La pratica della Sicurezza Intrinseca?
Nelle applicazioni a Sicurezza
Intrinseca si devono considerare
tre parti :
-
I dispositivi, od apparati, in Area
Pericolosa : apparecchiature
semplici o apparecchiature a
Sicurezza Intrinseca.
-
l'Interfaccia di Sicurezza:
Apparecchiature Associate.
- Cavi d'interconnessione.
APPARECCHIATURE SEMPLICI
Le apparecchiature quali
interruttori, resistori,
potenziometri, semiconduttori
come i LED, i fototransistors,
generatori come le termocoppie e
le fotocellule possono essere
considerate Apparecchiature
Semplici se non generano e
immagazzinano pi di 1,5 V, 100
mA, 25 mW. Queste
apperecchiature Semplici possono
essere usate in Aree Pericolose
senza bisogno di alcuna
certificazione; devono essere
considerati, per la classificazione
di temperatura, sulla base della
potenza d'uscita trasferita al
dispositivo d'interfacciamento.
APPARECCHIATURE A SICUREZZA INTRINSECA
Trasmettitori, convertitori I/P,
valvole a solenoide e ogni altro
dispositivo capace di
immagazzinare energia, devono
essere certificati come
Apparecchiature a Sicurezza
Intrinseca adatte per uso in Area
Pericolosa, in accordo alla
classificazione delle zone ed alle
caratteristiche dei gas (gruppo di
gas e classe di temperatura).
APPARECCHIATURE ASSOCIATE
Le interfaccie tra il campo e la
strumentazione di sala controllo
sono chiamate usualmente
"Barriere", queste proteggono i
circuiti in Area Pericolosa,
limitando la tensione e la corrente,
nelle condizioni di uso normali e
di guasto.
Esistono due tipi di interfaccia a
Sicurezza Intrinseca:
- le Barriere
Zener
- le Barriere a Separazione
Galvanica o Isolatori come più
spesso sono chiamati
Esse
differiscono fondamentalmente sul
modo nel quale l'energia
potenzialmente pericolosa,
proveniente dalla sala controllo,
deviata per prevenire che essa
possa passare nei circuiti in Area
Pericolosa. Le Barriere devono
essere progettate e certificate per
essere adatte a collegarsi con
Apparecchiature Semplici o a
Sicurezza Intrinseca poste in Area
pericolosa.
Le Apparecchiature Associate sono
la chiave d'accesso ad ogni
Sistema a Sicurezza Intrinseca
poich definiscono i Parametri di
Sicurezza Massimi ammessi dei
circuiti collegati ai terminali di
Area Pericolosa delle Barriere
(solitamente di colore blu).
CAVI D'INTERCONNESSIONE
I valori bassi di tensione e corrente
presenti nei circuiti
intrinsicamente sicuri, permettono
l'uso di cavi normalmente usati
per la strumentazione di campo,
purchè la capacit e l'induttanza di
questi sia presa in considerazione
nei calcoli circa la sicurezza dei
sistemi. I parametri dei cavi
raramente sono un problema per la
distanza dei dispositivi in campo,
soprattutto quando si usano
Barriere a Separazione Galvanica.
Altre tecniche di protezione si basano
sui principi di segregare, tener lontana,
la miscela esplosiva dai circuiti, come
la pressurizzazione Ex p,
l'incapsulamento Ex m, l'immersione
in olio Ex o, oppure in sabbia Ex q;
altri ancora sul contenimento
dell'esplosioni Ex d; altri infine sulla
prevenzione Ex e (sicurezza
aumentata) e l'Ex i la Sicurezza
Intrinseca.
Una scelta pratica tra uso di Barriere Zener e Barriere ad Isolamento Galvanico
Le barriere a Sicurezza Intrinseca
sono dispositivi di sicurezza, posti
tra le apparecchiatuire che
interconnettono l'Area Pericolosa
con quella Sicura, e con lo scopo
di limitare l'energia nell'Area
Pericolosa, ad un livello inferiore
a quello minimo richiesto per
innescare la miscela esplosiva.
L'intrusione di un eccesso di
energia nei circuiti in Area
Pericolosa, dovuto a condizioni di
guasto in Area Sicura, può essere
prevenuto a mezzo di:
- Deviazione dell'energia di guasto
verso terra (Ground in USA).
- Bloccando l'energia di guasto
con degli elementi di
isolamento.
Durante le condizioni di guasto, i
livelli di tensione e di corrente,
che potrebbero presentarsi in Area
Pericolosa, sono limitati entro
valori di sicurezza.
