【Protección contra explosiones en instrumentos】Conocimientos sobre la tecnología intrínsecamente segura para proteger contra explosiones en instrumentos, que todo técnico en este campo debe saber

Thread Content

Este mensaje fue editado por última vez por 955559 el 24-10-2018 a las 16:18. En muchos procesos de la industria química, es necesario manejar ciertos medios químicos que son inflamables y explosivos. Para garantizar la seguridad de las personas y la protección de los equipos de producción, la tecnología antideflagrante se ha aplicado en diversos sectores y profesiones relacionadas, dando lugar a una serie de estándares sectoriales, ** e internacionales, que evolucionan a medida que avanza la industria. Para los instrumentos automatizados, las formas a prueba de explosiones más utilizadas son la de tipo intrínsecamente seguro, la de tipo aislado y la de tipo con refuerzo de seguridad. Gracias al rápido desarrollo de la tecnología electrónica y a la creación continua de dispositivos electrónicos de bajo consumo energético, la tecnología intrínsecamente segura y a prueba de explosiones ha sido ampliamente adoptada y aplicada. En particular, dado que los instrumentos a prueba de explosiones de tipo intrínsecamente seguro presentan, en comparación con otros tipos de protección contra explosiones, no solo una estructura simple y un amplio rango de aplicaciones, sino también la ventaja de ser fáciles de operar y mantener, estos instrumentos han sido aceptados por los fabricantes y usuarios como una solución eficaz para prevenir explosiones, al reducir la energía de las fuentes de ignición. Principios de la tecnología intrínsecamente segura contra explosiones. La tecnología intrínsecamente segura contra explosiones es, en realidad, una técnica de diseño de baja potencia. Por ejemplo, en un entorno de hidrógeno (ⅡC), es necesario limitar la potencia del circuito a unos 1,3 W. De esto se puede deducir que la tecnología intrínsecamente segura es muy adecuada para los instrumentos de automatización industrial. Dado que las chispas eléctricas y los efectos térmicos son las principales fuentes de ignición que provocan explosiones en gases peligrosos, la tecnología de seguridad intrínseca logra prevenir dichas explosiones al limitar estas dos posibles fuentes de ignición. Tanto en condiciones normales de funcionamiento como en situaciones de fallo, cuando la energía generada por las chispas eléctricas o los efectos térmicos del instrumento es inferior a un cierto nivel, este no puede provocar la ignición de gases explosivos y, por lo tanto, no se produce ninguna explosión. En realidad, se trata de una tecnología de diseño de baja potencia. El principio consiste en limitar la energía, de modo que la tensión y la corriente en el circuito se mantengan dentro de unos límites aceptables. De esta manera, se evita que las chispas eléctricas y los efectos térmicos que se generan cuando el instrumento funciona normalmente, o en caso de cortocircuitos o daños en sus componentes, provoquen la explosión de los gases peligrosos que puedan estar presentes en los alrededores. Por lo general, en entornos con hidrógeno, es decir, en entornos de alto riesgo y propensos a explosiones, es necesario limitar la potencia a menos de 1,3 W. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) establece que, en las zonas de alto riesgo, es decir, zona 0, solo se puede utilizar la tecnología intrínsecamente segura de clase E*a. Por lo tanto, la tecnología de protección contra explosiones intrínsecamente segura es una técnica eficaz, fiable y de amplio alcance para prevenir explosiones. Los dispositivos de instrumentación intrínsecamente seguros se pueden clasificar en E*a y E*b, según el nivel de seguridad y el lugar donde se utilizan. El grado de resistencia a explosiones de E*a es superior al de E*b. Los instrumentos intrínsecamente seguros de clase E*a no provocan incendios ni explosiones en las condiciones normales de funcionamiento, ni tampoco cuando existen dos fallos en el circuito. En los circuitos de tipo IA, la corriente de funcionamiento se limita a menos de 100 mA; por lo