Довідник · Іскробезпека
Іскробезпечні кола в системах автоматизації
Іскробезпечні кола — єдиний вид вибухозахисту, у якому безпеку забезпечує не міцний корпус, а обмеження енергії. Напруга й струм у колі настільки малі, що навіть іскра від обриву чи замикання не здатна запалити вибухонебезпечну суміш. Тому кришку іскробезпечного датчика можна відкрити у вибухонебезпечній зоні, не знеструмлюючи коло, а кабель не потребує броні й вибухонепроникних вводів.
АТ «ДІГ» розробляє й виробляє іскробезпечні компоненти систем автоматизації: бар’єри іскрозахисту БИЗ, джерела живлення ИПИ, пристрої комутації УКИ, блоки захисту й контролю для шахтних пускачів. Ці ж компоненти ми застосовуємо у власній апаратурі — ЕМДВ, УКРВ, АУРТ, АСШП та ААВ.
Іскробезпека — властивість кола, а не приладу
Три елементи, які перевіряють разом
Сертифікований датчик сам по собі не робить коло іскробезпечним. Іскробезпечна система складається з трьох частин, і перевіряти їх потрібно разом.
| Елемент | Де встановлюють | Приклад марковання |
|---|---|---|
| Зв’язане обладнання — бар’єр, джерело живлення | Поза вибухонебезпечною зоною або у вибухонепроникній оболонці | II (1) G [Ex ia Ga] IIC |
| Кабель | Проходить із безпечної зони у вибухонебезпечну | Не маркують; враховують його ємність та індуктивність |
| Польовий пристрій — датчик, клапан, кнопка | У вибухонебезпечній зоні | Ex ia IIC T4 Ga |
Квадратні дужки в маркованні — [Ex ia] — означають саме зв’язане обладнання: сам пристрій не можна ставити в зону, але він формує кола, які туди йдуть. Позначення «ia Ga» у дужках показує, до якої зони можна вести ці кола.
Кнопки, сухі контакти реле, термопари, світлодіоди та інші пристрої, що не накопичують і не генерують помітної енергії, належать до простого обладнання за ДСТУ EN 60079-11. Окремого сертифіката вони не потребують, але мають відповідати вимогам стандарту до простого обладнання й температурного класу. Тому звичайну кнопку в зоні можна підключити через бар’єр, наприклад БИЗ-1-ХХП.
Рівні ia, ib, ic
Скільки несправностей витримує коло
| Рівень | Що гарантує | Зони | EPL |
|---|---|---|---|
| ia | Коло залишається безпечним за двох одночасних несправностей | 0, 1, 2 · шахти | Ga, Ma |
| ib | Коло залишається безпечним за однієї несправності | 1, 2 · шахти | Gb, Mb |
| ic | Безпечне в нормальному режимі роботи | 2 | Gc |
Бар’єри БИЗ випускаються з рівнями ia та ib для підгруп I, IIA, IIB і IIC. Джерела живлення ИПИ мають вихідні кола рівня ib. Для зони 0 і для шахтного обладнання рівня Ma потрібен рівень ia.
Бар’єр Зенера чи гальванічна розв’язка
Як обрати тип бар’єра
| Пасивний бар’єр (Зенера) | Бар’єр з гальванічною розв’язкою | |
|---|---|---|
| Принцип | Стабілітрони обмежують напругу, резистор — струм; надлишок енергії відводиться в заземлення | Сигнал передається через оптрон, реле або трансформатор; кола електрично ізольовані |
| Заземлення | Обов’язкове іскробезпечне заземлення з опором не більше 1 Ом | Не потрібне |
| Сигнал | Проходить без перетворення, але з падінням напруги на лінійному опорі бар’єра | Перетворюється: реле, Namur, 4–20 мА, RS-485 |
| Моделі АТ «ДІГ» | БИЗ-1-ХХ, БИЗ-1-ХХП, БИЗ-2-ХХИ, БИЗ-2-ХХИ (3К) | БИЗ-1/2-24Р, БИЗ-2-24Р (Namur), БИЗ-2-24И/Р (4-20mА), БИЗ-RS-1 |
Пасивний бар’єр обирають на напругу приблизно на 10 % вищу за робочу. Для кола 24 В потрібен бар’єр на 30 В — БИЗ-1-30 або БИЗ-2-30И. Струм навантаження через бар’єр до 30 В — до 70 мА. Лінійний опір бар’єра залежить від напруги, типу й підгрупи газу та вказаний у паспорті.
