Skrevet af Morten B. Jensen, Product Manager – Instrumenter hos KLINGER Danmark
2-wire forsynede display har været anvendt til lokale indikationer i Ex-områder der er klassificeret som egensikre (ia) gennem nogen tid, mens brugen af nA (ikke gnistdannende) enheder, der kan monteres i zone 2, er mindre udbredte.
Ikke alle industrianlæg anses for at være lige farlige. Eksempelvis vil en underjordisk kulmine betragtes som et område med maksimal risiko, fordi der altid kan være Metangas tilstede, mens et anlæg der opbevarer metan i lagertanke kun vil anses for at være potentielt farligt i området omkring tanke og forbindelsesrør.
For at kunne sammenligne risici i de forskellige områder kategoriseres disse i zoner, som:
I moderne procesteknologi benyttes derfor i stigende grad risikoanalyse, som en metode til bestemmelse af sandsynligheden for eksplosioner i anlægget. Analyserne er med til at kortlægge hvor i anlægget de eksplosive gasser kan være tilstede, og i hvilke mængder, Dette, sammen med en øget fokus på at undgå lækager af såvel miljømæssige, som økonomiske årsager har dannet grundlag for en omklassificering af flere af de farlige områder, så de i dag ”blot” betragtes som zone 2.
Set fra en indikators synspunkt er dette en heldig udvikling, idet denne form for lokal instrumentering normalt placeres netop i zone 2 for at minimere risicien for eksplosion – ikke blot fra instrumentet selv, men også fra brugerne, der bør undgå områder klassificeret som zone 0, da mennesker kan repræsentere en risiko for gnistdannelse grundet elektrostatisk og/eller friktions relaterede bevægelser.
Hvad er en loopindikator
En loopindikator er et instrument til visning af en elektrisk måleværdi (strøm), der forsynes via de samme 2 ledninger som målesignalet (strømsignalet) fremføres ad. Grundlæggende fungerer alle indikatorer der monteres i strømsløjfer på samme måde – som forsøgt illustreret på figur 2.
Strømsignalet på 4…20mA løber igennem modstanden R1 og diode D1. Spændingen over D1 benyttes til at drive en switch-mode strømforsyning for forsyning af instrumentet, mens spændingsfaldet over modstanden R1 giver indgangssignalet til A/D konverteren som angiver måleværdien på skærmen. Den store udfordring i denne indikatortype er at producere en nøjagtig måling som mulig, samtidig med der mistes så lidt af den til rådighed værende spænding som muligt. Udover forsyning af displayenheden kan indikatorerne også indeholde baggrundsbelysning og alarmfaciliteter – alt sammen funktioner der skal forsynes via strømsløjfens 4 mA.
Brugen af egensikre indikatorer
Udstyr med betegnelsen egensikker eller Intrinsically Safe er designet således at enhedens maksimale indre energi forbliver under det niveau, som vil kunne forårsage en antændelse ved gnistdannelse eller varme udvikling, hvis der er en intern fejl eller en fejl i et tilsluttet udstyr.
Der er to typer af egensikker beskyttelse - den højeste er Ex ia, som er egnet til brug i zone 0, 1 og 2, mens Ex ib er egnet til brug i Zone 1 og 2.
Indikatorer med ia mærkning er normalt certificeret 'ia IIC T5' i henhold til IECEx og ATEX direktiverne, hvilket gør de kan anvendes i alle former for ”overflade industri” med alle former for gasser – med undtagelse af carbon disulfid (CS2) og ethyl nitrit (C2H5NO2), som har lave antændelsestemperaturer.
Som nævnt tidligere er det dog sjældent at indikatorerne monteres i zone 0, hvor man forsøger at undgå personalet opholder sig for længe af gangen, men ia-certifikatet giver dog mulighed for at instrumenterne kan indgå i den del af systemerne, der klassificeres som zone 0. Certificering af denne type indikatorer refererer normalt til indgangsterminalerne, som opfylder kravene til at kunne betragtes som et ”simpelt apparat”, og som følge deraf, kan de indgå i eller tilføjes et egensikret kredsløb uden at det påvirker sikkerhedsanalysen af systemet..
Figur 3 viser et typisk Intrinsically Safe system.
En typisk I.S. kredsløb ville omfatte en form for måleudstyr, f.eks. en temperatursensor, der er permanent placeret i det eksplosive område, der er beskyttet af en sikkerhedsbarriere placeret i det sikre område. En sikkerhedsbarriere består sædvanligvis af en række dioder, modstande og sikringer, der er arrangeret og dimensioneret på en sådan måde, at de begrænser den energi, som sendes til måleudstyret i marken.
Selvom der indgår en barriere til at begrænse strømmen i kontrolsløjfen, skal en anordning, som placeres i risikoområdet, også være designet til at overholde kravene i de forskellige standarder, hvilket i praksis betyder at feltinstrumenteringens placering bestemmes af systemanalysen og er upåvirket af indikatoren der indgår i strømsløjfen.
