører. Flammesikker beskyttelse strækker sig i retning af enkelhed i ledningsføringen, fordi kabinettet gør arbejdet, og der kræves ingen sløjfeberegning, men den scorer lavt på live vedligeholdelse og hardwarevægt. Ikke-antændelsesbeskyttelse når yderkanten på omkostninger og ledninger, fordi den kun er beregnet til Zone 2, hvor en brændbar atmosfære er usandsynlig og kortvarig. At læse de tre figurer sammen giver den praktiske regel: Match først metoden til zonen, lad derefter omkostninger og vedligeholdelse vælge mellem de metoder, der kvalificerer.

Verifikation er det, der adskiller en kompatibel installation fra en, der blot ser overbevisende ud. Før en sløjfe tages i brug, skal du kontrollere certifikatnummeret og mærkningen på enheden, bekræfte, at Uo er ved eller under Ui, at Io er ved eller under Ii, og at Po er ved eller under Pi, og tilføj derefter kabelkapacitansen og induktansen mod Co og Lo. Læs også de særlige betingelser, der er trykt efter certifikatnummeret, da de ofte har et X og en begrænsning for, hvordan enheden må bruges. Bekræft endelig temperaturklassen i forhold til den faktisk tilstedeværende gas eller damp, fordi en enhed, der er klassificeret til T4, ikke automatisk er acceptabel, hvor der er indstillet en T6-grænse.

Komponentvalg afgør normalt, hvor let den øvelse bliver. En trykafbryder med offentliggjorte enhedsparametre, en magnetspole, der er klassificeret til zonen og et kabel, hvis kapacitans er angivet på databladet, gør en svær beregning til en kort tjekliste. Når et projekt blander brændbare kølemiddelkredsløb med klassificerede områder, er det værd at gennemgå komponentlisten mod sløjfeberegningen tidligt, inden tegningerne fastlægges.

Hvis du angiver dele til et system som dette, tale med vores ingeniørteam om kølemidlet, zonen og styrespændingen før ordren afgives.