tanto, son adecuados para las zonas 0, 1 y 2. Los instrumentos intrínsecamente seguros de clase E*b evitan que los componentes del circuito se incendien o exploten, tanto en condiciones normales de funcionamiento como cuando existe algún fallo en el circuito. En los circuitos de tipo IB, la corriente de funcionamiento se limita a menos de 150 mA, lo que los hace adecuados para las zonas 1 y 2. Características de la tecnología intrínsecamente segura y a prueba de explosiones: 1. No es necesario diseñar carcasas a prueba de explosiones que sean complejas en su fabricación, de gran tamaño y voluminosas. Por lo tanto, los instrumentos intrínsecamente seguros presentan características como estructura simple, tamaño reducido, peso ligero y costo bajo. Según la información disponible, la relación entre el costo de establecer un circuito de transmisión de tipo intrínsecamente seguro y uno de tipo a prueba de explosiones es de aproximadamente 1:4. 2. Se puede realizar el mantenimiento, la calibración y el reemplazo de algunas piezas de los instrumentos mientras estos están conectados a la corriente eléctrica. 3. Alta fiabilidad y seguridad. Los instrumentos intrínsecamente seguros no ven disminuida su fiabilidad y seguridad debido a causas humanas como la pérdida de los pernos de fijación o la oxidación y arañazos en las uniones de la carcasa. 4. Dado que la tecnología intrínsecamente segura y a prueba de explosiones es una tecnología de “baja tensión”, el uso de instrumentos de este tipo permite evitar accidentes por electrocución entre los técnicos que trabajan en las instalaciones. 5. Amplitud de aplicación amplia. La tecnología intrínsecamente segura es el único sistema a prueba de explosiones que puede utilizarse en zonas peligrosas de categoría 0. 6. En el caso de dispositivos simples como los termopares, no se requiere una certificación especial para que puedan conectarse al sistema intrínsecamente seguro contra explosiones. Como se puede ver, en comparación con cualquier otro tipo de protección contra explosiones, el uso de la tecnología intrínsecamente segura ofrece ventajas técnicas significativas para los instrumentos de automatización industrial. Aplicación de la tecnología intrínsecamente segura para la protección contra explosiones en la ingeniería de automatización de procesos. Un sistema de protección intrínsecamente seguro está compuesto por tres componentes: instrumentos intrínsecamente seguros en el lugar, cables intrínsecamente seguros y equipos relacionados que también son intrínsecamente seguros. Los instrumentos de campo incluyen diversos instrumentos de detección primaria instalados en áreas peligrosas. Los transmisores de sistema de dos cables, que representan la categoría de dispositivos intrínsecamente seguros, cuentan con un cable de tierra dedicado; se distinguen de los demás cables por su color azul intenso y duradero. Los equipos relacionados incluyen barreras de seguridad de tipo Zener, barreras de seguridad aisladas, así como otros dispositivos de protección que tienen funciones de limitación de corriente y voltaje. Permite limitar la energía que llega a los dispositivos intrínsecamente seguros en el lugar de trabajo a valores seguros, garantizando así la seguridad de los equipos, el personal y el proceso de producción. Certificación a prueba de explosiones de tipo intrínsecamente seguro 1. La protección contra explosiones de tipo intrínsecamente seguro es un concepto que abarca todo el sistema: los dispositivos que forman parte del sistema, así como las barreras de seguridad, deben ser certificados por una **organización autorizada para ello. Además, se requiere un certificado emitido por dicha organización que confirme la seguridad del circuito intrínsecamente seguro. Cuando los dispositivos en el sitio son sencillos, no se requiere certificación intrínsecamente segura; pueden combinarse con barreras de seguridad ya certificadas como intrínsecamente seguras para formar un circuito intrínsecamente seguro y a prueba de explosiones. Los dispositivos simples son aquellos que incluyen interruptores de contacto, termopares, resistencias térmicas, diodos emisores de luz y puentes eléctricos; estos dispositivos no contienen componentes de almacenamiento de energía. 