Что такое zener barrier
Искробезопасный искрозащитный барьер Зенера GEORGIN BZG
Диод Зенера — это сопутствующее оборудование, устанавливаемое в безопасной зоне. Это устройство ограничивает количество энергии, образующееся в электрической цепи, проходящей через потенциально опасную зону, несмотря на то, что подключение осуществляется до диода. Барьерное устройство состоит из:
Как любое потенциально безопасное оборудование, барьерное устройство с диодами Зенера допускает возможность короткого замыкания между кабелями или между кабелем и металлическими заземленными предметами, не создавая потенциально опасных ситуаций.
Режим обеспечения интерфейса для барьерных устройств на основе диодов Зенера отличается от режима обеспечения интерфейса для других устройств, поскольку в данном случае отсутствует гальваническая развязка.
Таким образом, кабели, проходящие через потенциально опасную зону, должны использовать общее оборудование с кабелями безопасной зоны. Выполнение данного требования предполагает наличие эквипотенциального заземления.
Искробезопасные барьеры Georgin BZG имеют три основные функции:
Измеряемым значением функции передачи сигнального тока является ток. Барьерное устройство является частью контура, подключенного к источнику тока. Защитные диоды барьерного устройства не должны обладать проводимостью. Барьерное устройство создает дополнительное сопротивление, которое не должно приводить к превышению допустимого сопротивления контура.
Характеристики*
Принцип работы искрозащитного барьера Зенера
Искрозащитный барьер Зенера предназначен для ограничения энергии, которая может возникнуть в опасной зоне, независимо от типа соединения, установленного ранее.
Барьер имеет катушки сопротивления для ограничения силы тока, диоды Зенера для ограничения напряжения и предохранитель для защиты данных компонентов.
Интерфейс искрозащитного барьера Зенера отличается от других способов, т.к. в данном случае отсутствует гальваническая изоляция: кабели, проходящие в опасной и безопасной зоне, имеют одинаковые свойства.
Это предполагает малое сопротивление и одинаковый потенциал наземного монтажа барьера.
Интерфейс продукции ATEX:
Пример применения:
Согласно директиве ЕС 1999-92, соответствие безопасности системы должно быть подтверждено соответствующим расчетом цикла.
Зенеровский барьер
.jpg/220px-Zenerova_bari%C3%A9ra_(01).jpg "Что такое zener barrier. Смотреть фото Что такое zener barrier. Смотреть картинку Что такое zener barrier. Картинка про Что такое zener barrier. Фото Что такое zener barrier")
Оглавление
заявление
Технический
При проектировании схемы и отдельных компонентов необходимо учитывать возможные ошибки. Это означает, что необходимо учитывать возможность выхода из строя компонента или чрезмерного напряжения подключения. Z. Б. в том, что стабилитрон устанавливается два-три раза параллельно. Эта избыточность снижает риск возгорания цепи в случае отказа. Кроме того, размеры компонентов в несколько раз превышают их допустимую нагрузку. При этом необходимо взвесить риск взрыва, т.е. ЧАС. Чем больше вероятность наличия взрывоопасной атмосферы в непосредственной близости от цепи, тем выше риск взрыва. Устройства также должны быть безнадежными, чтобы неквалифицированный обслуживающий персонал не представлял опасности. Этого можно добиться z. B. корпусами, которые нельзя открыть неразрушающим способом или заливкой цепи.
Юридический
Для приложений с барьерами Зенера при выборе необходимо соблюдать все правила инженерной осторожности. С одной стороны, слишком высокое входное напряжение в безопасной зоне приводит к разрушению оборудования, что не влечет за собой никаких рисков, связанных с безопасностью. С другой стороны, с точки зрения искробезопасности, необходимо проверить, совместимо ли выбранное оборудование с выбранным барьером Зенера, поскольку воспламеняемые значения могут быть достигнуты для напряжения, тока или энергии, особенно при соединении между собой различного активного оборудования, которое представляет собой риск, связанный с безопасностью. Специальные стандарты касаются оценки взаимосвязи цепей и искробезопасных систем. Ссылка сделана на DIN EN 60079-14 (требования к установке, VDE 0165, часть 1) и DIN EN 60079-25 (искробезопасные системы, доказательство искробезопасности).
Описание функции
Если напряжение между клеммами 1 и 2 поднимается выше напряжения пробоя стабилитрона из-за неисправности в шкафу управления, он становится проводящим. Ток через стабилитрон перегорает предохранитель F1. Это отделяет искробезопасную цепь на клемме 3 от недопустимого перенапряжения и исключает опасность взрыва из-за искр.
