Mikä on luontainen turvallisuus? Määritelmä, rajat ja vaarallisten alueiden suunnittelu

Teknikko kiinnittää vuodonilmaisimen R290-propaanilla täytettyyn jäähdyttimeen. Työkalu toimii 9 V akulla, istuu noin 20 mm päässä juuri itkemään alkaneesta liitosta, eikä kukaan katso kahdesti sen sisällä olevaan elektroniikkaan. Luonnostaan ​​​​turvallisuus on olemassa, koska tämä toinen katse estää räjähdyksen. Termi kuvaa suojaustekniikkaa, joka pitää sähkö- ja lämpöenergian piirin sisällä sen tason alapuolella, joka voi sytyttää ympäröivän syttyvän ilmakehän normaalikäytössä ja tietyissä vikatilanteissa.

Määritelmä kuulostaa vaatimattomalta, mutta se muokkaa kaiken loppupään. Koska suoja tulee energian rajoittamisesta eikä räjähdyksen estämisestä, se kattaa koko silmukan, mukaan lukien johdot, jotka kulkevat takaisin ohjauskaappiin. Se tarkoittaa myös, että suunnittelu voidaan laskea ja sertifioida ennen kuin mitään saapuu paikalle.

Muodollinen määritelmä ja kolme rajaa

Muodollinen sanamuoto tulee Ex i -merkinnän takana olevasta standardista IEC 60079-11, ja se toistetaan eurooppalaisessa ATEX-direktiivissä 2014/34/EU ja IECEx-järjestelmässä. Laite luokitellaan luonnostaan ​​turvalliseksi, kun sen vapauttama energia on rajoitettu niin, että syttymistä ei voi tapahtua normaalikäytössä tai määritellyissä vikatilanteissa.

Kolmea määrää ohjataan yhdessä, ja mikä tahansa niistä voi sytyttää tulipalon:

• Jännite, koska kipinä tarvitsee riittävästi potentiaalia murtaakseen johtimien välisen raon.
• Virta, koska katkokipinän energia nousee virran ja piirin induktanssin myötä.
• Teho ja pintalämpötila, koska kuuma pinta voi sytyttää kaasun ilman kipinää.

Rajat eivät ole suunnittelijan valitsemia. Jokainen sertifioitu kenttälaite julkaistaan ​​kokonaisparametreineen: maksimitulojännite Ui, syöttövirta Ii, syöttöteho Pi sekä sisäinen kapasitanssi ja induktanssi Ci ja Li. Kaapelin toisessa päässä oleva este tai eristin julkaisee vastaavat lähtöarvot Uo, Io ja Po, kun taas kaapeli lisää kapasitanssia ja induktanssia jokaista pituutensa metriä kohti. Silmukka on yhteensopiva vain, kun jokainen pari on rivissä marginaalin kanssa.

Säännöt ovat tarkoituksella konservatiivisia. Kipinäsytytyskäyriä sovelletaan varmuuskertoimella, yleensä 1,5, joten sertifioitu raja on jo laboratoriotesteissä kaasun syttyneen energian alapuolella. Ryhmän IIC kaasujen, kuten vedyn ja asetyleenin, tyypillinen piiri pysyy alle 30 V:n, lähellä 100 mA:n ja watin murto-osan, kun taas vastaava malli metaanille voi kuljettaa huomattavasti enemmän. T6 caps pintalämpötila on 85 celsiusastetta ja T4 135 celsiusastetta, selvästi alle niiden peittämien kaasujen itsesyttymislämpötilan.

Mitä luonnostaan turvallinen piiri todellisuudessa sisältää

Kolme osaa muodostaa toimivan asennuksen, ja kaikkien kolmen on vastattava paperilla ennen kuin niistä tilataan.

