【Protection anti-explosion des instruments】Connaissances essentielles sur la technologie intrinsèquement sûre pour la protection anti-explosion des instruments que doivent connaître les techniciens en instrumentation

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Ce post a été modifié pour la dernière fois par 955559 le 24/10/2018 à 16:18. Dans de nombreux processus de l’industrie chimique, il est nécessaire de traiter des médias de procédé inflammables et explosifs. Afin de garantir la sécurité des personnes et des équipements de production, les technologies anti-explosion sont utilisées dans divers secteurs et domaines professionnels, donnant naissance à une série de normes sectorielles, ** et internationales, qui évoluent avec le développement de l’industrie. Pour les instruments automatisés, les formes intrinsèquement sûres les plus couramment utilisées sont la conception intrinsèquement sûre, la conception à isolation et la conception à sécurité renforcée. Grâce au développement rapide de la technologie électronique et à la création continue de dispositifs électroniques à faible consommation d’énergie, la technologie intrinsèquement intrinsèque anti-explosion a connu une diffusion et des applications encore plus larges. En particulier, étant donné que la conception intrinsèquement sûre (abrégée en IS) présente, par rapport aux autres types de protection contre les explosions, non seulement une structure simple et une large gamme d’applications, mais aussi des avantages tels qu’une facilité d’utilisation et de maintenance, ces instruments de protection intrinsèquement sûrs, qui utilisent la réduction de l’énergie des sources d’inflammation comme méthode de prévention des explosions, ont été acceptés par les fabricants et les utilisateurs. Principes de la technologie intrinsèquement sûre anti-explosion. La technologie intrinsèquement sûre anti-explosion est en réalité une technique de conception à faible puissance. Par exemple, pour un environnement à hydrogène (II C), il est nécessaire de limiter la puissance du circuit à environ 1,3 W. On peut donc voir que la technologie intrinsèquement sûre est très adaptée aux instruments d’automatisation industrielle. Étant donné que les étincelles électriques et les effets thermiques sont les principales sources d’inflammation pour les gaz explosifs, la technologie intrinsèquement sûre assure la protection contre les explosions en limitant ces deux sources potentielles d’inflammation. En conditions normales de fonctionnement et en cas de panne, tant que l’énergie des étincelles électriques ou des effets thermiques générés par l’instrument reste inférieure à un certain niveau, le dispositif ne peut pas enflammer les gaz explosifs dangereux et provoquer une explosion. Il s’agit en fait d’une technologie de conception à faible puissance. Le principe consiste à limiter l’énergie, afin de contrôler de manière fiable la tension et le courant dans le circuit dans une plage admissible. Cela permet d’empêcher que les étincelles électriques et les effets thermiques générés en cas de fonctionnement normal ou en cas de pannes telles que des courts-circuits ou des dommages aux composants ne provoquent l’explosion des gaz dangereux pouvant se trouver à proximité. En général, dans un environnement à hydrogène, c’est-à-dire un environnement à haut niveau de danger et explosif, il est nécessaire de limiter la puissance à moins de 1,3 W. La Commission électrotechnique internationale (CEI) stipule que, dans les zones de danger de niveau élevé, zone 0, seule la technologie intrinsèquement sûre de classe E*a peut être utilisée. Par conséquent, la technologie intrinsèquement sûre pour l’explosion est une technologie antiedexplosive sûre, fiable et largement applicable. Les équipements de mesure intrinsèquement sûrs peuvent être classés en E*a et E*b en fonction du niveau de sécurité et du lieu d’utilisation. Le niveau de protection anti-explosion d’E*a est supérieur à celui d’E*b. Les instruments intrinsèquement sûrs de classe E*a ne provoquent pas d’incendie ou d’explosion dans les composants du circuit, ni en conditions normales de fonctionnement, ni en présence de deux pannes dans le circuit. Dans les circuits de type IA, le courant de fonctionnement est limité à moins de 100 mA, ce qui les rend adaptés aux zones 0, 1 et 2. Les instruments intrinsèquement sûrs de classe E*b empêchent l’incendie ou l’explosion des composants du circuit, tant en conditions normales de fonctionnement qu’en cas de panne dans le circuit. Dans les circuits de type IB, le courant de fonctionnement est limité à moins de 150 mA, ce qui les rend adaptés aux zones 1 et 2. Caractéristiques de la technologie intrinsèquement sûre et anti-explosion : 1. Il n’est pas nécessaire de concevoir des boîtiers étanches aux explosions complexes à fabriquer, volumineux et encombrants ; par conséquent, les instruments intrinsèquement sûrs se distinguent par une structure simple, un petit volume, un poids faible et un coût réduit. Selon les données, le rapport entre le coût de mise en place d’un circuit de transmission à type intrinsèquement sûr et d’un circuit à type étanche est d’environ 1:4. 2. Il est possible d’effectuer des maintenances, des calibrations et le remplacement de certaines pièces des instruments en conditions de charge électrique. 