【Proteção contra explosões em instrumentos】Conhecimentos técnicos sobre tecnologia intrinsecamente segura para instrumentos, que os profissionais devem saber

Thread Content

Este tópico foi editado pela última vez por 955559 em 24/10/2018, às 16:18. Em muitos processos da indústria química, é necessário lidar com alguns meios de processo que são inflamáveis e explosivos. Para garantir a segurança das vidas das pessoas e dos equipamentos de produção, a tecnologia antideflagrante foi aplicada em diversos setores e áreas profissionais relacionadas, dando origem a uma série de padrões setoriais, ** e internacionais. Esses padrões evoluem à medida que a indústria se desenvolve. Para instrumentos automatizados, as formas mais comuns de proteção contra explosões são o tipo intrinsecamente seguro, o tipo à prova de explosão e o tipo com reforço de segurança. Devido ao rápido desenvolvimento da tecnologia eletrônica e à constante criação de dispositivos eletrônicos de baixo consumo de energia, a tecnologia intrinsecamente segura contra explosões passou a ser mais amplamente utilizada. Em particular, devido ao fato de que o tipo de proteção intrinsecamente seguro, em comparação com outros tipos de proteção contra explosões, possui não apenas uma estrutura simples e um amplo campo de aplicação, mas também é fácil de operar e manter. Por isso, esses instrumentos de proteção intrinsecamente seguros, que funcionam por meio da redução da energia das fontes de ignição, foram aceitos tanto pelos fabricantes quanto pelos usuários. Princípios da tecnologia de segurança intrínseca contra explosões A tecnologia de segurança intrínseca contra explosões é, na verdade, uma técnica de projeto de baixa potência. Por exemplo, em um ambiente de hidrogênio (ⅡC), é necessário limitar a potência do circuito a cerca de 1,3 W. Portanto, pode-se concluir que a tecnologia intrinsecamente segura é muito adequada para instrumentos de automação industrial. Considerando que as faíscas elétricas e os efeitos térmicos são as principais causas de explosão em gases perigosos, a tecnologia de segurança intrínseca visa prevenir explosões, restringindo essas duas possíveis causas de ignição. Em condições normais de funcionamento e em situações de falha, quando a energia gerada pelas faíscas ou pelos efeitos térmicos dos instrumentos é menor que um certo valor, não é possível que esses instrumentos provoquem a ignição de gases explosivos, gerando assim uma explosão. Na verdade, é uma técnica de projeto de baixa potência. O princípio consiste em restringir a energia, limitando de maneira confiável a tensão e a corrente no circuito a um intervalo permitido. Dessa forma, evita-se que as faíscas elétricas e os efeitos térmicos gerados em situações de funcionamento normal ou em caso de curtos-circuitos e danos aos componentes causem a explosão dos gases perigosos que possam existir nas proximidades. Geralmente, em ambientes com hidrogênio – ou seja, ambientes de alto risco e propensos a explosões – é necessário limitar a potência a menos de 1,3 W. A Comissão Eletricista Internacional (IEC) estipula que, em áreas perigosas de alto nível de risco, na Zona 0, só pode ser utilizada a tecnologia intrinsecamente segura da classe E*a. Portanto, a tecnologia de segurança intrínseca contra explosões é uma técnica eficaz, confiável e com ampla aplicabilidade para prevenir explosões. Os equipamentos de medição intrinsecamente seguros podem ser divididos em E*a e E*b, dependendo do nível de segurança e do local de uso. O grau de proteção contra explosões de E*a é maior do que o de E*b. Os instrumentos intrinsecamente seguros de classe E*a não causam incêndio ou explosão nos componentes do circuito, tanto em condições normais de funcionamento quanto quando existem duas falhas no circuito. Nos circuitos do tipo IA, a corrente de operação é limitada a menos de 100 mA, sendo adequados para as zonas 0, 1 e 2. Os instrumentos de segurança intrínseca de classe E*b não causam combustão ou explosão nos componentes do circuito, tanto em condições normais de funcionamento quanto em caso de falha no circuito. Nos circuitos do tipo IB, a corrente de operação é limitada a 150 mA ou menos, sendo adequados para as zonas 1 e 2. Características da tecnologia de segurança intrínseca e proteção contra explosões: 1. Não é necessário projetar e fabricar invólucros de proteção complexos, volumosos e pesados. Portanto, os instrumentos de segurança intrínseca possuem estrutura simples, tamanho reduzido, peso leve e custo baixo. De acordo com as informações disponíveis, a relação entre o custo para criar um circuito de transmissão do tipo intrinsecamente seguro e o tipo à prova de explosão é de aproximadamente 1:4. 2. É possível realizar manutenção, calibração e substituição de algumas peças dos instrumentos enquanto estes estão sob tensão. 3. Alta confiabilidade e segurança. Os instrumentos intrinsecamente seguros não perdem sua confiabilidade em termos de segurança devido a causas humanas, como a perda dos parafusos de fixação ou corrosão e arranhões nas superfícies de conexão do invólucro. 