Параметри Uo, Io, Co, Lo
Як перевірити, що коло справді іскробезпечне
У паспорті зв’язаного обладнання вказано вихідні параметри, у паспорті польового пристрою — вхідні. Коло іскробезпечне, якщо виконуються всі п’ять умов.
| Бар’єр або джерело | Умова | Польовий пристрій і кабель |
|---|---|---|
| Uo — максимальна вихідна напруга | ≤ | Ui — допустима вхідна напруга |
| Io — максимальний вихідний струм | ≤ | Ii — допустимий вхідний струм |
| Po — максимальна вихідна потужність | ≤ | Pi — допустима вхідна потужність |
| Co — допустима зовнішня ємність | ≥ | Ci пристрою + ємність кабелю |
| Lo — допустима зовнішня індуктивність | ≥ | Li пристрою + індуктивність кабелю |
Розгляньмо приклад із джерелом живлення ИПИ-24-1,2 (підгрупа IIB): Uo = 25,2 В, Io = 385 мА, Co = 0,239 мкФ, Lo = 160 мкГн. Якщо параметри кабелю невідомі, ДСТУ EN 60079-14 дозволяє брати 200 пФ/м і 1 мкГн/м. Датчик має Ci = 10 нФ і Li ≈ 0.
- За ємністю: (239 − 10) нФ ÷ 0,2 нФ/м ≈ 1100 м кабелю.
- За індуктивністю: 160 мкГн ÷ 1 мкГн/м = 160 м кабелю.
Довжину лінії обмежує індуктивність, а не ємність — і в 7 разів сильніше. Причина у великому струмі: енергія, накопичена в індуктивності, зростає пропорційно квадрату струму. Тому потужні джерела мають малу допустиму Lo і сертифіковані не для всіх підгруп. Якщо в сертифікаті вказано відношення Lo/Ro, перевірку можна виконати за відношенням L/R кабелю — це часто дає значно більшу довжину. Коли і Ci, і Li пристроїв перевищують 1 % від Co та Lo, стандарт дозволяє використати лише половину цих значень.
Монтаж іскробезпечних кіл
Що перевіряють під час приймання та інспекції
- Розділення. Затискачі іскробезпечних і неіскробезпечних кіл розділяють відстанню не менше 50 мм або перегородкою. Кабелі прокладають окремо або в окремих екранах.
- Позначення. Іскробезпечні кабелі, клеми й кабельні канали позначають, як правило світло-синім кольором, щоб під час ремонту в них не ввімкнули стороннє коло.
- Заземлення бар’єрів Зенера. Опір з’єднання з системою вирівнювання потенціалів — не більше 1 Ом. Без заземлення пасивний бар’єр не обмежує енергію й перестає бути засобом вибухозахисту.
- Екран. Екран кабелю іскробезпечного кола заземлюють в одній точці, щоб через нього не протікали зрівнювальні струми.
- Документація. Для кожної іскробезпечної системи складають обґрунтування — перелік елементів, їхні параметри й розрахунок відповідності за ДСТУ EN 60079-25.
Іскробезпека в шахтних комплектних пристроях
Компоненти для пускачів і станцій 660/1140 В
У підземних мережах з ізольованою нейтраллю іскробезпечними виконують кола дистанційного керування, контролю ізоляції й сигналізації. Тут АТ «ДІГ» пропонує кілька вузлів, що встановлюються всередину вибухонепроникних оболонок пускачів і станцій керування.
- БЗП-1ДТ і БЗП-2 об’єднують функції класичних блоків ПМЗ, ТЗП, БКИ та БДУ: максимальний струмовий захист, захист від перевантаження, контроль ізоляції й дистанційне керування. Додатково мають інтерфейс RS-485 для передачі стану приєднання в диспетчерську.
- БКС контролює опір ізоляції приєднання й блокує подачу напруги, якщо опір нижчий за допустимий. Має вбудований еталонний резистор для перевірки справності.
- УКИ дублює найвідповідальніші іскробезпечні й неіскробезпечні кола керування, автоматики й сигналізації.
- ИПИ-12-3, ИПИ-15-3, ИПИ-24-1,5 з маркованням I (M2) [Ex ib Mb] I живлять іскробезпечні кола шахтної апаратури.