3. Haute fiabilité et sécurité. Les instruments intrinsèquement sûrs ne voient pas leur fiabilité en matière de sécurité diminuer en raison de causes humaines telles que la perte des boulons de fixation ou la corrosion, les rayures, etc., sur les joints de la boîtier. 4. Comme la technologie intrinsèquement sûre et anti-explosion est une technologie à faible tension, l’utilisation d’instruments intrinsèquement sûrs permet d’éviter les accidents de brûlures électriques chez les ingénieurs et techniciens sur site. 5. Large champ d’application. La technologie intrinsèquement sûre est le seul système anti-explosion pouvant être utilisé dans les zones de danger Zone 0. 6. Pour des équipements simples tels que les thermocouples, il n’est pas nécessaire de certification spéciale pour les intégrer dans un système intrinsèquement sûr anti-explosion. On peut voir que, par rapport à tout autre type de protection anti-explosion, l’utilisation de la technologie intrinsèquement sûre confère aux instruments d’automatisation industrielle des avantages techniques significatifs. Application de la technologie intrinsèquement sûre et anti-explosion en ingénierie d’automatisation des processus. Un système anti-explosion intrinsèquement sûr se compose de trois éléments : des instruments intrinsèquement sûrs sur site, des câbles intrinsèquement sûrs et des équipements associés intrinsèquement sûrs. Les instruments sur site comprennent divers instruments de détection primaire installés dans des zones dangereuses ; les câbles à sécurité intrinsèque, représentés par des transmetteurs à deux fils, sont pourvus d’un fil de terre spécial et se distinguent des autres câbles par leur couleur bleue résistante. Les équipements associés incluent des barrières de sécurité de type Zener, des barrières de sécurité isolées, ainsi que d’autres dispositifs de protection dotés de fonctions de limitation du courant et de la tension. Il permet de limiter l’énergie qui pénètre dans les équipements intrinsèquement sûrs sur le site à des valeurs sûres, garantissant ainsi la sécurité des équipements, du personnel et de la production sur place. Certification intrinsèquement sûre anti-explosion 1. L’anti-explosion intrinsèquement sûr est un concept d’anti-explosion global : les équipements de terrain qui composent le système ainsi que les barrières de sécurité doivent faire l’objet d’une certification anti-explosion par une **institution de certification agréée** ; en même temps, un certificat conjoint émis par cette institution, attestant de la sécurité du circuit intrinsèquement sûr, est nécessaire. Lorsque l’équipement de terrain est simple, aucune certification intrinsèque n’est requise ; il peut alors être combiné avec une barrière de sécurité déjà certifiée intrinsèquement pour former un circuit intrinsèquement et antinexplosif. Les équipements simples sont des interrupteurs à contacts, des thermocouples, des résistances thermiques, des diodes électroluminescentes ainsi que des ponts, et ne contiennent pas de composants de stockage d’énergie. 2. Principes de certification anti-explosion pour les circuits intrinsèquement sûrs. Exigences spéciales pour les instruments et circuits intrinsèquement sûrs. 1. Exigences relatives à la mise à la terre : Les systèmes d’instruments intrinsèquement sûrs doivent disposer d’une mise à la terre indépendante fiable. Le système complet d’instruments automatisés comporte quatre types de mise à la terre : mise à la terre pour les systèmes d’instruments intrinsèquement sûrs, mise à la terre des circuits de signaux, mise à la terre du blindage et mise à la terre de protection. La mise à la terre du circuit de signal et la mise à la terre de l’écran peuvent partager un seul poteau de terre ; les systèmes d’instruments intrinsèquement sûrs nécessitent un système de mise à la terre indépendant, situé à plus de 5 m des autres réseaux de terre, et il est généralement exigé que la résistance de mise à la terre pour les systèmes intrinsèquement sûrs soit inférieure à 1 Ω. Les deux autres résistances de mise à la terre doivent généralement être inférieures à 4Ω, conformément aux exigences de conception ou des normes. La terre de protection peut être reliée au réseau de terre de protection des équipements électriques à basse tension en génie électrique. 2. Exigences relatives aux câbles de connexion : du point de vue de l’ingénierie de câblage du système, en raison de la capacité et de l’inductance distribuées présentes dans les câbles de connexion, ces derniers deviennent des éléments de stockage d’énergie. Elles stockent inévitablement de l’énergie au cours du processus de transmission du signal ; dès qu’il y a une ouverture ou un court-circuit dans le circuit, cette énergie stockée est libérée sous forme d’étincelles électriques ou d’effets thermiques, ce qui affecte les propriétés intrinsèquement sûres du système. Il est donc nécessaire de garantir que les câbles de transmission ne soient pas perturbés par des champs électromagnétiques extérieurs ni en contact avec d’autres circuits, tout en limitant la longueur du câblage et l’énergie non intrinsèquement sûre générée par les forces électromotrices induites. C’est sur cette base que l’on détermine la capacité de distribution admissible et l’inductance de distribution admissible du câble. Les organismes internationaux d’essai anti-explosion adoptent principalement une approche basée sur des paramètres concentrés pour prendre en compte les paramètres de distribution du câble. Les paramètres de base concernant les propriétés intrinsèques