Barijere za prenaponsku zaštitu II deo

Eksplozije u EX zoni mogu biti inicirane visokom temperaturom ili varnicom. U takvoj sredini munja može dovesti do eksplozije smeše vazduha i gasa koji se tu mogu naći, što je razlog za obraćanje posebne pažnje. Zaštite se moraju koristiti i na izdvojenim objektima koji mogu biti pogođeni gromom. Dodatna zaštita treba da se izvede i nad svim vezama između opreme i zemlje izdvojenog objekta kako bi se smanjio uticaj munja i pojava varnica.

Serijal „Barijere za prenaponsku zaštitu“

• Barijere za prenaponsku zaštitu – I deo
• Barijere za prenaponsku zaštitu – II deo
• Barijere za prenaponsku zaštitu – III deo
• Barijere za prenaponsku zaštitu – IV deo

SPB kao jednostavni uređaj
Oprema instalirana u sigurnosnom kolu mora zadovoljavati standarde opisane u EN 50020, tj. mora biti ili sertifikovani uređaj sa sigurnosnim osobinama ili jednostavni uređaj. Jednostavni uređaji se mogu postavljati u zoni hazarda bez dodatnih sertifikata.

Pepperl+Fuchs’ SPB-ovi se sastoje od gasnih prenaponskih zaštita, zavojnica i TVS dioda.  Klasifikuju se kao jednostavni aparati, jer su im zavojnice jedine komponente u kojima se skladišti energija pri čemu je međusobna induktivnost vodova manja od 200 μH. Pa ipak, svi proizvodi iz SPB serije Pepperl+Fuchs-a su sertifikovani i mogu se koristiti u zoni hazarda i ugraditi u sigurnosna kola.

SPB nisu sami po sebi sigurnosne barijere već im je svrha da zaštite uređaje u polju i sigurnosne barijere od oštećenja od prenapona i strujnih udara.

Zona 1/Zona 2
Područja hazarda koje pripadaju Zoni 1 i Zoni 2 vrlo su retko direktno izložena uticaju munja ili napona i struja koje su posledica munja. Standardni udar munje postoji ekstremno kratko i on ima premalu energiju da bi toplota ili varnica koju on proizvodi mogli da izazove eksploziju gasova. Ipak, opasnost preti od tranzijentnih napona i struja koje se indukuju udarom groma u uređaje instalirane u zoni hazarda ili u kontrolnoj sobi.

Električne instalacije u zoni hazarda se moraju izvoditi u skladu sa EEx ‘i’ i moraju u svom sklopu imati sigurnosnu barijeru između uređaja u polju i upravljačke opreme. U slučaju udara groma postoji veliki rizik od oštećenja barijere ili urađaja u polju. SPB zaštita obe strane je neophodna kako se ne bi ugrozila bezbednost kompletnog pogona u tom slučaju.

Postavljanjem jednog SPB-a u zoni hazarda uz same urađaje u polju, a drugog uz sigurnosnu barijeru (zasebno montiran na sopstvenoj šini) kompletno se štiti cela električna instalacija. VAŽNO: Minimalna razdaljina između ožičenja u zoni hazarda i u sigurnoj zoni iznosi 50 mm.

Zona 0
Eksplozivna atmodfera je uvek prisutna u zoni 0. To je razlog za obraćanje veće pažnje sigurnosti nego u zonama 1 i 2. Zona 0 se najčešće nalazi unutar rezervoara i procesnih posuda. Njihovo telo i nosači obično formiraju faradejev kavez koji eliminiše svaku značajniju potencijalnu razliku. Ipak, prenapon ili varnica u nekom od povezanih uređaja u polju mogu izazvati eksploziju. Dodatni SPB koji štiti uređaj u polju eliminisaće takvu opasnost. VAŽNO: SPB mora biti što bliže samom uređaju, ali van Zone 0.

Aplikativni primer sa zener barijerom
U ovoj aplikaciji korišćen je SMART 2-žični 4…20mA transmiter povezan za rezervoar u Zoni 0. Sigurnost kola je izvedena zener barijerom. Za zaštitu zener barijere u kontrolnoj sobi korišćen je SPB K-LB-1.30G.

Aplikativni primer sa K-System TIB (Transformators Isolated Barrier) ili RPI (Remote Process Interface)
Aplikacija sa TIB ili Pepperl+Fuchs RPI modulima se razlikuju od zener aplikacija na dva načina:

• Za zaštitu transmitera i TIB-a, potrebna su dva izolovana SPB-a integrisana u sigurnosnu mrežu. Glavna prednost SPB rešenja je što ono potpuno galvanski izoluje merno kolo u odnosu na zemlju  500V.
• Za većinu TBI-a i modula RPI familije, Pepperl+Fuchs je razvio novu seriju zaštitnih barijera P-LB-*.*. Za razliku od K-LB tipa koji se montira na DIN šinu, P-LB SPB se montira direktno na TIB ili RPI module, a uzemljenje se fiksira zavrtnjima.