Brugen af ”nA” indikatorer
Anvendelsen af indikatorer med betegnelse nA er mindre almindelig end egensikre indikatorer, men de løser problemet med at levere lokale indikationer i eksplosionsfarlige områder for alle andre beskyttelsesmetoder. Instrumentere der er mærket som nA instrumenter bruger samme elektriske kredsløb som almindelige sikre instrumenter, men de skal opfylde nogle strengere kabinet krav for at opnå nA klassifikationen. Der er således krav for slagstyrke og tæthedsklasse, ligesom plastik indkapslinger skal testes for bestandighed mod solstråling samt opfyldelse af en række krav til de antistatiske egenskaber.
”nA” indikatorer er sædvanligvis certificeret iht. IECEx eller ATEX direktivet og certificeringen er uafhængig af gas klassificeringen, men kræver temperatur klassificering. Indikatorerne er normalt certificeret T5 eller T6, hvor en maksimal indgangsstrøm [100mA] og spænding [30V] er specificeret, men de må som nævnt kun monteres i Zone 2, som dog også er den logiske placering for lokal indikatorer, så det er ikke én alvorlig begrænsning.
Valget af udstyr til brug i et ”nA” kredsløb i det sikre område er ret simpelt. Det skal være rimeligt pålideligt og betragtes som tilstrækkeligt sikkert for vedligeholdelsespersonale at røre ved. På europæisk plan betyder det at såfremt udstyret er CE-mærket, er det næsten helt sikkert acceptabelt.
Strømforsyningen til denne type instrumentering er som regel en 24V strømforsyning med en eller anden form for spændings- og strømregulering. Den skal opfylde kravene til personalesikkerhed og være galvanisk isoleret fra netforsyningen, idet man dog skal vurdere hvad der sker hvis der ved en fejl optræder en unaturlig høj spænding- eller strøm på udgangen. Da der ikke findes nogen ”officiel” vejledning for dette kan kredsen i denne sammenhæng specificeres ud fra de værdier som er anvendt i "simpelt apparat” -klausulen for egensikre instrumenter dvs. med maks. værdier som ikke overstiger 1,5V, 100mA og 25mW.
Da strømforsyninger normalt er fælles for en række kredsløb, bestemmes maksimumsværdien af den strøm der må løbe i kredsen normalt af en sikring, og værdien af denne bestemmes af den laveste tilladte strøm fra udstyret i det farlige område. Tilsvarende er den værdi, der bestemmer reguleringen af strømforsyningen, den lavest tilladte spænding til udstyret i det farlige område,
Nogle gange er kredsløbet jordet i det sikre område, men i modsætning til egensikre kredse er der ikke krav til at ”nA” kredsløb skal jordes på i et punkt. Normalt er det ønskeligt at kredsen jordes for at undgå interferens fra eventuelle jordstrømme.
Figur 4 illustrerer en typisk anvendelse idet der tilknyttes en række kommentarer (numrene):
1 - Den tilladte placering af feltudstyret bestemmes af apparats certifikat.
2 - Computerinterfacet skal levere et reguleret 24V forsyning og acceptere et 4/20mA retur signal.
3 - Indikatoren er certificeret 'nA T5' og skal monteres i Zone 2 inden for det tilladte temperaturområde.
4 - Feltudstyret kan monteres med enhver form for beskyttelse, bortset fra egensikring.
5 - Koblingssikringerne giver overstrøm beskyttelse og fungerer som ”adskillelse” i kredsløbet.
6 - Kablerne skal være i overensstemmelse med de relevante lokale krav for installationer. Normalt er kablet pansret eller har en hærdet ydre kappe, for at minimere risikoen for mekanisk skade.
7 - Hvor skærme anvendes, skal de jordes i et punkt og afsluttes så der undgås utilsigtede jordsløjfer.
Konklusion
En 2-wire forsynet lokalindikator der er monteret i et robust kabinet, placeret i zone 2 og forsynet med indgangssignaler i overensstemmelse de foreskrevne Ex nA parametre, kan bruges sammen med næsten alle andre former for klassificeret udstyr. En fornuftig risikoanalyse danner grundlag for en optimal løsning af opgaven, en løsning der ofte medfører at dele af anlægget kan omklassificeres og dermed ”blot” skal møde krav der betyder en simplificeret installation af eklektriske udstyr.
I forbindelse med den igangværende harmonisering af de forskellige Ex-direktiver skal man være opmærksom på at IEC har til hensigt at konvertere 'Ex nA' krav i "Ex ec" krav. Det forventes dog ikke der vil være nogle signifikante ændringer i kravene, så overgangen bør ikke være så vanskelig og det vil være muligt at finde en acceptabel løsning sikrer forsat brug af de lidt ”lettere” anvendelige ”nA” instrumenter.
Læs om lokale display til Ex-områder hér
Bliv beriget med relevant viden indenfor tavleinstrumenter herunder brugen af egensikre indikatorer og ”nA” indikatorer.
Læs vores udvalg af artikler her på siden eller se vores produktsortiment ved at klikke på tavleinstrumenter.