4. Como a tecnologia intrinsecamente segura contra explosões é uma tecnologia de “baixa tensão”, o uso de instrumentos intrinsecamente seguros permite evitar acidentes de choque elétrico entre os técnicos responsáveis pela instalação dos equipamentos no local. 5. Ampla gama de aplicações. A tecnologia intrinsecamente segura é o único sistema à prova de explosão adequado para áreas perigosas da Zona 0. 6. Para dispositivos simples, como termopares, não é necessária certificação especial para que possam ser integrados ao sistema intrinsecamente seguro contra explosões. Portanto, em comparação com qualquer outro tipo de proteção contra explosões, a utilização da tecnologia intrinsecamente segura oferece vantagens técnicas significativas para os instrumentos de automação industrial. A aplicação da tecnologia intrinsecamente segura para proteção contra explosões na engenharia de automação de processos. Um sistema intrinsecamente seguro contra explosões é composto por três partes: instrumentos intrinsecamente seguros no local, cabos intrinsecamente seguros e equipamentos associados intrinsecamente seguros. Os instrumentos de campo incluem diversos dispositivos de medição instalados em locais perigosos. Os transmissores de dois fios, que representam a categoria de dispositivos intrinsecamente seguros, possuem um fio de aterramento dedicado, o que os diferencia dos outros cabos pela sua cor azul intensa. Os equipamentos associados incluem barreiras de segurança do tipo Zener, barreiras de isolamento, além de outros dispositivos de proteção com funções de limitação de corrente e tensão. É possível limitar a energia que chega aos equipamentos intrinsecamente seguros no local a um valor seguro, garantindo assim a segurança dos equipamentos, das pessoas e do processo de produção. Certificação de segurança intrínseca contra explosões 1. A segurança intrínseca contra explosões é um conceito de proteção integral: os dispositivos de campo que compõem o sistema, bem como as barreiras de segurança, devem passar por certificação de segurança contra explosões realizada por **órgãos autorizados. Além disso, é necessário que esses órgãos emitam um certificado conjunto para os instrumentos de segurança intrínseca e as barreiras de segurança, a fim de confirmar a segurança desse circuito de segurança intrínseca. Quando os equipamentos locais são simples, não é necessária certificação intrinsecamente segura; eles podem ser combinados com barreiras de segurança que já possuem essa certificação, formando assim um circuito intrinsecamente seguro e à prova de explosões. Dispositivos simples são aqueles que incluem interruptores de contato, termopares, resistências térmicas, diodos emissores de luz e pontes elétricas, não contendo componentes de armazenamento de energia. 2. Princípios de certificação à prova de explosão para circuitos intrinsecamente seguros. Requisitos especiais para instrumentos e circuitos intrinsecamente seguros. 1. Requisitos relacionados à terra: Os sistemas de instrumentos intrinsecamente seguros devem possuir uma conexão à terra confiável e independente. Todo o sistema de instrumentação automatizada possui quatro tipos de aterramento: aterramento para sistemas de instrumentação intrinsecamente seguros, aterramento dos circuitos de sinal, aterramento de blindagem e aterramento de proteção. O aterramento do circuito de sinal e o aterramento de blindagem podem compartilhar um único eletrodo de aterramento. Os sistemas de instrumentação intrinsecamente seguros exigem um sistema de aterramento independente, que deve ficar a mais de 5 m de distância das outras redes de aterramento. Geralmente, espera-se que a resistência de aterramento dos sistemas intrinsecamente seguros seja menor que 1 Ω. As outras duas resistências de aterramento, de acordo com os requisitos de projeto ou normas, geralmente ficam abaixo de 4Ω. A terra de proteção pode ser conectada à rede de terra de proteção dos equipamentos elétricos de baixa tensão em engenharia elétrica. 2. Requisitos para os cabos de conexão: Do ponto de vista da engenharia de cabeamento do sistema, como os cabos de conexão possuem capacitância e indutância distribuídas, eles funcionam como elementos de armazenamento de energia. Elas armazenam energia de forma inevitável durante o processo de transmissão de sinais. Quando ocorre um circuito aberto ou um curto-circuito, essa energia armazenada é liberada na forma de faíscas elétricas ou efeitos térmicos, afetando assim o desempenho do sistema. Portanto, é necessário garantir que os cabos de transmissão não sejam afetados por campos eletromagnéticos externos, nem entrem em contato com outros circuitos. Além disso, é preciso limitar o comprimento dos cabos e a energia adicional gerada pela tensão indutiva, a fim de determinar a capacidade de distribuição e a indutância de distribuição permitidas para os cabos. As instituições internacionais de inspeção de equipamentos à prova de explosão utilizam, em geral, um método baseado em parâmetros concentrados para analisar esses parâmetros de distribuição dos cabos. Os parâmetros básicos relacionados às propriedades intrinsecamente seguras dos cabos de conexão são os seguintes: Capacitância distribuída máxima permitida