بریر

فرآیند استفاده از بریرها بر اساس استاندارد 11-IEC60079 و يا استاندارد اروپـايي EN50020 عنوان شــده اســت؛ تجهيزاتي كه در اين استاندارد طراحي و ساخته مي شوند تاییدیه (ia Ex) Safe Intrinsically دريافت مي كنند. اما دلیل استفاده این است که با توجه به نزديك بودن تجهيزات به منطقه خطر، تجهيزات مطابق این استاندارد باید به گونه اي طراحي مي شوند كه در محدوده ولتاژ و جريان بسيار پايين كار كنند و هيچ انرژي اضافه اي در سيستم آزاد نکنند. مدارهايي هم كه اين تجهيزات را به سيستم كنترل وصل مي كنند بايد داراي اين ويژگي ها باشند.

سيستمهاي كنترلی كـــه در منطقه ايمن (Area Safe) نصب شده اند، هيچگونه حفاظتي ندارند و بايد به نحوي از انتقال انرژي اضافي آنها به منطقه خطر جلوگيري شود. بدين منظور جهت جداسازي سيستم كنترل از منطقه خطر، در مسير سيم كشيهاي اتاق كنترل و سايت، تجهيزاتي به نام بریر Barrier (جداكننده) قرار مي دهند.بریر Barrier ميزان انرژي كه از سمت سيستم كنترل به تجهيزات سايت انتقال مي يابد را در حد ايمن نگه مي دارد. و در هنگام وقوع مشكل در مدارات از انتقال انرژي اضافي به مدار جلو گيري مي كند. مدارهايي كه بدين شكل مورد بهره برداري قرار مي گيرند را Circuit Safe Intrinsically، يا مدارهاي ذاتاً ايمن مي نامند.

مدارهاي همراه با ايمني ذاتي (Circuits Safe Intrinsically)

عبارت Safe Intrinsically در حقيقت فناوری كاهـش انرژي در مناطق پرخطر (Area Hazardous) مي باشد، مناطقی كـه احتمال انفجار به دليل آزاد سازي انرژي بصورت گرمايي يـــا الكتريكي در آنها وجود دارد. شكل زیر مثلث انفجار را نمایش مي دهد، حضور هم زمان سه عامل سوخت هوا و انرژي به ميزان مشخص مي تواند باعث انفجار شود. در مناطق پر خطر همچون فیلدهای نفتی و گازی و پتروشيمي اين سه عامل حضور دارند.

تجهيزات الكتريكي كـه جهت نصب در اين سايتها ساخته مي شوند بر اساس استانداردهاي تعريف شده، هر يك به نحوي يكي از اين سه عامل را كنترل مي كنند. بر اساس استاندارد 11-IEC60079 كـــه به تعريف مدارها و تجهيزات Safe Intrinsically مي پردازد، در حقيقت عامل انرژي از اين مثلث حذف مي شود. اين انرژي همانطور كه در شكل زیر نشان داده شده اسـت مي تواند به صورت الكتريكي و يا گرمايي باشد. تجهيزات به گونه اي طراحي مي شوند كه قادر به آزاد سازي انرژي (گرمايي و يا الكتريكي) به ميزاني كه باعث انفجار و آتش سوزي شود، نباشند.

ميزان انرژي گرمايي و الكتريكي براي برخي مواد در جدول زير نشان داده شده است:

مدارهاي I.S یا ذاتا ایمن از سه بخش تشكيل مي شوند، كه اين استاندارد بايد براي هر سه بخش رعايت شوند تا كل مدار ما در ناحيه ايمن قرار گيرد:

• تجهيزاتي كه در منطقه خطر نصب مي شوند. (Field Instrument)
• سيم كشي (Wirings)
• بریر ها (Barriers)

تجهیزات فیلد (Field Instrument)

به همانطور كــه گفته شــد انرژي لازم جهت انفجار، در مناطق پر خطر مي تواند از طريق گرماي سطح بيروني تجهيزات(Surface Temperature) به محيط منتقل شده و باعث آتش سوزي شود. تجهيزات شامل مدارهاي الكتريكي هستند كه اين مدارها هنگام كار گرم مي شوند، و يا قسمتهایي مكانيكي دارند كه در اثر حركت گرما توليد مي کنند، اين گرماي توليد شده به سطح خارجي تجهيز منتقل و آن را گـرم مي كند.

همانطور كه گفته شد گازهاي قابل اشتعال هر يك در دماي مشخصي به انرژي لازم جهت انفجار مي رسند، مطابق استاندارد اروپايي EN50014 شش رنج دمايي براي تجهيزات تعريف مي شود و تجهيزات به گونه اي طراحی مي شوند كه در هنگام كار و يا حادثه، دماي آنها بيشتر از اين رنج تعريف شده نگردد. اين رنج دمايي به شش گروه از T1 تا T6 تقسيم مي شود كه در جدول زیر نشان داده شده است. همانطور كـه در جدول زیر ديده مي شود در استاندارد آمريكايي اين رنج دمايي بـا تفكيك بيشتري بــه كــار مي رود.

