Egensikre løsninger skilter med en rekke fordeler som enkel dokumentasjon, vedlikehold på ”live” systemer og bruk av ”normale” kabler.
Egensikre løsninger skilter med en rekke fordeler som enkel dokumentasjon, vedlikehold på ”live” systemer og bruk av ”normale” kabler.

Ex-skolen 3:4

Egensikker Ex

Vi tar et dypdykk i egensikre løsninger.

Av Einar Huse, Siv. Ing og markedsansvarlig Norex

 

I egensikre løsninger er energien i de elektriske kretsene begrenset slik at systemet ikke selv kan antenne gasser på grunn av gnister eller høy overflatetemperatur.

Den tillatte energimengden er liten, men som regel stor nok for instrumenter og mange kommunikasjonssystemer. Egensikre løsninger har store fordeler i forhold til sikker vedlikehold av anlegget og derfor en ofte foretrukket beskyttelsesmetode der energiomsetningen er lav.

På engelsk heter det ”Intrinsic Safety”, som forkortet blir IS. Vi ser ofte denne betegnelsen benyttet; IS-kretser eller IS-systemer.

Fordeler

Det er flere forhold som gjør at egensikre løsninger er den mest foretrukne for instrumenteringssystemer:

  • Løsningen er akseptert i hele verden.
  • Det kan utføres vedlikehold på aktive systemer.
  • Det finnes et stort utvalg av instrumenter
  • Det er enkelt å dokumentere sikkerheten.
  • Det kan benyttes ”normal” kabel.
  • Det kan benyttes i sone 0 (som eneste løsning)
  • Det er enkelt å oppnå T4 klassifisering (som er mest vanlig krav).

Energikurver for egensikre systemer.
Energikurver for egensikre systemer. Norex

Begrenser effekten med barriere eller isolatorer

For å oppnå et egensikkert system, må instrumentet kobles til en Isolator, eller Zenerbarriere, som begrenser strømmen og spenningen som tilføres. Disse plasseres i nærheten av PLS-en/kontrollsystemet som styrer prosessen. Det er mest vanlig å benytte Isolatorer – disse er galvanisk skilt fra kontrollsystemet med en liten skilletrafo.

Målekretsen er isolert, lite utsatt får støy og enkel å beskytte. Zenerbarrieren benyttes også en del. Denne er imidlertid ikke galvanisk skilt fra kontrollsystemet, og man må være nøye med koblingen til jord for å ivareta sikkerheten og støyimmunitet. Et anlegg bygget med zenerbarrierer skal ha egen IS-jord som holdes så ”ren” som mulig.

Både instrumentet og isolatoren skal være ATEX sertifisert. I tillegg må man sjekke at komponentene er tilpasset hverandre.

Soner og gassgruppe

Sjekk først at begge komponenter har samme klassifisering; et ”ia” system kan benyttes for sone 0, ”ib” kan benyttes for sone 1 og ”ic” kan benyttes for sone 2. Dersom det er forskjellig klassifisering, er det den dårligste som gjelder for systemet som helhet.

Les om Ex-klassifering i første del av Automatiserings Ex-skole.

Sjekk deretter gassgruppen. Gruppe IIC aksepterer lavere energi enn gassgruppe IIB. I Nordsjøen er det gruppe IIB som oftest er gjeldende. Hver gassgruppe har som regel hvert sitt sett med sikkerhetsparametre.

Temperatur og sikkerhetsparametre

Temperaturklassen sjekkes i forhold til kravene for feltinstrumentet. Sjekk også kravene som er satt til omgivelsestemperaturen.

Sjekk deretter at instrumentets sikkerhetsparametre, Ui Ii og Pi, er lavere enn maksimalverdiene til isolatorens Uo, Io og Po. Ui kan leses som den maksimale spenningen instrumentet aksepterer for fremdeles å være egensikkert. Uo er tilsvarende den maksimale spenningen som isolatoren påtrykker kretsen selv ved feil i isolatoren.

Energilagring

Avslutningsvis må vi gjøre en sjekk av kabelparametrene til systemet. En elektrisk krets lagrer energi på grunn av kapasitanser og induktanser. Dette skjer i instrumentet så vel som i kabelen. Den totale induktansen og kapasitansen må være lavere enn en verdi som isolatoren er sertifisert for. Vi kan enkelt sette opp denne sjekken, som også kalles IS-beregning, i tabellen under:

Sikkerhetsparametre:Kabelparametre
Ui => UoCi + Cc <= Co
Ii => IoLi + Lc <= Lo
Pi => Po 

                         

Bruk av barrierer mellom feltutstyr og kontrollsystem begrenser energimengden.
Bruk av barrierer mellom feltutstyr og kontrollsystem begrenser energimengden. Norex
 

Eksempel på IS (Intrinsic Safety) beregning for et enkelt system bestående av to komponenter. Beregningen blir mer kompleks når flere komponenter er med i kretsen, men den bygger på de samme prinsippene.
Eksempel på IS (Intrinsic Safety) beregning for et enkelt system bestående av to komponenter. Beregningen blir mer kompleks når flere komponenter er med i kretsen, men den bygger på de samme prinsippene. Norex
 

”Simple apparatus”

Man kan koble et enkelt element, som for eksempel en bryter, inn i en IS-krets uten videre tiltak.

Bryteren er betegnet som ”simple apparatus”. Dette er komponenter som er passive, eller det kan være aktive komponenter som har veldefinerte og små verdier. Produsenten av komponenten må kunne dokumentere at produktet holder kravene for “simple apparatus”. For eksempel må en leverandør av en mikrofon kunne dokumentere at denne ikke produserer mer elektrisk energi enn 25mW.

For ”Simple Apparatus” må leverandøren kunne dokumentere at produserer mer enn en gitt mengde elektrisk energi.
For ”Simple Apparatus” må leverandøren kunne dokumentere at produserer mer enn en gitt mengde elektrisk energi. Norex
 

Feltbuss

Når det gjelder feltbuss, FF (Fieldbus Foundation) og Profibus PA, har det blitt utviklet to egne metodikker for å oppnå egensikre løsninger. Jeg vil ikke forklare disse i detalj, men de skiller seg hovedsakelig ved at det ene systemet er egensikkert i sin helhet, FISCO, mens det andre systemet er en kombinasjon av en Ex e-løsning og en Ex i-løsning.

Når det gjelder FISCO, Fieldbus Intrinsically Safe COnsept, så er dette en løsning som er fremkommet etter tester og målinger på kretsene. Sluttbruker kan ved enkle sammenligninger bekrefte at instrumentsløyfene er egensikre, selv om det er mange instrumenter tilkoblet.

Les mer om kommunikasjon i eksplosjonsfarlige områder i Ex-skolens siste del.

Andre IS-systemer

Det finnes også mer enn instrumenter som er egensikre, blant annet fotoapparater, indikatorer, operatørpaneler og WiFi aksesspunkter. Man kan også finne egensikre løsninger i kombinasjon med andre beskyttelsesmetode, for eksempel skjermer og PC-er. Utviklingen innen elektronikken og produksjonsteknikk gjør at jeg regner med at vi får enda flere egensikre produkter fremover.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå