Барьеры искробезопасности

Предприятия нефтехимической, химической, газоперерабатывающей промышленности, а также некоторые предприятия пищевой промышленности предъявляют особые требования к системам управления технологическими процессами. Особенностью таких производств является постоянное или временное наличие взрывоопасных газовоздушных смесей на некоторых производственных установках. Таким образом, на подобных объектах неисправности электрических цепей систем управления, такие как замыкание сигнальных цепей или попадание высокого потенциала на сигнальные цепи может вызвать искрение и спровоцировать пожар или взрыв. Именно поэтому раньше для управления взрывоопасными объектами в основном применялись пневматические системы, которые исключали возможность возникновения искры во взрывоопасных зонах, но вместе с тем были дороги и обладали невысокой точностью. Редкие же электрические цепи защищались взрывозащитными оболочками – провода прокладывались в стальных трубах, а приборы располагались в литых алюминиевых коробках, что создавало массу неудобств при монтаже и эксплуатации.

В последнее десятилетие все большее распространение получил вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь». Данный метод основан на ограничении электрической энергии, передаваемой во взрывоопасную зону, а также на ограничении энергии, запасаемой самой цепью таким образом, что цепь теряет возможность генерировать искру, мощности которой достаточно для воспламенения взрывоопасной смеси. Такой метод взрывозащиты отличают высокая безопасность, экономичность, удобство и простота установки и обслуживания, а также широкие возможности по расширению и модернизации систем управления.
 
Помимо требований по ограничению энергии, накопляемой электрической цепью, которая зависит от величины емкости и индуктивности цепи и включенных в ее состав приборов, вид защиты «искробезопасная электрическая цепь» требует наличия специальных устройств, которые не допускают попадания высокого потенциала или прохождения высокого тока со стороны системы управления в защищенную цепь – барьеров искробезопасности. Фактически, барьеры искробезопасности являются устройствами, устанавливающимися в сигнальные цепи между системой управления и первичными преобразователями или исполнительными механизмами, защищающими цепи, расположенные во взрывоопасных зонах от возможного попадания высокого потенциала в случае неисправности системы управления или возникновение высокого тока в цепи вследствие ее короткого замыкания.

Конструктивно барьеры искробезопасности бывают двух основных типов: с использованием стабилитронов и предохранителей, а также с гальванической изоляцией. Конструкция барьеров искробезопасности на стабилитронах (или, как их еще называют, Зенеровских барьеров) приведена на рисунке 1.

Как видно, защита от перенапряжения обеспечивается за счет стабилитронов, а защита от превышения тока – за счет предохранителей. Достоинством данного типа барьеров является невысокая цена, а также передача сигналов (например, от термопар или тензомостов) в их первоначальном виде, без преобразования. Список же недостатков у таких приборов существенен. Во-первых, такие барьеры нуждаются в заземлении, причем сопротивление такого заземления не должно превышать 1 Ом. Во-вторых, данные барьеры не позволяют использовать изолированные от земли цепи. И, самое главное, в случае сбоя (аварийной ситуации) предохранитель данного барьера перегорает, что выводит барьер из строя.

Всех этих недостатков лишены барьеры искробезопасности с гальванической изоляцией (рис. 2). Гальваническая изоляция (трансформаторная или оптическая) обеспечивает полную развязку искробезопасной цепи от контура системы управления, что позволяет отказаться от заземления барьеров.
 
Кроме того, данные барьеры часто наделелены дополнительными функциями по преобразованию сигналов, что упрощает подключение различных промышленных сигналов к системам управления. Например, некоторые барьеры имеют функцию преобразования сигнала 4…20 мА в сигнал 0…10 В, или преобразуют температурный сигнал, поступающий, например, от термопары или термосопротивления в стандартный сигнал 4…20 мА. Среди недостатков же можно указать на необходимость внешнего питания и относительно высокую цену. Однако, несмотря на это, именно такой тип барьеров вполне оправданно получил в последнее время наибольшее распространение.

В нашем каталоге представлены барьеры искробезопасности серии К компании Pepperl+Fuchs, которые за последние 15 лет стали наиболее популярным решением для искробезопасных цепей. В настоящее время серия K включает в себя более 100 моделей барьеров искробезопасности, предназначенных для большинства стандартных промышленных сигналов, которые могут использоваться в каналах дискретного ввода, аналогового ввода, ввода сигналов от датчиков температуры, ввода частотных сигналов, а также для сигналов дискретного и аналогового вывода. Для облегчения выбора в нашем каталоге представлены только наиболее часто используемые типы барьеров, однако в случае, если задача требует нестандартного оборудования, наши специалисты обязательно подберут решение для такой искробезопасной цепи.