مطابق استاندارد اين جدول دما در سطح خارجي تجهيزات اندازه گيري مي شود و ديده مي شود كه هرچه T كد بزرگتر باشد دماي لازم براي انفجار پايين مي آيد. به عنوان مثال در محيطهايي كه گازها و بخارات موجود، در دماي 135 درجه سانتيگراد به انرژي لازم جهت انفجار مي رسند، بايد تجهيزاتي كه در آن محيطها نصب مي شوند با رنج دمايي T4 انتخاب شوند، كه ماكزيمم دماي سطح آنها در حين كار به 135 درجه سانتيگراد خواهد رسيد. در اين محيطها تنها مجاز به نصب تجهيزات با رنج دمايي T4 ، T5 و T6 مي باشيم.

دومين عامل جهت ايجاد انفجار، آزاد سازي انرژي الكتريكي مي باشد. اين انرژي ممكن است از طريق تخليه خازنها و سلفهايموجود در مدار و يا با ايجاد جرقه آزاد شود. هر مداري كه شامل قطعات ذخيره كننده انرژي همچون سلف و خازن باشد، مي تواند اين مشكل را بوجود آورد.

ميزان مقاومت مدار نيز كه محدود كننده جريان آن است بايد مورد توجه قرار گيرد. تجهيزات ابزاردقيقي كه در منطقه خطر نصب مي شوند نيز شامل اينگونه قطعات هستند كه مي بايست به گونه اي طراحي شوند كه در محدوده مجاز انرژي كار كنند. در ادامه به بررسي تاثير هر يك از اين قطعات در مدار مي پردازيم.

مداراهاي خازني

خازنهاي موجود در مدار بـا يــك ولتاژ معين كـه متناسب با اندازه آنها مي باشد شارژ مي شوند، ايـن ولتاژ در هنگام تخليه مي تواند به صورت يك جرقه در محيط ظاهر گردد. همانطور كه در شكل زیر مشاهده مي كنيد اگر كليد باز شود خازن با ولتاژ V شارژ خواهد شد. و انرژي به اندازه فرمول خازن در آن ذخيره خواهد شد. و در اين هنگام اگر كليد بسته شود جرقه در مدار از طريق آزاد سازي اين انرژي ايجاد خواهد شد. اين حالت مانند ايجاد يك اتصال كوتاه در سیم کشی ها مي باشد.

ميزان انرژي كه در اين لحظه آزاد مي شود بر اساس نمودارهايي كه از تست مدارات خازني- مقاومتي به دست مي آيد قابل محاسبه است. در هنگام ساخت تجهيزات Intrinsically Safe مي بايست مطابق اين نمودار، ميزان خازن مدار طوري طراحي گردد كه انرژي آزاد شده آن در هنگام دشارژ باعث انفجار نگردد. يك نمونه اين نمودارها در شكل زیر آورده شده است.

مدارهاي سلفي

انرژي ذخيره شده در سلفها هم مي تواند به صورت انرژي لازم جهت انفجار در محيط آزاد شود. همانطور كه در شكل زیر مشاهده مي كنيد، اگر كليد بسته شود سلف با انرژي که در فرمول سلف است. شارژ خواهد شد در اين لحظه كه سلف شارژ شده اگر كليد باز شود انرژي آن طبیعتا مي خواهد تخليه گردد كه اين مي تواند در مدار ايجاد جرقه كند. اين انرژي بسته به اندازه سلف مي تواند خيلي بزرگ باشد. اين حالت مانند اين است كه سیم کشی هاي ما دفعتا قطع گردد.

انرژي كه در اين لحظه آزاد مي شود بر اساس نمودارهايي كه از تست مدارات سلفي - مقاومتي به دست مي آيد قابل دستيابي است. در هنگام ساخت تجهيزات Intrinsically Safe مي بايست مطابق اين نمودارها ميزان سلف مدار طوري طراحي گردد كه انرژي آزاد شده آن در هنگام دشارژ باعث انفجار نگردد. يك نمونه اين نمودارها در شكل زیر آورده شده، اين نمودار در شرايطي كه ولتاژ مدار 24V مي باشد، رسم شده است.

مدارهاي مقاومتي

ميزان مقاومت مدار همانگونه كه در شكل زیر ملاحظه مي كنيد، تعيين كننده جريان اتصال كوتاه مدار (Isc) است. اين
جريان در ماكزيمم ولتاژ، كه ولتاژ مدار باز (Voc) مي باشد اندازه گيري مي شود. ميزان مقاومت در حقيقت محدود كننده جريان مدار است. و اين جريان بايد از كمترين مقدار لازم جهت وقوع انفجار(Current Ignition Minimum) در يك منطقه كوچكتر باشد.

نمودار ميزان ولتاژ- جريان گازهاي مختلف براي مدارهاي مقاوتي هم قابل دستيابي است. در هنگام ساخت تجهيزات و برقراري مدارهاي Intrinsically Safe مي بايست مطابق اين نمودار ميزان مقاومت مدار طوري تعيين گردد كه ميزان ولتاژ مدار باز، و جريان اتصال كوتاه آن در محدوده ايمن قرار گيرد. نمودار Vocو Isc كه بر اساس ميزان مقاومت مدار رسم شده، در شكل زیر آورده شده است.

نمودار زیر نشان مي دهد كه هر چه ولتاژ اتصال كوتاه كم شود مقدار جريان اتصال كوتاه مي تواند افزايش يابد اگر بخواهيم كه تجهيزات ابزاردقيقي ما در همه مكانها قابل نصب باشند محدوده ولتاژ 30-20 ولت و جريان 125mA-100 مطابق نمودار مناسب خواهد بود.