Kenttälaite luokitellulla alueella

Tämä on ilmakehälle alttiina oleva instrumentti, kytkin, käämi tai anturi, ja sen merkintä osoittaa sen kantaman vikasietoisuuden. Ex ia pysyy turvassa kahdella vialla ja se on sallittu vyöhykkeellä 0, jossa on jatkuvasti tai pitkiä aikoja syttyvä ilmakehä. Ex ib kattaa vyöhykkeen 1 yhdellä vialla, ja Ex ic kattaa vyöhykkeen 2, jossa ilmakehä on epätodennäköinen ja lyhytikäinen.

Este tai eristin turvallisella alueella

Siihen liittyvä laite rajoittaa kenttään saapuvaa energiaa. Zener-este käyttää shunttidiodeja, sulaketta ja vastusta, ja se tarvitsee erillisen suojamaadoituksen, jonka arvo on alle 1 ohm. Galvaaninen eristin toimii muuntajien tai optisen kytkimen kautta eikä tarvitse turvamaadoitusta, minkä vuoksi se valitaan usein kohteisiin, joissa maadoitusta on vaikea todistaa ja ylläpitää.

Yksinkertaiset laitteet ja passiiviset koskettimet

Kaikki komponentit eivät tarvitse omaa sertifikaattiaan. IEC 60079-11 sallii yksinkertaiset laitteet, jotka määritellään laitteiksi, jotka eivät tuota tai tallenna enempää kuin 1,2 V, 0,1 A, 20 mikrojoulea tai 25 mW. Passiiviset kytkimet, termoelementit, liitäntäkotelot ja yksinkertaiset painekytkimien koskettimet ovat kelvollisia niin kauan kuin ympäröivän silmukan energiarajoitus on jo valmiiksi rajoitettu. Tässä jäähdytyspaineensäädin ansaitsee paikkansa suunnittelussa: sen koskettimet jakavat kotelon prosessiliitännällä, joka voi sijaita luokitellulla alueella, ja koska nämä koskettimet kuljettavat vain rajoitetun silmukkavirran, kotelon ei tarvitse tulla tulenkestävää laatikkoa.

Jäähdytyspaineen säädin Jäähdytyspainesäätimessä on suorakaiteen muotoinen laatikko, jossa on valkoinen, korroosionkestävä muovikotelo. Mekaaniset painemittarit molemmilla puolilla... Näytä tuote →

Kaapeli niiden välillä

Kaapeli on komponentti, ei lisävaruste. Luonnostaan ​​vaaraton johdotus on tavallisesti sinisellä vaipalla ja erotettu ei-IS-piireistä 50 mm:llä tai maadoitetulla metalliseinällä, ja sen kapasitanssi ja induktanssi metriä kohti otetaan huomioon silmukkalaskelmassa.

Luonnostaan ​​turvallisuus verrattuna muihin suojausmenetelmiin

Vaarallisten alueiden suojelu on pikemminkin ryhmä tekniikoita kuin yksittäinen vastaus. Alla olevassa taulukossa luontainen turvallisuus on niiden menetelmien rinnalla, joita vastaan ​​sitä useimmiten punnitaan.

Missä luontainen turvallisuus näkyy jäähdytyksessä ja ilmastoinnissa

Syttyvät kylmäaineet siirsivät kohteen kemiantehtaalta jäähdytyshuoneeseen. R290 ja R600a kuuluvat ryhmään A3, kun taas R32 ja R454B kuuluvat A2L:ään, mikä tarkoittaa, että laitteen ympärillä oleva tila voidaan luokitella sellaiseksi, missä vuoto on uskottava. Kun vyöhyke on olemassa, siihen liitetyt sähköosat on suojattava vastaavasti.

Sähkökomponentit syttyvän kylmäainekuoren sisällä

Kuormituksen alaisena avautuva solenoidikäämi tuottaa täsmälleen sen induktiivisen katkon kipinän, jolle induktanssin entiteettiparametrit kirjoitettiin, ja vikaan avautuva painekytkin tekee saman. Kelat, kytkimet ja anturit valitaan siksi vyöhykettä ajatellen, ja kelan arvo tarkistetaan erikseen venttiilirungosta. Jäähdytysmagneettiventtiili, kuten EVR-sarja, on tuttu esimerkki paineen, kylmäaineen yhteensopivuuden ja tiivistyksen perusteella valitusta rungosta, joka soveltuu luokitellulle alueelle vain, kun se yhdistetään oikein mitoitettuun käämiin ja piiriin.