Іскробезпечні компоненти АТ «ДІГ»
Бар’єри, джерела живлення, блоки й сигналізатори
| Обладнання | Призначення |
|---|---|
| Бар’єри іскрозахисту БИЗ | Пасивні бар’єри на 6–48 В, релейні, для датчиків Namur, аналогових сигналів 4–20 мА та інтерфейсів RS-485/RS-232. Рівні ia та ib, підгрупи I, IIA, IIB, IIC. Корпус Phoenix Contact ME на DIN-рейку. |
| Джерела живлення іскробезпечні ИПИ | Живлення датчиків тиску, електромагнітних клапанів, освітлення. Вихідні кола ib для груп I, IIB та пилу IIIC. |
| Пристрій комутації УКИ | Дублювання відповідальних кіл керування в комплектних пристроях шахт і нафтохімії. |
| Блок вводу/виводу БВВ | Узгодження сигналів датчиків і виконавчих механізмів із контролером верхнього рівня. |
| Блок контролю опору БКС | Контроль опору ізоляції й блокування подачі напруги на приєднання в мережах 660/1140 В. |
| Блоки захисту приєднання БЗП-1ДТ і БЗП-2 | Струмовий захист, контроль ізоляції та дистанційне керування фідером з передачею даних по RS-485. |
| Пристрій звукової сигналізації УЗС | Звукове попередження про відхилення технологічних параметрів; живлення від ИПИ-24-0,3, розміщеного в оболонці пускача. |
| Сигналізатор ССУ-Т, ССУ-24 | Світлова індикація стану технологічного обладнання на щитах керування; ССУ-24 — для кіл 24 В. |
| Датчик кінцевий вимикач ДКВ | Контроль крайніх положень рухомих механізмів у складі систем автоматизації. |
Не знайшли потрібного виконання? АТ «ДІГ» розробляє бар’єри й джерела живлення під параметри конкретного кола — напругу, струм, тип сигналу та підгрупу газу.
Нормативна база
Чим керуватися при проєктуванні іскробезпечних систем
- ТР КМУ №1055 — Технічний регламент обладнання та захисних систем для потенційно вибухонебезпечних середовищ
- ДСТУ EN 60079-11 — іскробезпека «i», зокрема вимоги до простого обладнання
- ДСТУ EN 60079-25 — іскробезпечні системи
- ДСТУ EN 60079-14 — проєктування й монтаж, зокрема заземлення бар’єрів і параметри кабелів
- ДСТУ EN 60079-17 — перевірка та технічне обслуговування
- Розшифрування марковання — у статті «Марковання вибухозахисту: розшифрування»
Часті запитання
Відповіді на найпоширеніші запитання
Чи можна відкривати кришку іскробезпечного датчика під напругою?
Так, у цьому головна перевага виду захисту «i»: енергії кола недостатньо для займання суміші. Умова — усе коло, від бар’єра до датчика, має бути іскробезпечним, а роботи мають виконуватися за чинними правилами й нарядами.
Чи потрібен сертифікат на звичайну кнопку, підключену через бар’єр?
Ні, якщо кнопка належить до простого обладнання за ДСТУ EN 60079-11 — пасивний пристрій, що не накопичує енергії. Вона має відповідати вимогам до простого обладнання й температурного класу. Для кнопок у зоні призначений бар’єр БИЗ-1-ХХП.
Чому для кола 24 В потрібен бар’єр на 30 В?
Пасивний бар’єр починає обмежувати напругу трохи нижче номіналу стабілітронів. Щоб він не спрацьовував у нормальному режимі, номінал обирають приблизно на 10 % вищим за робочу напругу — для 24 В це 30 В.
Чи можна встановити бар’єр чи джерело ИПИ у вибухонебезпечній зоні?
Як зв’язане обладнання — лише поза зоною або у вибухонепроникній оболонці. Виняток — БИЗ-RS-1: його можна розміщувати в зоні в оболонці зі ступенем захисту не нижче IP54, якщо живлення й вхідні сигнали іскробезпечні.
Як зробити іскробезпечною лінію RS-485 для середовища з воднем?
БИЗ-RS-1 має марковання лише для підгруп I та IIA. Для підгрупи IIC застосовують пасивний бар’єр БИЗ-1-12, який забезпечує іскробезпечність лінії RS-485.
Чи працюватиме пасивний бар’єр без заземлення?
Ні. Надлишкова енергія відводиться через стабілітрони в заземлення. Без з’єднання з опором не більше 1 Ом бар’єр не обмежує енергію, і коло перестає бути іскробезпечним. Якщо якісне заземлення неможливе, застосовують бар’єри з гальванічною розв’язкою.
Розрахувати іскробезпечне коло
Вкажіть підгрупу газу, тип сигналу, напругу й струм — підберемо бар’єр або джерело живлення
Руслан Синенко