در مدارهاي فوق تاثير هريك از اين قطعات را به طور جداگانه در نظر گرفتيم، در مدارهاي واقعي همه قطعات همزمان با هم حضور دارند مانند شكل زیر، كه بايد با توجه به تاثير هر قطعه، مدار را به گونه اي طراحي كنيم كه ميزان انرژي آن از حداقل انرژي لازم جهت انفجار در يك منطقه كمتر شود.

بر اساس آنچه تا كنون توضيح داده شد تجهيزات به دو گروه تقسيم مي شوند:

• نمودار Simple : تجهيزاتي كه قطعه ذخيره كننده انرژي در آنها وجود ندارد و يا اگر موجود باشد توان ذخيره انرژي بيش از 2V.1يا 20 (ميلي وات يا 100) ميلي آمپر را ندارد. مانند :كنتاكتها ،ترموكوپلها، مقاوتها و RTD ها. اين تجهيزات نياز به تاييديه I.S ندارند، و بوسيله Barrier ها به سيستم كنترل متصل مي شوند در اينصورت كل مدار در مجموعه Intrinsically Safe Circuit قرار مي گيرد.
• نمودار Complex : تجهيزاتي كه قطعه ذخيره كننده انرژي در آنها وجود دارد، و انرژي ذخيره شده در آنها به حدي مي رسد كــه در صورت آزادسازي در مــدار و يـا وقوع جرقه ايجاد اشتعال نمايد.
  مانند: ترانسميترها و Transducer ها P/I آی تو پی Converter، پراكسي سوييچ ها و شیر برقی Valve Solenoid ها. اين تجهيزات نياز به تاييديه S.I دارند. بــراي اينكه موفق بــه اخذ تاييديه شوند بــايــد مقدار مــاكزيمم ولتاژ و جريان كاري، و مقدار سلف و خازن ورودي هر تجهيز (Li, Ci, Ii, Vi) توسط سازنده آن مشخص گردد. كه اين مقادير بايد با نمودارهاي مربوطه كه براي مناطق و گازهاي مختلف رسم مي شود مطابقت داشته باشد. چنانچه اين تجهيزات در مدار كمي بيشتر از اين ولتاژ و جريان به آنها اعمال شده است نصب شوند، ممكن است باعث وقوع انفجار گردند. مقدار سلف و خازن داخلي تجهيز هم مشخص مي كند كه تجهيز چقدر توان ذخيره انرژي را خواهد داشت.

سیم كشي ها

كابلها به عنوان منابع ذخيره كننده انرژي شناخته مي شوند و مطابق شكل زیر هم خاصيت سلفي دارند و هم خاصيت خازني، هم چنين ميزان مقاومت آنها نيز بر كل مقاومت مدار و جريان آن تاثير گذار خواهد بود. مقادير اين پارامترها به نحوي با طول كابل متناسب مي باشند. با توجه به اينكه تجهيزات با كابلهايي از سايت به بریر ها و از آنجا به سيستم كنترل متصل مي شوند بايد ميزان سلف، خازن و مقاومت كابلها نيز در محاسبات مدارهاي Intrinsically Safe در نظر گرفته شود.

رابطه انرژي خازني كابل، با طول آن در شكل زیر نشان داده شده است، همانطور كه مي بينيد اين انرژي با افزايش طول كابل افزايش مي يابد.

در مورد مقدار انرژي سلفي كابل با طول آن، نمودار شكل زیر را ببينيد. همانطور كه در اين نمودار نشان داده شده است اين انرژي با افزايش طول كابل كاهش مي يابد. در توجيه اين مساله مي توان گفت؛ مقدار انرژي كه يك سلف مي تواند ذخيـره كنـد. برابر است با فرمول انرژی سلف كه I ميزان جرياني است كه در كابل برقرار مي باشد كه متناسب با مقدار مقاومت كابل است. با توجه به اينكه با افزايش طول كابل مقدار مقاومت آن افزايش مي يابد، و مقدار جريان نيز كاهش، در نتيجه ميزان انـرژي ذخيـره شـده در سلف كابل كاهش خواهد يافت كه در نمودار به خوبي مشخص مي باشد. انرژي در نقطه اي ماكزيمم خواهد شد كه مقاومت كابـل با مقاومت منبع برابر باشد.

مقدار خازن كابل با Ccable و بر حسب PF/ft نشان داده مي شود، مقدار سلف كابل نيز بـا Lcable و برحـسب µH/ft و يا در استاندارد اروپايي با رابطه RL و بــر حسب µH/Ω بيان مي شود. در انتها با ارايه چند مثال تاثير هر يك از پارامترهاي كابل بر مدار را بررسي خواهيم كرد.

بریر ها

بریر ها ما بين سيستم كنترل و تجهيزات سايت نصب مي شوند و از انتقال انرژي اضافي سيستم كنترل به منطقه پر خطر (Hazardous Area) جلوگيري مي كنند اين انرژي مي تواند از يك منبع تغذيه آزاد شود و يا در يك خازن يا سلف ذخيره شده باشد. مدارهاي Intrinsically Safe طوري طراحي مي شوند كه در شرايط نرمال، انرژي مدار در حد ايمن باشد. و در صورت وقوع مشكل بریر ها از مدار محافظت كرده و انرژي آنرا كمتر از حد لازم براي انفجار قرار مي دهند.