no cabo (Ci): (Cc) = (Ck) × L. Indutância distribuída máxima permitida no cabo (Lc): (Lc) = (Lk) × L. Onde: Ck – Capacitância distribuída por unidade de comprimento do cabo ； Lk — Indutância por unidade de comprimento do cabo ； L — Comprimento real do cabamento. O cabo de segurança intrínseca é um cabo com baixa capacidade e baixa indutância. Em comparação com outros cabos, possui excelente desempenho de blindagem e resistência a interferências. É adequado para locais com risco de explosão e outras situações que exigem altos padrões de segurança contra explosões. Ao utilizá-lo, deve-se prestar atenção aos seguintes pontos: ① Os fios de aterramento e os fios de conexão de blindagem dentro da linha intrinsecamente segura devem estar adequadamente isolados. ②O ponto de aterramento do circuito de sinal deve estar no lado da sala de controle. Quando são utilizados termopares com aterramento e instrumentos cuja parte de medição já está aterrada, não é mais necessário aterrar o lado da sala de controle. ③O fio de reserva do cabo blindado e a camada de blindagem do cabo devem ser conectados ao terra do circuito de sinal no mesmo lado. 3. Grau de temperatura do equipamento: O grau de temperatura do equipamento determina o valor máximo permitido para a temperatura da superfície do equipamento. Isso se baseia principalmente em considerações técnicas e econômicas. Na grande maioria dos casos, os equipamentos com classificação de temperatura mais baixa têm custos mais elevados em termos de compra e segurança. Por meio da comparação, a utilização de equipamentos intrinsecamente seguros é mais eficaz e econômica. Os dispositivos intrinsecamente seguros instalados diretamente em locais perigosos precisam levar em consideração a classe de temperatura do dispositivo, enquanto os dispositivos associados não necessitam seguir essa exigência. A classe de temperatura do equipamento deve ser sempre menor que a temperatura de ignição das substâncias inflamáveis presentes nesse ambiente perigoso; caso contrário, pode ocorrer uma explosão por combustão. 4. Princípios para a seleção de equipamentos elétricos intrinsecamente seguros: ① Equipamentos simples. De acordo com as normas de segurança contra explosões GB3836.4-2000, os equipamentos elétricos cuja tensão não excede 1,2 V, corrente não excede 0,1 A e potência não excede 25 mW podem ser considerados equipamentos simples. Suas características típicas são que a indutância equivalente interna Li = 0 e a capacitância equivalente interna Ci = 0. Esses dispositivos podem ser utilizados diretamente no local. ②Equipamentos elétricos intrinsecamente seguros. Para equipamentos de campo instalados em locais perigosos, é necessário esclarecer os seguintes pontos: ● Se o equipamento foi projetado de acordo com as especificações da DB3836.1-2000 e GB3836.4-2000, e se trata de um equipamento elétrico intrinsecamente seguro, reconhecido por um órgão de inspeção antiexplosão. ●A classe estipulada na marcação antivazamento é adequada aos requisitos de segurança dos locais perigosos em que ela é utilizada? ●Se o circuito intrinsecamente seguro está conectado à terra, ou se a parte do circuito que está conectada à terra está efetivamente isolada das partes do circuito que fazem interface com a barreira de segurança. ●Modo de transmissão do sinal, tensão mínima de operação dos dispositivos elétricos intrinsecamente seguros e corrente de operação normal do circuito. Com base na esclarecimento das questões acima, escolha a barreira de segurança correspondente. ③Princípios para a seleção da barreira de segurança ● O grau de proteção contra explosões da barreira de segurança deve ser igual ou superior ao grau de proteção dos dispositivos de campo intrinsecamente seguros. ●É necessário determinar a resistência de terminal e a resistência do circuito da barreira de segurança, para que estas possam atender à tensão mínima de funcionamento dos dispositivos intrinsecamente seguros. ●Os parâmetros de segurança do lado intrínseco da barreira de segurança conseguem atender aos requisitos Uoc≤Ui, Isc≤Ii, Ca≥Ci+Cc e La≥Li+Lc. ●A barreira de segurança deve ser compatível com a polaridade de segurança e o modo de transmissão de sinais dos instrumentos de campo intrinsecamente seguros. ●É necessário realizar as devidas medidas de proteção, a fim de evitar que a corrente de fuga do barreira de segurança afete o funcionamento normal dos equipamentos intrinsecamente seguros. Embora os instrumentos intrinsecamente seguros tenham muitos requisitos especiais em termos de compatibilidade dos instrumentos, uso de cabos e aterramento, com o rápido desenvolvimento da tecnologia microeletrônica e dos microprocessadores, os instrumentos de automação industrial tendem a ser de baixo consumo energético, eletrônicos e de tamanho reduzido, o que facilita a realização da segurança intrínseca. Em resumo, para instrumentos automatizados, a tecnologia intrinsecamente segura é uma solução bastante adequada para proteção contra explosões. Ela certamente será amplamente utilizada em instrumentos inteligentes baseados em barramentos de campo, bem como em sistemas modernos de controle automático industrial.