EVR solenoidiventtiili EVR solenoidiventtiilis are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... Näytä tuote →

Sivustolla on lyhyt tekninen huomautus siitä, miten EVR-tyyppiset solenoidiventtiilit jäähdytyspiireissä käyttäytyä palvelussa, mikä on hyödyllinen lähtökohta tälle tarkistukselle.

Lämpöenergia ja kuuma työ avoimen piirin lähellä

Luontainen turvallisuus kattaa lämpöenergian ja sähköenergian, ja huoltotyöt ovat siellä, missä tämä ero puree. Juuri avatun piirin liitoksen juottaminen tarkoittaa liekkiä, kuumaa letkua ja kylmäainetta, joita voi vielä olla linjassa. Käytännön ohjaimia ovat typen tyhjennys, kaasun tarkistus ennen polttimen syttämistä ja taskulamppu, jonka liekki voidaan pitää liitoksen todellisuudessa tarvitsemassa koossa, ei suurimmalla mahdollisella asetuksella.

Kaksiputkinen MAPP-hitsauspistooli Kaksiputkinen MAPP-hitsauspistooli on suunniteltu sellaisiin skenaarioihin kuin ilmastointi- ja jäähdytysjärjestelmän huolto, kupariputkien tarkkuushitsaus jne. Se sopii... Näytä tuote →

Kuinka paljon energiaa me todella puhumme

Yleisten syttyvien aineiden sytytysenergia

Kuvassa 1 on esitetty viiden jäähdytys- ja prosessilaitoksissa ilmaantuvan aineen syttymisenergia. Vetyä tarvitsee vain noin 0,017 mJ, joka on noin kuudestoistaosa metaanin tarvitsemasta energiasta. Siksi sama lähetin voi kantaa mukavan virtamarginaalin maakaasulaitoksessa ja silti epäonnistua kokonaisuuden tarkistuksessa vetyluistolla, koska kaasuryhmä muuttaa käyrää, jota vastaan ​​laskelma kulkee. Numerot selittävät myös, miksi standardi toimii milliwatteina, koska hyvin ladattu ihmiskeho voi vapauttaa paljon enemmän kuin 0,017 mJ. Käytännön suunnittelu tähtää siis milliwattikäyttöön, ja se on aritmetiikka 1,5 turvatekijän takana.

Varastoitu energia liitäntäkaapelissa

Kuva 2 muuntaa kaapelin kapasitanssin varastoituksi energiaksi tutulla puoli C V:n neliösuhteella 24 V:n silmukkajännitteellä. Noin 60 pF:n mittarin kaapeli saavuttaa noin 8,6 mikrojoulea 500 metrin matkalla, kun taas yleiskäyttöinen kaapeli 200 pF:llä metrillä kulkee 28,8 mikrojoulea samalla etäisyydellä. Katkoviiva merkitsee vedyn 0,017 mJ:n sytytysenergiaa, jonka yleiskaapeli ylittää noin 300 m:n kohdalla ja instrumenttikaapeli ei koskaan saavuta kartoitetulla alueella. Tämän risteyksen vuoksi kaapelin tyyppi, kaapelin pituus ja silmukkajännite kuuluvat ohjauspiirustukseen sen sijaan, että ne jätettäisiin asentajalle. Se selittää myös, miksi kaapelin vaihtaminen paikan päällä vastaavaan korkeampaan kapasitanssiin on suunnittelumuutos eikä huoltopäätös.