2. Principios de certificación a prueba de explosiones para circuitos intrínsecamente seguros. Requisitos especiales para instrumentos y circuitos intrínsecamente seguros. 1. Requisitos relacionados con la conexión a tierra: Los sistemas de instrumentos intrínsecamente seguros deben contar con una conexión a tierra fiable e independiente. Todo el sistema de instrumentación automatizada cuenta con cuatro tipos de puesta a tierra: puesta a tierra para sistemas de instrumentación intrínsecamente seguros, puesta a tierra de los circuitos de señal, puesta a tierra de la blindaje y puesta a tierra de protección. La puesta a tierra de los circuitos de señal y la puesta a tierra de blindaje pueden compartir un mismo electrodo de tierra. Los sistemas de instrumentación intrínsecamente seguros, en cambio, requieren un sistema de tierra independiente, que debe estar a más de 5 metros de distancia de otras redes de tierra. En general, se exige que la resistencia de tierra de los sistemas intrínsecamente seguros sea menor a 1 Ω. Los otros dos valores de resistencia a tierra suelen ser inferiores a 4Ω, según los requisitos del diseño o de las normas. La conexión de puesta a tierra de protección puede realizarse en la red de puesta a tierra de protección de los equipos eléctricos de baja tensión. 2. Requisitos para los cables de conexión: Desde el punto de vista de la ingeniería de cableado del sistema, debido a la capacitancia y la inductancia distribuidas en los cables de conexión, estos se convierten en elementos de almacenamiento de energía. Inevitablemente, al transmitir señales, almacenan energía. Cuando se produce una interrupción o un cortocircuito en la línea, esa energía almacenada se libera en forma de chispas eléctricas o efectos térmicos, lo que afecta las propiedades intrínsecamente seguras del sistema. Por lo tanto, es necesario garantizar que los cables de transmisión no se vean afectados por campos electromagnéticos externos ni entremetidos con otros circuitos. Además, hay que limitar la longitud de los cables y la energía no intrínseca generada por las fuerzas electromagnéticas. Sobre la base de esto, se determinan la capacitancia distribuida y la inductancia distribuida permitidas para los cables. Las instituciones internacionales de inspección contra explosiones suelen utilizar un enfoque basado en parámetros concentrados para considerar los parámetros distribuidos de los cables. Los parámetros básicos relacionados con las propiedades intrínsecamente seguras de los cables de conexión son los siguientes: La capacitancia distribuida máxima permitida en el cable (Ci): (Cc) = (Ck) × L. La inductancia distribuida máxima permitida en el cable (Lc): (Lc) = (Lk) × L. Donde: Ck es la capacitancia distribuida por unidad de longitud del cable ； Lk: Inductancia por unidad de longitud del cable ； L: Longitud real del cableado. El cable intrínsecamente seguro es un cable de baja capacitancia y baja inductancia que, en comparación con otros cables, ofrece excelentes propiedades de blindaje y resistencia a las interferencias. Es adecuado para lugares donde existe riesgo de explosiones y para otras situaciones que requieren altos estándares de seguridad contra explosiones. Al utilizarlo, se deben tener en cuenta los siguientes puntos: ① Los cables de tierra y los cables de conexión de blindaje dentro de la línea intrínsecamente segura deben estar adecuadamente aislados. ②El punto de conexión del circuito de señal debe encontrarse en el lado de la sala de control. Cuando se utilizan termopar con conexión a tierra y instrumentos cuya parte de detección ya está conectada a tierra, no es necesario conectar nada más al lado de la sala de control. ③El conductor de reserva del cable blindado y la capa de blindaje del cable deben conectarse al suelo del circuito de señal en el mismo lado. 3. Clase de temperatura del equipo: La clase de temperatura del equipo establece el valor máximo permitido para la temperatura en su superficie. Esto se basa