Клеммы 2 и 4 заземлены вместе, поэтому они никогда не могут подвергаться недопустимо высокому напряжению.
Стабилитрон в показанной конструкции подходит только для приложений, в которых на клемму 1 всегда подается положительное напряжение: стабилитрон должен работать в обратном направлении во время нормальной работы.
Проблемы
При планировании или использовании барьеров Зенера необходимо учитывать следующие моменты:
Барьер Зенера
В данном разделе показана типовая схема барьера Зенера для использования его в искробезопасных цепях сигнализаторов E2S.
Схемы, представленные в данной главе, предназначены только для наглядности. Монтаж и незначительные элементы могут быть опущены для ясности.
Пожалуйста, перед использованием продукции E2S обратитесь к соответствующему сертификату.
Как и вся продукция E2S, звуковые сигнализаторы и маяки имеют одинаковые параметры в различных схемах (в том числе и в искробезопасных цепях). Данные примеры показывают, как можно заменить IS-мини на IS-A105N и IS-L101L или их комбинацию. Для получения более подробной информации, обращайтесь в компанию E2S.
Так размещают все искробезопасные сигнализаторы E2S
Для упрощения чертежей ограничительный диод по напряжению не показан.
Сигнализатор переключается на 2й звуковой сигнал с помощью контакта на 0В. Безопасность обеспечивает диодный барьер.
По аналогии с первой схемой, при добавлении тех же элементов (трехкаскадный барьер) получим 3й звуковой сигнал сигнализатора.
Звуковой сигнализатор и маяк-MC1 или комбинация IS-105N и IS-L101 может запускаться от однокаскадного барьера на стабилитронах. Аналогичным образом IS-mA1 плюс IS-mb1 могут быть запущены с однокаскадного барьера на стабилитронах.
Для независимого управления по двойному каналу используем двойной барьер Зенера
С возможностью переключения на 2й звуковой сигнал. Схема может быть расширена с помощью 2го питания и диодного барьера на стабилитронах для переключения на 3-й звуковой сигнал (не показано).
Объединенный сигнализатор IS-A105N / IS-L101L имеет возможность отключения звука при помощи реле отключения звукового сигнала.
Многие схемы используют ослабляющие сигналы, такие как открытый коллектор и объединенные выходы эммитера. В таком случае общая подача энергии будет осуществляться через диодный барьер.
Простой пример на выключение:
Добавление еще одного диода дает второй звуковой сигнал
Принцип действия барьеров искробезопасности с гальванической развязкой
Барьеры искрозащиты с гальванической развязкой – это активные барьеры с гальваническим разделением искроопасных и искробезопасных цепей.
Устройство и работу таких барьеров рассмотрим на примере ЭнИ-БИС-301-Ех-AI, предназначенного для подключения пассивных датчиков с выходным унифицированным токовым сигналом 4…20 мА (искробезопасная цепь), расположенных во взрывоопасной зоне, и преобразования данного сигнала в выходные сигналы 0…5, 0…20 или 4…20 мА (искроопасная цепь).
Барьер искробезопасности передает токовый сигнал из взрывоопасной зоны во взрывобезопасную.
Встроенный импульсный источник питает входные и выходные цепи барьера. Наличие гальванической развязки цепей снимает необходимость заземления прибора.
Рисунок 1 — Работа барьера в штатном режиме
Барьер искрозащиты состоит из следующих узлов (рисунок 1):
Работа барьера при возникновении внештатной ситуации (попадания на вход барьера искроопасного напряжения) представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Работа барьера в аварийном режиме
При возникновении аварийной ситуации по выходной цепи или цепи питания (в данном примере попадание высокого напряжения по цепи питания) гальваническая развязка (трансформатор T и оптопара AD) препятствуют прохождению высокого напряжения в искробезопасную цепь.
При возникновении аварийной ситуации в блоках 6 и 4 шунт-диодный барьер искрозащиты препятствует передачи во взрывоопасную зону опасного напряжения. Принцип действия шунт-диодный барьера подробно изложен в здесь.
Модельный ряд барьеров искрозащиты с гальванической развязкой производства ООО «Энергия-Источник»
Искробезопасная цепь Ех
RS-422, RS-485
RS-422, RS-485
Наши специалисты по техподдержке готовы ответить на ваши вопросы и подобрать для вас барьер искробезопасности.
Обращайтесь по:
телефону (351) 751-23-42
Viber, WhatsApp: +7(922)011-41-53
ООО «СиБ Контролс»
Вид взрывозащиты искробезопасная цепь
ГОСТ Р 51330.10-99 (МЭК 60079-11-99) «Электрооборудование взрывозащищенное, Часть 11, Искробезопасная цепь I».
