Opublikowano 11.04.2023

Zmieniono: 10.03.2025

Systemy iskrobezpieczne

1. Rodzaje systemów iskrobezpiecznych

 Systemy iskrobezpieczne dzielą się na certyfikowane i niecertyfikowane. Systemy iskrobezpieczne certyfikowane to systemy, które zostały certyfikowane, jako zgodne z normą PN-EN 60079-25. Systemy iskrobezpieczne niecertyfikowane to systemy, które nie posiadają certyfikatu na kompletny system i składają się z urządzeń certyfikowanych i urządzeń prostych, w których znajomość parametrów pozwala na jednoznaczne stwierdzenie, że iskrobezpieceństwo jest zachowane. Weryfikacja iskrobezpieczeństwa powinna być udokumentowana, projektant systemu sporządza Dokument Opisujący System.
W przypadku trudności z jednoznacznym stwierdzeniem iskrobezpieczeństwa systemu, należy zwrócić się do jednostki certyfikującej. Informacje na temat systemów iskrobezpiecznych znajdują się w normie PN-EN 60079-25, informacje na temat projektowania i montażu instalacji elektrycznych znajdują się w normie PN-EN 60079-14.

 2. Zasady weryfikacji systemów iskrobezpiecznych z jednym źródłem zasilania

 W przypadku prostych systemów zawierających jedno urządzenie obiektowe i jedno urządzenie towarzyszące weryfikacja polega na porównaniu parametrów, które powinny spełniać zależności:
Uo ≤ Ui
Io ≤ Ii
Po ≤ Pi
Co ≥ Ci + Cc
Lo ≥ Li + Lc
Parametry wyjściowe źródeł zasilania to: Uo, Io, Po, Co, Lo i Lo/Ro.
Parametry wejściowe urządzeń obiektowych to: Ui, Ii, Pi, Ci, Li i Li/Ri.
Parametry przewodów to: Cc, Lc i  Lc/Rc.

Jeżeli ∑Ci jest większa niż 1 % Co i ∑Li jest większa niż 1 % Lo to obie dopuszczalne wartości (Co i Lo) dzieli się przez 2. Obliczona skorygowana wartość Co nie może być większa niż 1 μF dla grupy IIB i 600 nF dla grupy IIC. Nowe skorygowane wartości są podstawą do dalszych obliczeń.

System iskrobezpieczny powinien być zaliczony do odpowiedniej grupy I, II lub III. W przypadku grup II i III, podgrupy (A, B lub C) mogą być różne dla poszczególnych elementów systemu. Jeżeli jedno urządzenie ma grupę IIC, a drugie IIB, to cały system ma grupę IIB.
Urządzenia mogą mieć różną klasę temperaturową i różny zakres temperatur otoczenia.

Poszczególne elementy systemu nie muszą mieć tego samego poziomu zabezpieczenia, jeżeli jedno urządzenie ma poziom zabezpieczenia „ia”, a drugie urządzenie ma poziom zabezpieczenia „ib” to cały system ma poziom zabezpieczenia „ib”.

Parametry elektryczne przewodów ustala się na podstawie danych producenta lub pomiarów wg normy PN-EN 60079-25. W przypadku braku odpowiednich danych można przyjąć indukcyjność 1 μH/m i pojemność 200 pF/m dla przewodów o 2 lub 3 żyłach w normalnym wykonaniu (nieekranowane lub ekranowane).

W przypadku urządzeń prostych takich jak łączniki, zaciski, wtyczki i gniazda wtyczkowe zgodnych z normą PN-EN 60079-11, należy wziąć pod uwagę nagrzewanie obudowy, projektant systemu ustala klasę temperaturową. W przypadku urządzeń prostych, które mogą gromadzić energię, zawierających cewki lub kondensatory należy wziąć pod uwagę parametry elektryczne.
Parametry elektryczne muszą spełniać zależności:
Uo ≤ 1,5 V,
Io ≤ 100 mA,
Uo ≤ 25 mW.