بریر ها به سه طريق انرژي مدار را در حد مورد نظر حفظ مي كنند، به كمك يك مقاومت (RLim) جريان مدار را در حد جريان اتصال كوتاه محدود مي كنند؛ و به كمك دو عدد ديود زنـر كه به طور موازي قرار گرفته اند تا در صورت سوختن يكي از آنها دومي كار حفاظت را انجام دهد. ولتاژ مدار را در حد ولتاژ مدار باز پايين نگه مي دارند، در مرحله سوم به وسيله يك فيوز، در صورتيكه ديود زنر بسوزد، وارد عمل شده و مدار را متوقف مي كند؛ و اجازه شارژ انرژي اضافي به تجهيزات نصب شده درمنطقه خطر را نمي دهد.

ولتاژ و جريان لازم جهت محدود كردن انرژي انفجار از روي منحني هاي مقاومت، خازن - مقاومت و سلف - مقاومت قابل محاسبه مي باشند. در شكل زیر نمودار مقاومت براي گازهاي قابل انفجار رسم شده اســت به عنوان مثال يك مدار با ولتاژ 30V و جريان 150mA اگر در Gas Group A نصب شود مي تواند باعث انفجار شود لذا ميزان مقاومت اين مدار بايد به گونه اي طراحي شود كه ميزان جريان كمتر از اين مقدار گردد. مدارات I.S هميشه اين انرژي را در سطحي پايين تر از اين نمودار قرار مي دهند.

طراحی اولیه بریر

معرفی

کارخانجات صنعتی شامل چندین قطعه از تجهیزات متصل شده مانند خشک کن ، سیستم های اسپری ، سیکلون ، فیلتر کیسه ، آسیاب و غیره است. ضد انفجار بودن بخش مهمی از طراحی هر سیستم کلی سیستم حفاظت از انفجار کارخانه صنعتی است. بریر جهت جداسازی برای ضد انفجار بودن می باشد و  شامل بریر های تحریک شده و دریچه های پرسرعت نصب شده روی مجاری به هم پیوسته بین اجزای کارخانه فرآیند است. هدف طراحی بریر ایزوله برای ضد انفجار بودن و جلوگیری یا به حداقل رساندن احتمال انفجار در یک قطعه از تجهیزات در امتداد شبکه مجاری به وسایل مجاور کارخانه است.

متون اولیه در این زمینه بر مطالعه ضد انفجار بودن مورد علاقه صنعت معدن متمرکز بود ، به عنوان مثال گرد و غبار ذغال سنگ و گاز متان 5 - 10 است. فقط در 10 سال گذشته است که مجموعه قابل توجهی از مقاله در ارتباط با ضد انفجار بودن در امتداد مجاری یا تجهیزات فرآیند بهم پیوسته مانند نوار نقاله یا پایه آسانسور که در آن سوخت های قابل انفجار صنعتی وجود دارد ، ساخته شده است. لون و همکارانش در HSL برنامه آزمایشی گسترده ای را انجام دادند که روند انفجار های صنعتی بین لوله های بهم پیوسته را کم می کند. این کار با هدایت قطعی در توسعه فشار در لوله های اولیه و ثانویه (متصل) به اوج خود رسید ، اگرچه هیچ نتیجه ای در انتشار شعله در مجرای به هم پیوسته گزارش نشده است. کراوهرست همچنین فشار های ایجاد شده هنگام رخداد انفجار های گرد و غبار از طریق مجاری را مطالعه کرد. Degeest نتایج مربوط به شتاب شعله در مخازن و لوله های کشیده را ارائه داد. Chatrathi و Going و همکاران نتایج مربوط به گازهای خطرناک و همچنین انفجار غبار فلز  را در لوله ها منتشر کرده اند. یکی از جدیدترین و جامع ترین مطالعات انتشار انفجار بین لوله های بهم پیوسته ، تحقیقاتی است که توسط Forschungsgesellschaft Arbeitsmedizin (FSA) در محل آزمایش خود در Kappelrodeck انجام شد. این محققان نتایج را با استفاده از چندین اندازه مختلف لوله و مجاری با هر دو نوع سوخت پروپان و ذرت گزارش می دهند. با این حال ، جدا از یک مقاله عمومی ، هیچ راهنمایی دقیق در مورد چگونگی استفاده از این مجموعه داده های تجربی به عنوان پایه ای برای طراحی ، به ویژه قرار دادن ، موانع جداسازی انفجار وجود ندارد.

اصول اولیه

طراحی سیستم های جداسازی انفجار نیاز به درک اساسی از روند زمانی وقایع مربوطه دارد. این اصول در زیر شرح داده شده است. آنها توسط نویسندگان درگیر یک ابزار مدل سازی ، SmartISTM ، برای طراحی موانع جداسازی انفجار شده اند. عملکرد موفقیت آمیز مانع ، که می تواند یک شیر سریع عمل کند و یا یک مانع سرکوب کننده ، نیاز به ایجاد مانع برای جلوگیری از پیشرفت شعله قبل از رسیدن شعله در موقعیت مانع دارد. از نظر ریاضی ، می توانیم این را به صورت زیر بیان کنیم:

جایی که ta زمان اشتعال در هنگام تشخیص انفجار است ، زمان (همچنین از اشتعال) که شعله وارد مجرا می شود ، tb  زمان لازم برای بریر داده شده پس از شناسایی انفجار توسط ردیاب است ، و td زمان لازم برای شعله برای عبور مسافت d از مجرا تا موقعیت بریر می باشد.