principalmente en consideraciones técnicas y económicas. En la gran mayoría de los casos, los dispositivos con un rango de temperatura más bajo tienen costos más elevados en términos de compra y seguridad. Por comparación, utilizar equipos intrínsecamente seguros resultará más eficaz y económico. Los dispositivos intrínsecamente seguros que se instalan directamente en áreas peligrosas requieren que se tenga en cuenta su clase de temperatura, mientras que los dispositivos asociados no necesitan cumplir con este requisito. El grado de temperatura del equipo debe ser siempre inferior a la temperatura de ignición de las sustancias inflamables presentes en ese ambiente peligroso; de lo contrario, se podrían producir incendios o explosiones. 4. Principios para la selección de equipos eléctricos intrínsecamente seguros: ① Equipos simples. De acuerdo con las normas de protección contra explosiones GB3836.4-2000, los dispositivos eléctricos cuya tensión no excede los 1,2 V, su corriente no supera los 0,1 A y cuya potencia es inferior a 25 mW pueden considerarse como dispositivos simples. Una característica típica de estos dispositivos es que su inductancia equivalente interna Li=0 y su capacitancia equivalente interna Ci=0. Este tipo de equipos puede utilizarse directamente en el sitio. ②Equipos eléctricos intrínsecamente seguros. En el caso de los dispositivos instalados en lugares peligrosos, es necesario aclarar los siguientes puntos: ● ¿Están diseñados de acuerdo con los requisitos de DB3836.1-2000 y GB3836.4-2000? ¿Son, además, dispositivos eléctricos intrínsecamente seguros, reconocidos por una institución especializada en pruebas de resistencia a explosiones? ●¿Es el nivel establecido en la marca de resistencia a explosiones adecuado para cumplir con los requisitos de seguridad en los lugares peligrosos donde se utiliza? ●¿Está conectado a tierra el circuito intrínsecamente seguro? ¿O bien, está el circuito relacionado con la conexión a tierra eficazmente aislado del circuito que forma parte de la interfaz con la barrera de seguridad? ●Métodos de transmisión de señales, así como la tensión mínima de funcionamiento de los dispositivos eléctricos intrínsecamente seguros y la corriente de funcionamiento normal del circuito. Sobre la base de aclarar los problemas anteriores, se elige la barrera de seguridad correspondiente. ③Principios para la selección de las barreras de seguridad ● El grado de protección contra explosiones de la barrera de seguridad debe ser al menos igual al grado de protección contra explosiones del equipo de campo intrínsecamente seguro. ●Se debe determinar que la resistencia de los extremos y la resistencia del circuito de la barrera de seguridad son suficientes para satisfacer el voltaje mínimo de funcionamiento de los dispositivos intrínsecamente seguros. ●Los parámetros de seguridad del extremo intrínseco de la barrera de seguridad cumplen con los requisitos Uoc≤Ui, Isc≤Ii, Ca≥Ci+Cc y La≥Li+Lc. ●La barrera de seguridad debe ser compatible con la polaridad segura y el método de transmisión de señales de los instrumentos de campo intrínsecamente seguros. ●Se deben tomar las medidas de protección adecuadas para evitar que la corriente de fuga del barramento de seguridad afecte el funcionamiento normal de los dispositivos intrínsecamente seguros. Aunque los instrumentos intrínsecamente seguros tienen numerosos requisitos especiales en cuanto a la compatibilidad de los instrumentos, el uso de cables y el sistema de puesta a tierra, con el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica y de los microprocesadores, los instrumentos de automatización industrial han ido evolucionando hacia un consumo de energía más bajo, una mayor electrificación y un tamaño más reducido, lo que facilita aún más el logro de la seguridad intrínseca. En resumen, para los instrumentos automatizados, la tecnología intrínsecamente segura contra explosiones es una técnica ideal para este fin. Sin duda, será ampliamente utilizada en los instrumentos inteligentes basados en buses de campo, así como en los sistemas modernos de control de automatización industrial.