Le Barriere Zener
Le Barriere Zener hanno avuto una
grande diffusione soprattutto nel
passato. Sono basate sul concetto
della deviazione dell'energia e
costituite da una rete, molto
semplice, di componenti.
In
condizioni normali di lavoro, la
barriera passa i segnali elettrici, in
entrambe le direzioni, senza
attenuarli, o almeno cosi dovrebbe
essere. Quando una tensione di
guasto (Um = 250 Veff max.) si
presenta ai terminali della barriera
rivolti verso l'Area Sicura, la
conseguente corrente viene
deviata verso terra attraverso il
fusibile ed i diodi zener.
Durante il transiente di guasto, la
tensione a circuito aperto (Voc),
presente ai terminali verso l'Area
Pericolosa, viene limitata alla
tensione di zener, mentre la
corrente di corto circuito (Isc), in
Area Pericolosa, è limitata dal
resistore di limitazione (Rlim).
I valori di Voc e di Isc sono
rilevanti al fine di poter
determinare la massima capacit e
induttanza, ai terminali d'ingresso
dall'Area Pericolosa, per i gruppi
dei gas che non potranno essere
innescati da tali valori.
L'efficienza della Barriera dipende
dalla buona connessione verso
terra, che deve garantire il ritorno
della corrente di guasto in Area
Sicura ( e per il tempo in cui il
fusibile s'interrompe) prevenendo
ogni sostanziale aumento della
tensione e della corrente nei
terminali dell'Area Pericolosa.
Ciò viene garantito dall'uso di un
conduttore di terra, dedicato solo
per questo impiego, che deve
anche essere separato da ogni altro
filo di terra strutturale
dell'impianto e connesso in un
solo punto di riferimento .
La resistenza del
collegamento tra la terra della
Barriera Zener e quella pi lontana
del punto di riferimento, deve
essere mantenuta inferiore ad
1Ohm e le normative richiedono
che la sezione di tale conduttore
non sia inferiore a 4 mm2
(12AWG in USA).
Le barriere Zener sono dei
dispositivi semplici e a basso
costo, tuttavia hanno delle
limitazioni che devono essere
considerate quando vengono scelte
per impieghi nella Sicurezza
Intrinseca.
I principali svantaggi delle barriere zener sono:
- La necessità di un buon
collegamento di terra (di
resistenza inferiore a 1 Ohm)
dedicato e mantenuto nel
tempo.
- La caduta di tensione ai capi
della Barriera rende alcune
applicazioni impossibili.
- Connessioni sbagliate o
improprie della Barriera
potrebbero far bruciare il
fusibile e guastare la Barriera.
- Veramente bassa reiezione di
modo comune.
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Le Barriere ad Isolamento Galvanico
I problemi sollevati
nellapplicazione con Barriere
Zener sono tutti risolvibili con gli
Isolatori galvanici che si basano
sul principio di isolare anzichè
quello di deviare l'energia
potenzialmente pericolosa.
La differenza consiste nel fornire
un isolamento tra i circuiti in Area
Pericolosa e quelli in Area Sicura,
usando componenti quali
trasformatori, relè e optoisolatori,
che devono essere conformi alle
normative della Sicurezza
Intrinseca alfine di garantire la
sicurezza contro il pericolo di
esplosione. Uno schema di
principio è mostrato nella
Figura3.
Quando ben progettate,
le Barriere a Isolamento
Galvanico, non permettono alla
tensione di guasto (Um = 250 Veff
max.) di raggiungere il circuito di
limitazione di energia che deve
essere in grado di sopportare
soltanto la tensione presente sul
secondario del trasformatore.
Lisolamento Galvanico permette
ai circuiti di limitazione di essere
flottanti rispetto a terra; pertanto
sia il collegamento di terra che i
fusibili, per questo circuito non
sono pi necessari. I Parametri di
Sicurezza Voc e Isc, sono
determinati in modo similare a
quello applicato per le Barriere
Zener.
I vantaggi principali delle
Barriere a Isolamento Galvanico
sono:
- La connessione di terra non pi
necessaria e i dispositivi in
Area Pericolosa possono essere
messi a terra.
- Si possono usare sensori collegati
alla terra strutturale del sistema
(il proprio contenitore per
esempio)
- Ampia tensione disponibile per i
dispositivi in campo.
- Il condizionamento del segnale in
uscita viene combinato assieme
ai circuiti di protezione.
- Installazione semplificata ed
eliminazione dei ritorni sui
conduttori di terra.
- Grande reiezione ai disturbi di
modo comune.
- Maggiore precisione.
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