Normative e princìpi di
Sicurezza Intrinseca
per zone a pericolo di esplosione

  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.
    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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