واضح است که tb یک پارامتر شناخته شده است ، زیرا فقط به سخت افزار خاص بریر انتخاب شده و به قطر کانال بستگی دارد. برای دریچه های سریع عمل ، tb  زمان تعیین شده آزمایشی برای بسته شدن شیر است و به طور کلی ، هرچه قطر کانال بیشتر باشد ، این مدت زمان بیشتر خواهد بود. برای بریر های مهار کننده ، tb  زمانی است که ابر سرکوبگر تخلیه شده باید عرض کانال را عبور داده و غلظت خاموش کننده کافی را برای جلوگیری از انتشار شعله ایجاد کند. باز هم ، این یک پارامتر تجربی تعیین شده است و به طور کلی ، هرچه قطر کانال بیشتر باشد ، این مدت زمان بیشتر خواهد بود. سایر فاکتور های مربوطه که بر زمان استقرار بریر مهارکننده ، tb  تأثیر می گذارند ، فشار عامل رانش و نحوه نصب مهار کننده بر روی کانال است. استفاده از شلنگ یا زانو منجر به افزایش tb می شود. توجه داشته باشید که در برنامه هایی که یک شناور بهم پیوسته برای مهار انفجار یا تخلیه انفجار طراحی شده است ، بریر مهار کننده باید برای مدت زمان وقوع انفجار پایدار باشد.

زمان تشخیصta  ، به نوع دستگاه تشخیص انفجار استفاده شده بستگی دارد. آشکارساز های فشار (آستانه یا سرعت افزایش) معمولاً  روی مخزن محافظت شده نصب می شوند ، در حالی که آشکارساز های شعله معمولاً روی مجرا ، نزدیک محل اتصال با منبع نصب می شوند. برای آشکارساز های فشار ، زمان تشخیص ta  به حجم و شکل مخزن منبع ، پارامتر های ذاتی قابل انفجار سوخت ، غلظت واقعی سوخت در مخزن و توزیع آن و شرایط اولیه دما و فشار ، غلظت اکسیژن و نوسان این موارد بستگی دارد. برای آشکارساز های شعله نوری ، هنگامی که شعله وارد مجرا می شود و به میدان دید حسگر شعله می رسد ، تشخیص صورت می گیرد. این زمان ، te ، به همان پارامتر های ta بستگی دارد ، اما علاوه بر این ، به محل اشتعال نسبت به دهانه مجرا و هر جریان سیال فرآیند نیز بستگی دارد. هر دو این زمان ها را می توان با استفاده از مدل های استاندارد توسعه انفجار محاسبه کرد.

زمان انتشار شعله ، td  به اندازه مجرا ، محل بریر ، جریان سیال فرآیند و سرعت شعله در کانال بستگی دارد. بنابراین ، یک ابزار مدل سازی برای تعیین یک مکان امن برای یک بریر جداسازی باید مقدار فاصله d را محاسبه کند ، به طوری که معادله پایین فقط برآورده شود. این مقدار حداقل فاصله بریر ، است.

Siwek و Moore22 سرعت آنی جبهه شعله ، vff را به عنوان مجموع سه سرعت جزء تعریف کرده اند:

• vair سرعت توده هوایی است که قبل از شروع انفجار وجود دارد. توجه داشته باشید که این امر بسته به ماهیت دقیق فرآیند در نظر گرفته شده می تواند مثبت (جریان به دور از مخزن) یا منفی (جریان به داخل مخزن) باشد. بدیهی است که مورد دوم مانع انتشار شعله به دور از مخزن خواهد شد. با این حال ، این احتمال وجود دارد که ، در برهه ای از زمان ، فشار انفجار در حال گسترش در لوله بر این روند جریان هوا غلبه کند.
• vp به دلیل فشار فزاینده در مخزن منبع حاصل از انفجار در حال رشد ، مولفه شمع فشار لحظه ای است.
• vf مولفه سرعت شعله لحظه ای است یعنی حرکت شعله از طریق هوا (در حال حرکت) و شتاب آن به دلیل نوسان و کشش شعله در کانال می باشد.

انواع بریر ها

بریر زنر: معروف به بریر هاي پسيو مي باشند كه نياز به تغذيه ندارند. بوسيله مقاومت جريان مدار را در حد مجاز نگه مي دارند به كمك ديود زنر ولتاژ مدار را در حد رضايت بخش حفظ مي كنند.  در دو مدل موجود مي باشند با دو ديود زنر موازي مخصوص نصب در مدار تجهيزات نصب شده در 2,Zone1 و يا بریر با سه ديود زنر موازي و با حفاظت بيشتر مخصوص نصب در مدار تجهيزات نصب شده در Zone0 شماتيك اين مدل در شكل زیر نشان داده شده است.