Zalecane jest sporządzenie tabeli z zestawieniem parametrów i wyników weryfikacji, dokument opisujący system powinien zawierać również schemat systemu iskrobezpiecznego i inne dane. Zalecenia odnośnie zawartości dokumentu opisującego system znajdują się w normie PN-EN 60079-25.

3. Przykład weryfikacji prostego systemu iskrobezpiecznego niecertyfikowanego

Przykładowy system iskrobezpieczny niecertfikowany, jest prostym systemem zbudowanym z jednego urządzenia obiektowego zamontowanego w strefie 0 i jednego urządzenia towarzyszącego.
Urządzenia są wykonane zgodnie z normami wyrobu, są dostępne certyfikaty i dane znamionowe. Urządzeniem obiektowym jest czujnik zbliżeniowy IGEXU 02 (INTROL), a urządzeniem towarzyszącym wzmacniacz separacyjny EGE-90-Ex 1-24 (EGE-Elektronik Spezial-Sensoren GmbH). W systemie zastosowano przewód ÖLFLEX® EB (LAPP) o długości 100 m.

Parametry wejściowe czujnika:
Ui = 12,6 V
Ii = 15,9 mA
Pi = 50,0 mW
Ci = 22,0 nF
Li = 3,0 mH

Parametry wyjściowe wzmacniacza separacyjnego:
Uo = 12,6 V
Io = 15,9 mA
Po = 50 mW
Co = 1,15 μF
Lo = 120 mH

Parametry przewodu:
Cc ≈ 140 nF/km
Lc ≈ 0,52mH/km

 Rysunek 1. System iskrobezpieczny składający się ze wzmacniacza separacyjnego i czujnika zbliżeniowego

System iskrobezpieczny posiada grupę IIC i poziom zabezpieczenia „ia”. System zawiera jedno certyfikowane źródło zasilania o charakterystyce liniowej. Weryfikacja polega na porównaniu parametrów.

Ponieważ w przykładowym systemie obie wartości Co i Lo są większe niż 1 %  Ci i  Li, oba parametry wyjściowe źródła zasilania zostały skorygowane i wynoszą:
Co = 575 nF
Lo = 60 mH

Parametry wyjściowe źródła zasilania nie są większe od parametrów wejściowych urządzenia obiektowego:
Uo ≤ Ui
Io ≤ Ii
Po ≤ Pi
Co ≥ Ci + Cc
Lo ≥ Li + Lc
urządzenie obiektowe i urządzenie towarzyszące są dobrane prawidłowo.

Dopuszczalne parametry przewodu:
Cc = Co – Ci = 575 nF – 22 nF = 553 nF
Lc = Lo – Li = 60 mH – 3 mH = 57 mH

Parametry przewodów Cc = 14 nF i Lc = 52 μH są mniejsze od wartości dopuszczalnych, przewód jest dobrany prawidłowo.

Zgodnie z zaleceniami normy na systemy iskrobezpieczne PN-EN 60079-25 w dokumencie opisującym system umieszcza się tabelę z zestawieniem parametrów i wyników weryfikacji.

 4. Weryfikacja systemu iskrobezpiecznego z kilkoma źródłami zasilania

 Jeżeli wszystkie źródła mają charakterystyki wyjściowe liniowe weryfikację przeprowadza się zgodnie z normą PN-EN 60079-25 i PN-EN 60079-14. Należy ustalić rodzaj charakterystyki wyjściowej źródeł zasilania i urządzeń, które mogą stać się źródłami w wyniku awarii.

Rysunek 2. Dane do weryfikacji iskrobezpieczeństwa - wyznaczanie mocy 

Należy uwzględnić możliwość sumowania prądów i/lub napięć w przypadku awarii. Weryfikację wykonuje się dla nowych ustalonych wartości Uo, Io, Po, za pomocą krzywych granicznych zapłonu podanych w normie PN-EN 60079-11.

