Stosowanie iskrobezpieczeństwa jako działanie prewencyjne

Systemy iskrobezpieczne, zdefiniowane jako zestaw połączonych ze sobą urządzeń elektrycznych, w którym obwody lub części obwodów przeznaczonych do użytku w atmosferze wybuchowej są obwodami iskrobezpiecznymi, zanim zostaną zainstalowane na konkretnym obiekcie muszą być prawidłowo zaprojektowane i ocenione jako bezpieczne. Gwarancją zapewnienia założonego poziomu zabezpieczenia przeciwwybuchowego jest zaprojektowanie i dokonanie oceny systemu iskrobezpiecznego zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 60079-25. Projektant, którym może być producent, ekspert lub użytkownik, powinien uwzględnić specyficzne wymagania zawarte w ww. normie dotyczące systemów iskrobezpiecznych rodzaju zabezpieczenia „i”, przeznaczonych do użytku w całości lub jako część w miejscach, gdzie jest wymagane użycie urządzeń grupy I, II lub III.

System iskrobezpieczny może być (Rys. 1):

• systemem iskrobezpiecznym certyfikowanym tj. systemem, dla którego wydano certyfikat potwierdzający zgodność systemu elektrycznego z PN-EN 60079-25,
• systemem iskrobezpiecznym niecertyfikowanym tj. systemem, w którym znajomość parametrów elektrycznych poszczególnych certyfikowanych urządzeń elektrycznych, certyfikowanych urządzeń towarzyszących, urządzeń prostych w rozumieniu PN-EN 60079-11 oraz znajomość elektrycznych i fizycznych parametrów oprzewodowania łączącego pozwala jednoznacznie wnioskować, że iskrobezpieczeństwo jest zachowane.

Rys. 1. Podział systemów iskrobezpiecznych

Zapewnienie iskrobezpieczeństwa każdego systemu, niezależnie czy będzie certyfikowany czy nie, należy wykazać w dokumencie opisującym system, zawierającym specyfikację urządzeń elektrycznych, ich parametry elektryczne oraz parametry oprzewodowania łączącego.

Wymaga się, aby dokument opisujący system zawierał odpowiednią analizę osiąganego poziomu bezpieczeństwa, w tym co najmniej:

• schemat blokowy systemu ze wszystkimi urządzeniami systemu, łącznie z urządzeniami prostymi i oprzewodowaniem łączącym,
• oświadczenie dotyczące podgrupy (w przypadku grupy II i III), poziomu zabezpieczenia każdej części składowej systemu, klasy temperaturowej, kategorii i znamionowej temperatury otoczenia,
• wymagania i dopuszczalne parametry oprzewodowania łączącego, od których zależy iskrobezpieczeństwo, alternatywnie, w dokumencie powinien być wyszczególniony charakterystyczny rodzaj kabla lub przewodu i uzasadnienie jego zastosowania, w tym dozwolone rodzaje kabli lub przewodów wielożyłowych, które mogą być użyte w każdym obwodzie,
• szczegóły dotyczące uziemiania i połączeń wyrównawczych punktów systemu (jeżeli użyto urządzeń ochrony przepięciowej należy również dołączyć stosowną analizę); należy wskazać, który punkt lub punkty systemu przeznaczone do połączenia z potencjałem odniesienia instalacji oraz wszystkie specjalne wymagania tego połączenia,
• tam gdzie ma to zastosowanie, uzasadnienie oceny urządzeń jako urządzeń prostych zgodnie z PN-EN 60079-11,
• tam, gdzie obwód iskrobezpieczny zawiera kilka urządzeń iskrobezpiecznych powinna być dostępna analiza sumy ich parametrów (analiza powinna obejmować wszystkie urządzenia proste i certyfikowane urządzenia iskrobezpieczne),
• zakres temperatury otoczenia, jeżeli część systemu lub cały system jest przeznaczony do pracy poza normalnym zakresem temperatury otoczenia, wynoszącym od –20°C do +40°C,
• analiza szczególnych warunków stosowania poszczególnych urządzeń, określonych w instrukcjach/ certyfikatach urządzeń.

Dokument opisujący system powinien posiadać unikatowe oznakowanie, powinien być podpisany i datowany przez projektanta systemu.

Poziom zabezpieczenia systemu

Każda część systemu iskrobezpiecznego przeznaczona do użytku w atmosferze wybuchowej będzie miała poziom zabezpieczenia „ia” „ib” lub „ic” zgodnie z PN-EN 60079-11. Nie jest wymagane, aby cały system miał jeden poziom zabezpieczenia. Urządzenie z poziomem zabezpieczenia „ia” zasilane z zasilacza „ib” tworzą system „ib”. System może posiadać poziom „ib” w warunkach normalnej pracy, przy zasilaniu zewnętrznym, lecz gdy zasilanie to jest odłączone zgodnie z określonymi warunkami bezpieczeństwa, to system zasilany z rezerwowej baterii może posiadać poziom „ia”.

Wymagania dla kabli / przewodów wielożyłowych

Wielożyłowe kable lub przewody zawierające obwody zaliczone do poziomu zabezpieczenia „ia”, „ib” lub „ic” nie powinny zawierać obwodów nieiskrobezpiecznych. W normie PN-EN 60079-25:2011 rozróżnia się trzy rodzaje kabli / przewodów wielożyłowych (rodzaju A, B i C). Wymagania dla poszczególnych rodzajów kabli/przewodów wielożyłowych przedstawiono w Tabeli 1.