در اين بریر ها ولتاژ اضافي از طريق زنر به زمين منتقل مي شود. لذا نياز به اتصال زمين دارند. مقدار مقاومت زمين بايد در حد 1 اهم باشد و بریر بايد مستقيما به زمين وصل شود. در شكل زیر نحوه اتصال به زمين يك بریر زنر نشان داده شده است.

بریر ایزوله: بوسيله ترانس، رله و يا اپتوكوپلر سيستم كنترل را از مدار ايزوله مي كنند. نياز به تغذيه دارند و تجهيز تغذيه خـــود را از طريق بریر تـامين می كــنـيد امــــا بــه زمين نياز نــدارند. معروف به بریر Active مي باشند. شماتيك اين مدل در شكل زیر نشان داده شده است.

بریر پپرل فوکس

بریر های ایمنی ذاتی پپرل فوکس Pepperl+Fuchs انرژی موجود در مدار را محدود می کند و مناطق خطرناک را از انرژی اضافی محافظت می کند. با محدود کردن انرژی به سطح ایمن، مدارهای ذاتی ایمن از احتراق جوهای احتمالی انفجاری جلوگیری می کنند. این امر تعمیر و نگهداری مدارهای Ex i را ساده می کند. پپرل فوکس Pepperl+Fuchs انواع بریر ایمنی ذاتی را برای نیازهای مختلف ارائه می دهد. بین بریر های ایزوله و بریر های زنر که انتقال ایمن سیگنال را در مناطق خطرناک تضمین می کنند، می توانید بر حسب نیاز انتخاب کنید.

بریر ایزوله پپرل فوکس

بریر ایمنی ذاتی هسته اصلی سبد محصولات پپرل فوکس Pepperl+Fuchs است. پپرل فوکس گسترده ترین انتخاب محصولات را برای محافظت از سیگنال های الکتریکی واقع در مناطق خطرناک ارائه می دهد. این ماژول های ایمنی ذاتی ویژگی های محدود کننده انرژی یک بریر زنر را با خاصیت ایزوله سازی گالوانیک ترکیب می کنند. شرکت پپرل فوکس Pepperl+Fuchs سیستم هایی را برای کاربردها و نصب های مختلف ارائه می دهد.

بریر پپرل فوکس سری K-system

بریر پپرل فوکس سری K-System با حل طیف وسیعی از برنامه ها در یک سیستم، انتقال سیگنال مطمئن و اقتصادی بین دستگاه فیلد شما و سیستم کنترل را تضمین می کند. این که آیا برنامه های شما شامل یک ماژول جدا کننده منفرد یا یکپارچه سازی سیستم در مقیاس بزرگ است، راه حل های برنامه محور کل طیف محصولات بریر پپرل فوکس سری K-System را مشخص می کنند.
نمونه محصولات پپرل فوکس از این سری از بریر ها
بریر پپرل فوکس سری K-System طیف گسترده ای از ماژول های رابط ایمنی ذاتی را برای بسیاری از سیگنال ها و برنامه ها ارائه می دهد. از مقره های ساده گرفته تا ماژول های بسیار کاربردی.
انتقال توان از طریق ریل
ریل انتقال توان در بریر پپرل فوکس یک انتقال دهنده در نمای ریل استاندارد 35 میلی متری DIN است. هنگام نصب بر روی ریل DIN، واحدها به سادگی در جای خود قرار می گیرند. ریل انتقال توان ماژول ها را از طریق برق تأمین می کند و مسیری را برای پیام خطای جمعی از ایزولاتور های جداگانه فراهم می کند. ریل انتقال توان پپرل فوکس هزینه های سیم کشی و تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد زیرا نیازی به زنجیر چرخاندن سیم ها نیست. همچنین گسترش مدار را ساده می کند. هنگامی که آماده اضافه شدن به سیستم خود هستید، فقط در یک ماژول جدید ضربه بزنید.
استانداردهای ایمنی بین المللی
رتبه بندی SIL بدون پرداخت هزینه اضافی در دسترس است.
پیکره بندی آسان بریر پپرل فوکس
با استفاده از ابزار نرم افزاری قدرتمند ما PACTware، ایجاد اسناد پروژه آسان تر است و ماژول های رابط بسیار کاربردی به راحتی پیکربندی می شوند.

بریر پپرل فوکس سری H-System

بریر پپرل فوکس سری H-System یک راه حل رابط مبتنی بر صفحه خاتمه با سیم کشی ثابت است. ماژول ها بدون تلاش سیم کشی می توانند بدون ابزار نصب شده و در حین کار جایگزین شوند.

برد های انتهایی پپرل فوکس

راه حل های بهینه شده و آزمایش شده برای بسیاری از سیستم های کنترل قابل دستیابی است. نسخه هایی با طراحی جهانی در دسترس هستند، یا با ترمینال هایی برای تماس با یکدیگر و یا با sub-D-connectors برای انطباق کنترل کابل های خاص سیستم وجود دارند.

ماژول پپرل فوکس

نمونه کارها ماژول پپرل فوکس سری H-System شامل نسخه های HiC با عرض 12 میلی متر است. ماژول های HiD با عرض 18 میلی متر بیشترین تراکم را با توجه به سیستم های مبتنی بر برد انتهایی ارائه می دهند.