Искробезопасная цепь является единственной концепцией взрывозащиты, приборы с которой можно использовать в Зоне 0. Являясь самой безопасной формой защиты (категория «ia»), данная концепция предлагает более высокий уровень обеспечения безопасности, чем другие концепции защиты.
Обеспечение искробезопасности достигается путем поддержания электрической энергии проходящей или сохраняющейся в защищенном приборе на уровне недостаточном для воспламенения окружающей взрывоопасной атмосферы, даже при условиях неисправности прибора.
Энергия, которую необходимо учитывать при разработке системы защиты искробезопасная цепь, является минимальной энергией воспламенения смеси газа/воздуха и испарений/воздуха. Таковой является наименьший уровень электрической энергии остающейся при разрядке конденсатора, и которой может по-прежнему быть достаточно для воспламенения самой взрывоопасной смеси газа или испарений и воздуха при атмосферном давлении и температуре 20°С. Кривые, указывающие на пределы воспламенения для различных подгрупп газа определяются с помощью экспериментального прибора для определения энергии искры.
Также, при рассмотрении энергии, сохраняющейся в цепи необходимо учитывать такие факторы как, например, ёмкость или индуктивность. В случае короткого замыкания, данная энергия может освободиться дополнительно к энергии из взаимодействующего прибора.
Искробезопасные цепи используются в следующих случаях:
Искробезопасное оборудование относится к группе оборудования II, категориям 1G (ia) EPL Ga или 2G (ib) EPL Gb или 3G (ic) EPL Gc.
Исходя из данного метода, с помощью которого обеспечивается искробезопасность, необходимо учитывать, что не только тот электрический прибор, который находится во взрывоопасной атмосфере подвергается её воздействию, но так же и другой электрический прибор с которым он взаимосвязан, сконструирован соответствующим образом и подходит для данного вида защиты.
В зависимости от конструкции и цели использования, если питание поступает от соответствующего прибора, установленного в безопасной зоне (взаимодействующий прибор) он не образует воспламеняющей дуги, искр или горячих поверхностей, как при нормальных режимах работы, так и при аварийных режимах в цепях и компонентах этих цепей, а также в соединяющих эти цепи кабелях.
Простой прибор.
Это компоненты электрооборудования в простом исполнении, которые совместимы с искробезопасной цепью. Например:
Взаимодействующий прибор.
Взаимодействующий прибор не предназначен для установки в опасных зонах, но определяет мощность источника и энергию (напряжение, ток) на входе к искрозащищённым приборам. Данные приборы предназначены для того, чтобы даже при появлении неисправности, безопасные уровни энергии (напряжение, ток) не были превышены.
Маркировка взаимодействующего прибора согласно МЭК.
Если взаимодействующий прибор подходит для установки в опасной зоне и устройство понижения энергии находится внутри самого прибора или устройства, который(-ое) установлен(-но) в опасноей зоне, то символы типа защиты по искробезопасности должны быть указаны в квадратных скобках, например: Ex d[ia] IIС T4 Gb.
Пример:
Если Группа газов взаимодействующего прибора отличается от Группы газов самого прибора, то Группа газа взаимодействующего прибора должна также быть включена в квадратные скобки, например: Ex d [ia IIС Ga] IIB T4 Gb.
Если прибор подходит для установки в опасной зоне и устройство понижения энергии находится за пределами опасной зоны, то символы типа защиты не заключают в квадратные скобки, например: Ex d ia IIС Т4 Gb.
Пример:
Если взаимодействующий прибор не подходит для установки в опасной зоне, то символ Ех и символ типа защиты заключают в квадратные скобки, например: [Ex ia Ga] IIС.
Пример:
Если оборудование состоит как из взаимодействующего прибора, так и из искробезопасного прибора и не требует организации пользователем соединения с барьером в безопасной зоне, то маркировка взаимодействующего прибора не должна фигурировать на приборе, если только уровень защиты оборудования (EPL) не имеет разную маркировку, например:
Ex d ib IIС Т4 Gb не применительно для следующего случая: Ex d ib[ib Gb] IIС T4 Gb. Применительно для следующего случая: Ex d ia[ia Ga] IIС Т4 Gb.