Kaksi vertailua, jotka ratkaisevat suunnittelun

Kuinka paljon esteluokitusta silmukka kuluttaa

Kuva 3 ottaa yleisen järjestelyn, jossa 24 V lähetin ottaa 20 mA virran 28 V, 93 mA ja 0,65 W esteestä, ja näyttää kuinka paljon kustakin rajasta silmukka kuluttaa. Jännite on tiukin rajoitus noin 86 prosentissa, teho seuraa noin 74 prosentissa ja virtaan tuskin kosketetaan noin 22 prosentissa. Tämä epätasapaino on normaalia, koska vaarallisten alueiden silmukat ovat lähes aina jänniterajoitettuja, kun taas nykyinen korkeus näyttää anteliaalta. Sillä on merkitystä, kun joku haluaa lisätä toisen laitteen samaan esteeseen tai pidentää ajoa, koska jännitebudjetti katoaa kauan ennen nykyistä budjettia. Kaikkien kolmen parin tarkistaminen mieluummin kuin mukavalta näyttävän parin tarkistaminen pitää silmukan sertifioituna.

Suojausmenetelmät viiden käytännön kriteerin mukaisesti

Kuvassa 4 on luontainen turvallisuus, tulenkestävä suojaus ja syttymätön suojaus yhdestä viiteen kriteereillä, jotka yleensä ratkaisevat projektin: soveltuvuus vyöhykkeelle 0, jatkuvan ylläpidon toleranssi, asennuskustannukset, johdotuksen yksinkertaisuus ja laitteiston paino. Luontainen turvallisuus täyttää muodon kohti vyöhykettä 0 ja jatkuvaa ylläpitoa, minkä vuoksi se on oletusarvo laitteille, jotka on kalibroitava laitoksen ollessa käynnissä. Tulenkestävä suoja ulottuu kohti johdotuksen yksinkertaisuutta, koska kotelo hoitaa työn eikä silmukkalaskentaa tarvita, mutta sen arvot ovat alhaiset jännitteisessä ylläpidossa ja laitteiston painossa. Syttymätön suoja saavuttaa kustannusten ja johdotuksen ulkoreunan, koska se on tarkoitettu vain vyöhykkeelle 2, jossa syttyvä ilmakehä on epätodennäköinen ja lyhytikäinen. Kolmen muodon lukeminen yhdessä antaa käytännön säännön: sovita menetelmä ensin vyöhykkeeseen ja anna sitten kustannusten ja ylläpidon valita sopivien menetelmien välillä.

Todentaminen erottaa yhteensopivan asennuksen sellaisesta, joka näyttää vain vakuuttavalta. Ennen kuin silmukka otetaan käyttöön, tarkista laitteen sertifikaatin numero ja merkintä, varmista, että Uo on Ui:ssa tai sen alapuolella, että Io on Ii:ssä tai sen alapuolella ja että Po on Pi:ssä tai sen alapuolella, ja lisää sitten kaapelin kapasitanssi ja induktanssi Co:ta ja Lo:ta vastaan. Lue myös sertifikaatin numeron jälkeen painetut erikoisehdot, koska niissä on usein X ja laitteen käyttörajoitus. Vahvista lopuksi lämpötilaluokka todellisuudessa läsnä olevan kaasun tai höyryn suhteen, koska T4:lle luokiteltu laite ei ole automaattisesti hyväksyttävä, jos T6-raja on asetettu.

Komponenttivalinta ratkaisee yleensä sen, kuinka helppoa harjoituksesta tulee. Painekytkin julkaistuilla entiteettiparametreilla, vyöhykkeelle mitoitettu solenoidikäämi ja kaapeli, jonka kapasitanssi on ilmoitettu tietolomakkeessa, tekevät vaikean laskelman lyhyeksi tarkistuslistaksi. Kun projektissa sekoitetaan syttyviä kylmäainepiirejä luokiteltuihin alueisiin, kannattaa komponenttilistaa tarkistaa silmukkalaskelman perusteella aikaisin, ennen piirustusten korjaamista.

Jos määrität osia tällaiselle järjestelmälle, keskustele suunnittelutiimimme kanssa kylmäaineesta, vyöhykkeestä ja ohjausjännitteestä ennen tilauksen tekemistä.