بریر زنر پپرل فوکس

بریر زنر-صرفه جویی در هزینه و محافظت از نصب آسان

بریر زنر پپرل فوکس موجب صرفه جویی در هزینه های قبلی می شود، برای کاربردهای مختلف در سیستم های اتوماسیون فرآیند قابل استفاده است. مقدار انرژی منتقل شده به مکان خطرناک محدود به سطح ایمنی است که قادر به اشتعال جو انفجاری نیست.
بریر زنر پپرل فوکس سری Z-System Pepperl+Fuchs مستقیماً روی ریل 35 میلی متری DIN-Rail نصب می شوند. از طریق لوازم جانبی، زمین مورد نیاز را می توان مستقیماً روی ریل DIN نصب کرد.
▪️نصب سریع روی ریل DIN
▪️اتصال مستقیم به ریل DIN
▪️جداسازی حلقه فیلد با حذف فیوز
بریر زنر پپرل فوکس سری Z-System با تراکم بالا تا 2 کانال و عرض 12،5 میلی متر در دسترس هستند. انواع مختلفی که دارای فیوزهای قابل تعویض میدانی هستند، بدون تداخل در سیم کشی، وسیله ای مناسب برای قطع و یا باز کردن حلقه ابزار فراهم می کند و عملیات راه اندازی و نگهداری را بسیار آسان می کند.

نصب سیستم IS به بریر یا دستگاه همراه

نصب سیستم IS به یک بریر یا رابط دستگاه همراه بین دستگاه اصلی و تجهیزات اتاق کنترل نیاز دارد. عملکرد آن محدود کردن انرژی در منطقه خطرناک است به گونه ای که حتی در شرایط خطا نیز نمی تواند انرژی الکتریکی یا حرارتی کافی توسط دستگاه آزاد شود تا محیط انفجاری را شعله ور کند. آنها برای اتصال به دستگاه های ساده یا IS طراحی شده اند و باید گواهی شوند. دو نوع بریر وجود دارد که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند و یک روش ترکیبی است که در آن بریر در دستگاه گیرنده قرار می گیرد.

بریر های دیودی دستگاه های غیرفعال ساده ای هستند که از دیودها ، مقاومت ها و فیوزهای زنر تشکیل شده اند و به منظور محدود کردن ولتاژ ، جریان و توان موجود در دستگاه منطقه خطرناک عمل می کنند. این طراحی نیاز به استفاده از اتصال زمینی IS اختصاصی دارد که در کمتر از 1 اهم برقرار باشد و اجازه نمی دهد اتصالات زمینی در دستگاه های اصلی وجود داشته باشد. یک نقطه ضعف معمول استفاده از این روش این است که زمین خاکی مورد نیاز دارای قابلیت رد صدا کم است. این تداخل الکتریکی می تواند اجزای سر و صدا الکتریکی نامشخص و ناخواسته را به مدار اندازه گیری وارد کند و خطاهای اندازه گیری بالقوه قابل توجهی را ایجاد نکند.

بریر های جدا شده دستگاههای فعالی هستند که دارای جداسازی گالوانیک هستند بنابراین نیاز به زمین و محدودیت برای اتصال دستگاههای اصلی را از بین می برند. آنها همچنین ولتاژ بالاتری را به بخش و دستگاه ها می دهند. این بریر ها به توان عملیاتی نیاز دارند و مختص برنامه با مدلهای مختلف مورد نیاز برای کاربردهای مختلف ) RTD ، T / C ، 4-20mA  و غیره( هستند.

SPA2 IS نمونه ای از چنین دستگاهی است که در مسیر هشدار مانع جدا کننده ای ایجاد می کند. این امر باعث کاهش چشمگیر هزینه خرید ، نصب و نگهداری در مقابل رویکردهای سنتی تر می شود که به یک جداگانه یا بریر جداسازی نیاز دارند.

ملاحظات طراحی

همانطور که بحث شد ، پیش فرض یک سیستم ایمن ذاتی این است که هیچ جز ترکیبی از اجزا وجود ندارد که بتواند انرژی الکتریکی یا حرارتی کافی را آزاد کند تا باعث انفجار در منطقه خطرناک یا در شرایط عادی یا خطا شود. برای دستیابی به این هدف باید ویژگی های ذخیره و انتشار انرژی همه اجزا تعریف و در طراحی سیستم گنجانده شود.

اگرچه این کار به نظر یک کار دلهره آور است ، اما در عمل نسبتاً ساده است. سازنده هر قطعه باید یک سند گواهینامه (یا برگه داده) ارائه دهد که ولتاژ قطعی ، جریان ، توان ، القایی و خازنی متناسب با برنامه را لیست کند. این پارامترهای موجودیت نامیده می شوند. به عنوان مثال ، ظرفیت ترانسمیتر و کابل خروجی آن نباید از مقدار مجاز مشخص شده توسط دستگاه مرتبط (مانع) در منطقه امن فراتر رود. این یک محاسبه ساده A + B ≤ C برای ظرفیت (C) و القا (L) ترانسمیتر و کابل است. و علاوه بر این ، ولتاژ خروجی مانع باید کمتر از حداکثر مجاز توسط ترانسمیتر باشد و به همین ترتیب جریان خروجی مانع باید کمتر از مقدار مجاز توسط ترانسمیتر باشد.