Примечание: При использовании взаимодействующего прибора не предназначенного для установки в опасной зоне температурный класс, как правило, не указывается.
| Искробезопасные приборы | Взаимодействующий электрический прибор | |
|---|---|---|
| Содержит только искробезопасные электрические цепи | Содержит оба типа искробезопасные и неискробезопасные электрические цепи | |
| ЕЕх ib IIС Т6 | [ЕЕх ib]IIС Т6 | ЕЕх de [ib] IIС Т6 |
| Указывается вся необходимая информация, такая как категория, группа газа и температурный класс. | Квадратные скобки обозначают, что взаимодействующий прибор имеет искробезопасную цепь, которая может быть установлена в Зоне 1, группа газа IIА, IIВ и IIС. | |
| Данный прибор может быть использован в Зоне 1. | Прибор должен быть установлен вне потенциально взрывоопасного участка. | Прибор может быть использован в Зоне 1 при условии его установки во взрывонепроницаемую оболочку (“d”) |
Категория искробезопасности «ia».
Данная категория является высшей категорией искробезопасности, при примененнии которой разрешено использование искробезопасных электрических цепей прибора в Зоне 0.
Прибор и системы данной категории не должны вызвать воспламенение взрывоопасной атмосферы посредством электрической дуги, искр и горячих поверхностей при нормальном режиме работы даже при одновременном возникновении двух неисправностей.
Необходимо учитывать следующие факторы безопасности:
Фактор безопасности применяется к напряжению, току (или их комбинации в зависимости от ситуации), которые могут в данных условиях вызвать электрическую дугу или искру.
На практике, применение коэффициента безопасности 1.5 к рабочему напряжению означает, что компоненты и соединительные элементы цепи должны работать при использовании не более двух третьих (2/3) от своего соответствующего максимально номинально напряжения, тока и мощности.
В целом, все другие компоненты (такие как резисторы, полупроводники, стабилитроны, конденсаторы) так же подходят для применения к ним номинального фактора безопасности, не смотря на то, что применение такого фактора приводит к снижению уровня безопасности.
Практическим методом получения повышенного уровня безопасности является использование резервных элементов.
Категория искробезопасности «ib».
Искробезопасные цепи в электрических приборах категории «ib» не должны вызывать воспламенение при нормальных условиях эксплуатации при возникновении одной неисправности.
Необходимо учитывать следующие факторы безопасности:
Категория искробезопасности «ic».
Это минимальная категория искробезопасности, допускающая использование искробезопасных цепей в Зоне 2.
Прибор и системы с данной категорией не должны вызывать воспламенение взрывоопасной атмосферы при искрообразовании, дуге или горячих поверхностях, но только при нормальном режиме работы.
Клеммные колодки «Ex i».
Клемные колодки для искрозащищённых цепей считаются простым прибором и, поэтому, для них не требуется сертификация «Ex i». Некоторые клеммные колодки имеют цветовое решение «Ех е», следовательно они имеют сертификацию «Ех е». Согласно с промышленным стандартом клеммы для искробезопасных цепей маркируются голубым цветом.
Требования к кабельным вводам для оборудования «Ex i».
Разрешается использовать несертифицированные кабельные вводы для «Ex i» оборудования. Если оборудование имеет вид защиты «Ex d [i]», то в данном случае для оболочки вида «Ex d» требуются кабельные вводы с видом защиты «Ex d» или «Ex d/e».
Использование искробезопасных систем.
Искробезопасные системы состоят из одного или более устройств сопряжения (барьер Зенера или изоляция), из одной или более единиц полевого оборудования, и взаимосвязанной проводки, где любые цепи, которые искробезопасны и предназначены для использования в потенциально взрывоопасной атмосфере. Для цветовой индикации искробезопасного оборудования преимущественно используется голубой цвет.
Существует два типа устройств сопряжения, а именно барьер Зенера и гальваническая изоляция.
Барьер Зенера.
Данный тип устройства сопряжения широко используется уже долгое время.
Пример устройства барьера:
Плавкий предохранитель ограничивает мощность короткого замыкания, диоды Зенера ограничивают напряжение, а сопротивление ограничивает ток. Барьеры обычно характеризуются следующими параметрами безопасности, например 28 V, 116 mА, 240 Ом, где Uo = 28 V и сопротивление ограничивающее ток 240 Ом.
Диоды Зенера, используемые для ограничения напряжения, также как и другие полупроводниковые компоненты считаются подверженными короткому замыканию и должны быть защищены посредством резервных элементов.
В случае выхода из строя одного диода Зенера, второй диод Зенера должен принять на себя функции первого для обеспечения безопасности при одной неисправности (категория «ib»: один резервный диод Зенера).
В случае выхода из строя двух диодов Зенера, третий стабилитрон должен принять на себя функции двух неисправных для обеспечения безопасности при двух неисправностях (Категория «ia»: два резервных стабилитрона).