Prednosti korišćenja P-LB SPB-a su:

• Ušteda prostora u ormaru
• Manje ožičenja
• Manje kablovskih držača
• Manji rizik od greške
• Kraće vreme instalacije
• Bezbedna i pouzdana konekcija
• Jednostavna primena

Da bi se zaštitio TIB ili RPI modul P-LB SPB se direktno povezuje na njega. Pepperl+Fuchs za različite module nudi posebne tipove P-LB-a.

Uzemljenje
Pri dizajnu uzemljenja u fabrici posebnu pažnju treba obratiti na mesta interkonekcije elektronskih sklopova i  mesta montaže uređaja. Svaka država ima sopstvene regulative, a suština svih je da propišu način na koji treba izvesti uzemljenje da bi svaka uzemljena tačka imala isti potencijal kako bi se izbeglo formiranje strujnog kola.

Za elektronsku opremu u ormaru, sabirnica na dnu ormara predstavlja referentni potencijal zemlje. Ova sabirnica se direktno povezuje sa uzemljenjem fabrike.

Uzemljenje izdvojenog objekta izvodi se ubadanjem gromobranskih šipki u zemlju. Pravilno izvedeno uzemljenje osigurava bezbednost u radu, smanjuje električne smetnje i onemogućava formiranje strujnog kola kroz zemlju.

Nakon udara groma, ekstremno jak strujni puls prolazi kroz sve provodnike u pogonu. Pravilno odabrana putanja gromobranskih provodnika smanjiće opasnost od oštećenja elektronske opreme. Ni najkvalitetnija oprema za zaštitu od udara groma neće biti efikasna ukoliko nisu ispoštovana pravila vezana za povezivanje uzemljenja.

Vezivanje uzemljenja u zvezdu
Galvansko razdvajanje može biti poništeno ukoliko se izvrši povezivanje svakog od uređaja sopstvenim kablom za uzemljenje.  Ovaj metod osigurava isti potencijal na svim povezanim uređajima u svakom trenutku. Mana ovog načina je velika količina i dužina kablova potrebnih da se izvede uzemljenje, a pri tome, zbog velike dužine kablova, povećava se efekat kapacitivnog i induktivnog uparivanja provodnika.  Najpraktičniji način da se izvede uzmljenje je dodeljivanje nivoa hijararhije delovima sistema i izvođenje uzemljenja na svakom nivou zasebno.

Barijere za prenaponsku zaštitu (SPB)
SPB integrisan u sistem neće promeniti generalnu filozofiju izvođenja pravilnog uzemljenja. Zasebno izvođenje uzemljenja za SPB i uređaj koga štiti se mora izbeći.  Nakon što SPB odvede jedan deo energije u zemlju, drugi njen deo (IL1), npr. 200 A, radijalno će biti rasut od šipke uzemljenja u zemlji, kroz zemlju sve do uzemljenja samog uređaja. Impedansa zemlje je oko 10 oma po metru. Napon VG na dužini od 1 m će biti oko 2000V. SPB K-LB-*.30* će ograničiti napon VL kroz SPB  na 45 V, pa će oprema na udaljenosti od 1 m od SPB-a morati da izdrži ukupni napon od

VE = VL + VG = 2045 V. Generalno, oprema nije u stanju da podnese toliki napon i doći će do oštećenja. Zbog toga se uzemljenje mora izvesti u vidu zvezde kako je ranije rečeno. U tom slučaju, impedansa provodnika za uzemljenje mora se uzeti u obzir. SPB skreće jaku struju ka zemlji, koja onda proizvodi tranzientni napon VI na kablovima između konekcije za uzemljenje na SPB-u i tačke uzemljenja, kao posledicu impedanse kabla. Oprema će biti pod uticajem napona od VE = VI + VL. Ako VE dostigne kritičnu vrednost, desiće se oštećenje opreme.

Impedansa kablova je suma otpornosti R i kompleksne induktivne reaktanse jwL. Pad napona na kablu se može izračunati kao VI=R*IL+L*diL/dt. Kako munja indukuje struju pulsnih karakteristika, induktansa je mnogo bitnija od otpornosti R. Da bi održali tranzijentni napon VI na minimumu, induktansa mora biti minimalno moguća. Ovo se može postići korišćenjem što kraćih kablova za uzemljenje (preporučuje se kraćih od 1 m) za povezivanje na sabirnicu minimalnog preseka od 4 mm2 (za jednožilni bakarni provodnik) ili 1,5 mm2 (za najmanje dvožilni bakarni provodnik).

Da bi maksimalizovali bezbednost treba izbegnuti mogućnost da dođe do povećanja kontaktnih otpornosti zbog korozije ili slojeva masnoće u spoju. Dalje, preporučuje se upotreba trakastih kablova, jer imaju manju impedansu od ekvivalentnih okruglih kablova.