 Rysunek 3. Dane do weryfikacji iskrobezpieczeństwa - sumowanie napięć i prądów

Jeżeli w systemach iskrobezpiecznych są używane łącznie pojemności i indukcyjności i/lub źródła zasilania mają charakterystyki wyjściowe nieliniowe, takie systemy wymagają dodatkowej weryfikacji. Jest to związane z ograniczeniami norm PN-EN 60079-11 i PN-EN 60079-14.

Nowa metoda weryfikacji opracowana przez PTB została podana w normie PN-EN 60079-25:2011 w załączniku C.
Metoda polega na weryfikacji iskrobezpieczeństwa za pomocą 10 wykresów, dla grup IIB i IIC i dla różnych indukcyjności Lo o wartościach: 0,15 mH; 0,5 mH; 1 mH; 2 mH; 5 mH. Charakterystyki mogą być interpolowane i ekstrapolowane. Jeżeli metoda nie daje gwarancji poprawnej weryfikacji, badanie powinna wykonać jednostka certyfikująca.
Charakterystyki zawierają krzywe graniczne dla napięcia Uo i prądu Io oraz zestawy krzywych granicznych dla pojemności wyjściowej Co. Krzywe dla źródeł nieliniowych są narysowane linią ciągłą, a krzywe dla źródeł liniowych linią przerywaną.

Rysunek 4. Weryfikacja iskrobezpieczeństwa wg raportu PTB ThEx-10 

Pierwszym krokiem jest ustalenie nowych wartości Uo i Io związanych z połączeniem źródeł zasilania. Krzywa wypadkowa charakterystyki źródeł nie może przekraczać krzywej granicznej dla źródeł nieliniowych (linia ciągła), a obszar wyznaczony przez wartości maksymalne (Uo i Io) nie może przekraczać krzywej granicznej dla źródeł liniowych (linia przerywana). Maksymalną pojemność Co, wyznacza najniżej położona krzywa (linia ciąga) nieprzecinająca się z krzywą wypadkową charakterystyki źródeł lub najniżej położona krzywa (linia przerywana) znajdująca się powyżej  obszaru wyznaczonego przez wartości maksymalne. Jako wynik końcowy wybiera się niżej leżącą krzywą.

Rysunek 5. Weryfikacja iskrobezpieczeństwa wg raportu PTB ThEx-10 

Metoda ma również swoje ograniczenia i powinna być stosowana do strefy 1 i grup IIC i IIB.

Rysunek 6. Weryfikacja iskrobezpieczeństwa wg raportu PTB ThEx-10

Metoda może być również stosowana w systemach iskrobezpiecznych o liniowym źródle zasilania jeżeli obwód zawiera skupione indukcyjności i pojemności.

Montaż instalacji i dobór urządzeń powinien być wykonany przez osoby wykwalifikowane, zgodnie z normą PN-EN 60079-14. Dokumentacje dotyczące doboru, łącznie z charakterystykami urządzeń zabezpieczających powinny być przechowywane łącznie z dokumentacją eksploatacyjną. Kontrole wykonuje się zgodnie z normą PN-EN 60079-17, a remonty i naprawy zgodnie z normą PN-EN 60079-19.

Przykład Dokumentu Opisującego System Iskrobezpieczny

Bibliografia:

1. PN-EN 60079-25:2011 Atmosfery wybuchowe -- Część 25: Systemy iskrobezpieczne
2. PN-EN 60079-11:2012 Atmosfery wybuchowe -- Część 11: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą iskrobezpieczeństwa "i"
3. PN-EN 60079-14:2014-06 Atmosfery wybuchowe -- Część 14: Projektowanie, dobór i montaż instalacji elektrycznych
4. PTB ThEx-10_neu_11
5. Elektropedia (www.elektropedia.org)
6. M. Świerżewski Urządzenia elektryczne w przestrzeniach  zagrożonych wybuchem
7. M. Figiel Wymagania dotyczące zapewnienia iskrobezpieczeństwa systemów sterowania
8. A. Schimmele Verification of intrinsic safety for measurement and control circuits with non-linear sources (Ex-Magazine No. 28/2002)