Необходимо отметить, что на вышеуказанном рисунке три стабилитрона использованы для создания барьера, обеспечивающего безопасность двойного короткого замыкания (категория «ia»).
Проволочные резисторы для ограничения тока считаются безотказными. Поэтому использование одного такого компонента считается достаточным для надёжной защиты.
Гальваническая развязка.
На следующем рисунке представлена конструкция элемента гальванической развязки:
Часть гальванической изоляции для ограничения действительной мощности содержит все элементы барьера Зенера. Подача питания осуществляется через трансформатор, обратный сигнал может проходить через оптопару, трансформатор или реле. Электрическая цепь, находящаяся в опасном участке, эффективно изолирована от цепи безопасного участка.
Сравнение двух типов интерфейса: Барьера Зенера и гальванической развязки.
Ведутся различные дискуссии о преимуществах и недостатках обоих типов устройств сопряжения. В следующей сравнительной таблице приведены соответствующие характеристики барьера и изолятора. Значимость критериев зависит от типа установки.
| БАРЬЕРЫ ЗЕНЕРА | ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ |
|---|---|
| Простой | Сложный |
| Питание не требуется | Питание требуется |
| Высокая плотность при монтаже | Низкая плотность при монтаже |
| Требуется заземление для обеспечения безопасной работы | Заземление не требуется |
| Опорное напряжение 0V накладываемое на систему | Изоляция между сигналами |
| Не требуется подсоединение экрана в опасных зонах (500 V) | Возможно подсоединение экрана в опасных зонах |
| Точность и линейность (0.1%) | Низкая точность и линейность (0.25%) |
| Низкая стоимость | Высокая стоимость |
| Хорошая частотная характеристика | Ограниченная частотная характеристика |
| Уязвим для грозовых разрядов и других разрядов | Менее уязвим для грозовых разрядов и других разрядов |
Единственное правило, которое применяется в некоторых странах (например, в Германии), что барьеры для обеспечения безопасности не применимы для защиты искробезопасных цепей в Зоне 0. Для Зоны 0 в основном требуется использование устройств гальванической изоляции.
Заземление искробезопасного электрооборудования.
Плохая система заземления может воздействовать на функциональность системы, создавая характерный шум в цепи или искажая сигнал.
На следующем рисунке изображена неправильная система заземления. Несколько точек заземления образуют контуры заземления, которые могут воздействовать на изменение сигналов и вызывать паразитное напряжение в искробезопасных цепях.
Правильный метод заземления указан на следующем рисунке, где все точки заземления связаны с одной точкой в системе.
Техническое обслуживание искробезопасного электрооборудования.
Некоторые работы могут проводиться на оборудовании под напряжением. К таким работам на искрозащищённом оборудовании под напряжением относятся калибровка и настройка приборов, также электрические измерения в цепи с помощью тестера, если только измерительные приборы имеют сертификацию по искрозащите и зона, в которой проводятся работы не содержит газа, а также для неё применяется наряд-допуск на огневые работы.
Не требуется применения специальных правил для искробезопасных систем. Раз в год барьеры должны проверяться на наличие ослабленных соединений и на заземляющем проводнике должно быть сопротивление менее 1-го Ома, а также сами барьеры должны быть сухими и чистыми.
Должна проводиться проверка шкафов и кабелей на предмет соблюдения безопасных расстояний между цепями. Никогда не проверяйте барьер омметром или другим контрольным прибором, пока прибор подсоединён к цепи. В данном случае нарушается защита барьера и Ваши действия могут вызвать опасное напряжение на стороне искробезопасного прибора во взрывоопасной зоне.
Барьер никогда нельзя тестировать при помощи любого тестера и прибора, когда он подсоединён к цепи.
Выявление неисправностей искробезопасного электрооборудования.
Если искробезопасная цепь не функционирует должным образом после завершения монтажа всей системы и подачи питания, следуйте инструкциям приведённым ниже:
Замена барьера.
Если предохранитель в барьере сгорел, то это, обычно, является результатом высокого напряжения, которое образовалось на безопасной стороне. При высоком напряжении стабилитрон начинает пропускать ток, который в дальнейшем обычно приводит к выходу из строя предохранителя. После приложения такого напряжения к барьеру, он должен быть заменён.
Процедура отсоединения проводки от барьера должна осуществляться в определенном порядке: сначала отсоединяется соединение безопасной зоны, затем соединение опасной зоны и заземление в последнюю очередь. Заизолируйте оголённые провода, замените барьер и затем установите барьер в обратной последовательности.
Всегда устанавливайте заземление в первую очередь и отсоединяйте его в последнюю очередь.