مقادیر ترکیبی ظرفیت و القا برای یک ترانسمیتر معمولی و 400 متر کابل به مراتب کمتر از حداکثر مجاز برای یک بریر معمولی یا دستگاه IS مرتبط است. مشخصات ولتاژ ، جریان و توان یک دستگاه متناوب IS مرتبط (مانع) توسط طراحی فروشنده به تعداد قابل قبول برای برنامه مورد نظر محدود می شود. به عنوان مثال برای یک بریر ترانسمیتر ، حداکثر ولتاژ ، معمولاً کمتر از 30Vdc و حداکثر جریان ، کمتر از 100mA است.

برای تأیید نصب ، یک سند ارزیابی سیستم بر اساس پارامتر های موجودیت هر مولفه و تأیید صحت انجام می شود تا اطمینان حاصل شود که تمام مقادیر سیستم در حد مجاز است.

ملاحظات نصب و نگهداری

یکی از مزایای نصب IS این است که ، به دلیل کم بودن توان ، می توان از کابل های ابزار معمول برای مدارهای IS استفاده کرد. نگهداری و کالیبراسیون تجهیزات مربوطه همچنین می تواند در حالی که کارخانه کار می کند و مدار در منطقه خطرناک "فعال" است ، انجام شود.

یک تصمیم کلیدی در طراحی که می تواند تأثیر قابل توجهی در هزینه نصب و نگهداری سیستم IS نداشته باشد ، انتخاب بریر ها است. در حالی که بریر نسبت به بریر های فعال جدا از قیمت کمتری برخوردار هستند ، آنها به یک فیلد مجزا ، تمیز و با یکپارچگی بالا احتیاج دارند که دارای هزینه های نگهداری و پتانسیل بالایی برای مسائل مربوط به سر و صدای برق است. یک بریر جدا شده اغلب گزینه بهتری است اما باید هزینه ، تعمیر و نگهداری و فضای کابین منبع تغذیه بریر را نیز در نظر گرفت. این ممکن است شامل سیستم های زائد نیز باشد ، زیرا منابع تغذیه معمولاً بالاترین میزان خرابی را دارند و می توانند به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان سیستم را کاهش دهند. این بیشتر به فضای مورد نیاز کابین و ملاحظات اتلاف حرارت یا خنک سازی در کابین های بریر شما می افزاید. اغلب هزینه اضافی بریر های جدا شده و منابع تغذیه بیشتر از خود ابزارهای نصب است.

استفاده از دستگاه های مرتبط که اغلب نادیده گرفته می شوند. اینها نقش دوگانه ترانسمیتر / ترکیب بریر ایزوله را در یک بسته ارائه می دهند که می تواند با کاهش تعداد اجزای مورد نیاز ، منبع تغذیه ، فضای کابین ، خاتمه سیم کشی ، نیروی کار نصب و نیازهای موجود ، صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ایجاد کند. صرفه جویی در هزینه با کاهش موجودی قطعات یدکی ، خرابی مرتبط با تعمیر و نگهداری و مشکلات مربوط به راه اندازی مجدد فرآیند ادامه دارد.

نتیجه

سیستم های ذاتی ایمن در صنعت کنترل فرآیند شیوع بیشتری پیدا کرده و برخی از مزایا را نسبت به سیستم های ضد انفجار در هنگام استفاده برای ابزار دقیق ارائه می دهند. از آنجا که انرژی محدود است ، می توان از روش های سیم کشی هدف کلی استفاده کرد (بدون استفاده از مجرای صلب ، ریختن مهر و موم یا محفظه های خاص مورد نیاز است). همچنین تجهیزات می توانند بدون نیاز به خاموش کردن حلقه ها یا خاموش کردن فرآیند ، تعویض و نگهداری شوند.

با این حال ، یک عیب هزینه های نصب و نگهداری از موانع IS مورد نیاز است. در صورت استفاده از دستگاه همراه مانند SPA2 IS ، بسیاری از این هزینه ها ، البته نه همه ، به شدت کاهش می یابد. از آنجا که دستگاه همراه شامل بریر در دستگاه گیرنده است ، دیگر نیازی به هزینه اضافی مانع ، فضای کابین ، اتصال زمین با یکپارچگی بالا ، منبع تغذیه جداگانه یا فروشنده سفارشی نیست.

دستگاه همراه یک راه حل داخلی را ارائه می دهد که مقرون به صرفه ترین و ایمن ترین راه حل IS موجود است.

استانداردهای مربوطه و مطالعه بیشتر:

• صفحه داده های SPA2 IS
• NEC 2014 National Electric Code ANSI / NFPA 70 Article 500-505
• ANSI / ISA-RP12.06.01-2003 تمرین توصیه شده برای روش های سیم کشی برای مکان های خطرناک (طبقه بندی شده) ابزار دقیق مکان 1: ایمنی ذاتی
• ANSI / ISA 60079-11 (12.02.01) -2009 محیط های قابل اشتعال و قابل انفجار: حفاظت از تجهیزات توسط ایمنی ذاتی ”i”
• IEC 60079-10-1 Ed 2.0 2015 Atmospheres Atmospheres - Part 10-1: طبقه بندی مناطق بر اساس محیط های با گاز های منفجره
• IEC 60079-11 Ed 6.0 2011-07 Atmospheres Atmospheres : حفاظت از تجهیزات توسط ایمنی ذاتی "i"
• FM 3610 2010 ذاتاً ایمن در مکان های خطرناک است

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.