des câbles de connexion sont les suivants : Capacité de distribution maximale autorisée du câble (Ci) : (Cc) = (Ck) × L Inductance de distribution maximale autorisée du câble (Lc) : (Lc) = (Lk) × L Où : Ck — Capacité de distribution par unité de longueur du câble ； Lk — Inductance distribuée par unité de longueur du câble ； L — Longueur réelle du câblage. Le câble intrinsèquement sûr est un câble à faible capacité et à faible inductance, qui présente de excellentes propriétés d’isolation et de résistance aux interférences par rapport à d’autres câbles. Il est adapté aux zones à risque d’explosion ainsi qu’à d’autres environnements où des exigences élevées en matière de sécurité anti-explosion sont requises. Lors de l’utilisation, il convient de prêter attention aux points suivants : ① Les fils de terre et les câbles de connexion de blindage au sein du circuit intrinsèquement sûr doivent être correctement isolés. ②Le point de terre du circuit de signalisation doit se trouver du côté de la salle de contrôle ; lorsque des capteurs thermocouples à terre sont utilisés et que les instruments dont la partie de mesure est déjà mise à terre, le côté de la salle de contrôle n’a plus besoin d’être mis à terre. ③Le fil de secours du câble blindé et la couche de blindage du câble doivent être reliés au terre du circuit de signalisation du même côté. 3. Classe de température du équipement : La classe de température du équipement définit la valeur maximale de température autorisée à la surface de l’équipement. Cela repose principalement sur des considérations techniques et économiques. Dans la plupart des cas, les équipements de classe de température plus basse ont un coût d’achat et de sécurité plus élevé. Par comparaison, l’utilisation d’équipements intrinsèquement sûrs est plus efficace et économique. Les équipements intrinsèquement sûrs installés directement dans des zones dangereuses nécessitent que l’on tienne compte de leur classe de température, tandis que les équipements associés ne requièrent pas cette considération. Le degré de température de l’équipement doit impérativement être inférieur à la température d’inflammation des matières combustibles présentes dans l’environnement du lieu dangereux, sinon cela peut provoquer un incendie ou une explosion. 4. Principes de sélection des équipements électriques intrinsèquement sûrs ① Équipements simples. Conformément à la norme anti-explosion GB3836.4-2000, les équipements électriques dont la tension ne dépasse pas 1,2 V, le courant ne dépasse pas 0,1 A et la puissance ne dépasse pas 25 mW peuvent être considérés comme des équipements simples. Leurs caractéristiques typiques sont une inductance équivalente interne Li = 0 et une capacité équivalente interne Ci = 0. Ces équipements peuvent être utilisés directement sur le site. ②Équipements électriques intrinsèquement sûrs. Pour les équipements de terrain installés dans des zones dangereuses, il est nécessaire de clarifier les points suivants : ● S’agit-il d’équipements électriques intrinsèquement sûrs conçus conformément aux exigences de DB3836.1-2000 et GB3836.4-2000, et reconnus par un **organisme d’inspection anti-explosion**. ●Le niveau prescrit par la marque anti-explosion est-il adapté aux exigences de sécurité des zones dangereuses utilisées ? ●Le circuit intrinsèquement sûr est-il mis à la terre, ou le circuit intrinsèquement sûr situé dans la partie mise à la terre est-il efficacement isolé des circuits de l’interface avec la barrière de sécurité ? ●Mode de transmission du signal, tension de fonctionnement minimale des équipements électriques intrinsèquement sûrs et courant de fonctionnement normal du circuit. Sur la base de la clarification des problèmes ci-dessus, choisir la barrière de sécurité correspondante. ③Principes de sélection des barrières de sécurité ● Le niveau de certification anti-explosion de la barrière de sécurité doit être au moins égal au niveau de certification anti-explosion de l’équipement intrinsèquement sûr. ●Déterminer la résistance aux bornes et la résistance de circuit de la barrière de sécurité permet de s’assurer que la tension de fonctionnement minimale des équipements intrinsèquement sûrs est respectée. ●Les paramètres de sécurité du côté intrinsèque de la barrière de sécurité peuvent répondre aux exigences Uoc≤Ui, Isc≤Ii, Ca≥Ci+Cc, La≥Li+Lc. ●La barrière de sécurité doit correspondre à la polarité de sécurité et au mode de transmission du signal des instruments de terrain intrinsèquement sûrs. ●Assurer une protection adéquate afin d’éviter que le courant de fuite du bouclier de sécurité ne perturbe le fonctionnement normal des équipements intrinsèquement sûrs. Bien que les instruments intrinsèquement sûrs présentent de nombreuses exigences particulières en matière d’adaptation des instruments, d’utilisation des câbles et de mise à la terre, avec le développement rapide de la microélectronique et des microprocesseurs, les instruments d’automatisation industrielle tendent vers une consommation d’énergie réduite, une électrification et une miniaturisation, ce qui facilite davantage la réalisation de la sécurité intrinsèque. En somme, pour les instruments automatisés, la technologie intrinsèquement sûre est une technique anti-explosion assez idéale ; elle sera également largement utilisée dans les instruments intelligents à bus de terrain ainsi que dans les systèmes de contrôle de l’automatisation industrielle moderne.