Tabela 1. Wymagania dla poszczególnych rodzajów kabli/przewodów wielożyłowych

Uziemianie i połączenia wyrównawcze systemów iskrobezpiecznych

Obwód iskrobezpieczny powinien być albo nieuziemiony albo połączony tylko w jednym punkcie z potencjałem odniesienia, związanym z przestrzenią zagrożoną. W przypadku połączenia obwodu iskrobezpiecznego z ziemią, w obrębie systemu, należy zastosować połączenia wyrównawcze. Więcej niż jedno połączenie z ziemią jest dozwolone w obwodzie pod warunkiem, że obwód jest galwanicznie rozdzielony na podobwody, z których każdy ma tylko jeden punkt uziemienia. Ekrany kabli / przewodów powinny być połączone z ziemią (w jednym punkcie).

Parametry elektryczne kabli lub przewodów

Do oceny iskrobezpieczeństwa systemu przyjmuje się parametry elektryczne (C_c i L_c lub C_c i L_c/R_c) wszystkich kabli lub przewodów:

• podane przez producenta kabla lub przewodu (najbardziej niekorzystne parametry),
• określone pomiarami próbki zgodnie z Załącznikiem G normy PN-EN 60079-25,
• jeżeli oprzewodowanie składa się z dwóch lub trzech żył konwencjonalnie wykonanych kabli lub przewodów (z ekranem lub bez ekranu): 200 pF/m i 1 μH/m albo stosunek indukcyjności do rezystancji (L_c/R_c), który oblicza się dzieląc 1 μH przez określoną przez producenta rezystancję pętli na metr. Alternatywnie, dla prądów do I_o = 3 A może być użyty stosunek L/R wynoszący 30 μH/Ω.

Ocena systemu iskrobezpiecznego

Podejście do oceny systemów iskrobezpiecznych zależy od tego, czy system jest zestawiony z urządzeń certyfikowanych, czy nie, oraz rodzaju i liczby źródeł zasilania. Szczegółowe zasady oceny systemów podano w załącznikach do normy PN-EN 60079-25 (Rys. 2).

Systemy składające się z urządzeń, które oddzielnie nie zostały ocenione, jako spełniające PN-EN 60079-11 oraz systemy, w których liniowe i nieliniowe obwody są połączone lub mogą się połączyć w stanach awaryjnych, ze względu na konieczność zapewnienia dostępu do specjalistycznej wiedzy i odpowiedniej aparatury badawczej, powinny być oceniane przez kompetentną jednostkę certyfikującą, laboratorium badawcze lub upoważnionego inżyniera.

Rys. 2. Tryb oceny systemów iskrobezpiecznych

Większość systemów iskrobezpiecznych to systemy proste, zawierające jedno źródło zasilania, połączone z jednym urządzeniem iskrobezpiecznym obiektowym.

Ocena systemu rozpoczyna się od określenia parametrów wejściowych i wyjściowych połączonych ze sobą urządzeń oraz parametrów kabla łączącego. Parametry te mogą pochodzić z kopii certyfikatu, instrukcji lub rysunku kontrolnego, które powinny być dostępne dla projektanta systemu.

Ocena prostego obwodu iskrobezpiecznego obejmuje następujące kroki:

1. Porównanie grup urządzeń (jeżeli różnią się, to system przyjmuje najniższą grupę; np. jeżeli jedno urządzenie jest IIC a drugie IIB, to wówczas system staje się IIB).
2. Porównanie poziomu zabezpieczenia (jeżeli różnią się, to system przyjmuje najniższy poziom zabezpieczenia; na przykład, jeżeli jedno urządzenie jest „ia”, a drugie „ib” to system staje się „ib”).
3. Ustalenie klasyfikacji temperaturowej urządzeń instalowanych w przestrzeni zagrożonej (nie systemu).
4. Zakres dopuszczalnych temperatur otoczenia każdego urządzenia powinien być zapisany.
5. Parametry wyjściowe źródła zasilania, napięcie (U_o), prąd (I_o) i moc (P_o), powinny być porównane z parametrami wejściowymi urządzenia obiektowego (U_i , I_i oraz P_i) i parametry wyjściowe nie powinny przewyższać odpowiednich parametrów wejściowych. Sporadycznie, bezpieczeństwo urządzenia obiektowego jest całkowicie określone tylko przez jeden z tych parametrów. W tych przypadkach parametry nieokreślone nie mają znaczenia.
   

   U_o ≤ U_i
   I_o ≤ I_i
   P_o ≤ P_i

6. Ustalenie dopuszczalnych parametrów kabla lub przewodu.
   

   C_c = C_o - C_i
   L_c = L_o - L_i

7. Sprawdzenie, że poziom izolacji względem ziemi jest dopuszczalny lub że wymagania uziemienia systemu są spełnione.

Wygodnym sposobem dokumentowania wyników analizy i oceny obwodu iskrobezpiecznego jest stworzenie tablicy (Przykład: Tabela 2, prezentującej ocenę systemu, w skład którego wchodzi iskrobezpieczny interfejs i współpracujący z nim czujnika temperatury).

Tabela 2. Wyniki analizy i oceny systemu iskrobezpiecznego

Podsumowanie

Projektowanie systemów iskrobezpiecznych jest zadaniem odpowiedzialnym, ze względu na potencjalne skutki nieprawidłowego doboru urządzeń i nieprawidłowego wykonania połączeń między nimi (utrata iskrobezpieczeństwa). Zaprezentowana metoda analizy i dokumentowania systemów iskrobezpiecznych, bazująca na normie PN-EN 60079-25, pozwala na uniknięcie wielu błędów na etapie projektowania. Prawidłowo sporządzona dokumentacja systemu iskrobezpiecznego stanowi również zabezpieczenie dla projektanta, że zaproponowany przez niego system spełnia wymagania techniczne odzwierciedlające aktualny poziom wiedzy technicznej w zakresie bezpieczeństwa przeciwwybuchowego.