آیا واقعا استفاده از barrier مهم است؟

محدود کننده انرژی که با نام  safety barrier شناخته می شوند یکی از عناصر ذاتی برای دستیابی به ایمنی در محیط هستند.

اگر در زمینه ابزار دقیق در محیط های پرخطر فعالیت کرده باشید این موضوع برای شما آشنا می باشد و اگر ندارید، این مقاله به شما کمک زیادی خواهد کرد.

در این مقاله می خواهیم درباره اینکه چه تجهیزاتی باید در محیط های پر خطر و دارای خطر انفجار  (explosive) نصب شوند  و دستیابی به بالاترین سطح از ایمنی در سیستم های plc و DCS از طریق نصب Barrier ها، صحبت کنیم.

منطقه با خطر انفجار (explosive) چیست؟

در ابتدا باید با چند مفهوم ابتدایی آشنا شویم. باید بدانیم که زون های صنعتی یکسان نیستند و در کلاس های مختلف دسته بندی می شوند. برای همه ما واضح است که نیازهای صنایع غذایی نسبت به صنایع نفت و گاز متفاوت است (از نظر فناوری اتوماسیون). هر بخشی از صنعت نیازها و ملاحظات مختلفی دارد که باید به آن ها توجه کرد.

محیط های با خطر انفجار مناطقی هستند که حاوی موادی هستند که قابلیت انفجار را در هر زمانی که شرایط موجود باشد، دارا هستند. این مواد برای مثال می توانند گاز طبیعی، هگزان خالص، گرد و غبار، مواد شیمیایی و ... باشند.

استاندارد IEC/EN این محیط ها را بر اساس تکرار وقوع و مدت زمان وقوع شرایط انفجار، به سه دسته تقسیم کرده است.

چرا یک تجهیز الکتریکی باید در هنگام نصب در محیط های انفجاری، محافظت شود؟

این واقعا سوال مهمی است. اما بیایید از مثلث آتش شروع کنیم. همه ما می دانیم که برای شروع آتش سوزی نیاز به سه شرط می باشد. وجود اکسیژن، حرارت و ماده قابل احتراق.

پس متوجه شدید که تنها چیزی که در محیط های انفجاری وجود ندارد، حرارت و جرقه است که می تواند توسط تجهیزات الکتریکی ایجاد گردد. اگر نتوان تجهیزات الکتریکی را به صورت کاملا ایمن نصب کرد، می توانند با ایجاد جرقه باعث به وجود آمدن انفجار وانواع خطرات دیگر گردند. حالا این جرقه می تواند در هنگام وقوع خطا در سیستم مانند وقوع اتصال کوتاه و یا در هنگام تغییر حالت کنتاکت های تجهیزات الکتریکی رخ دهد.

اصل ایمنی ذاتی (intrinsic safety principle )  

اصل ایمنی ذاتی (intrinsic safety principle )  در واقع وجود روش هایی است که اطمینان حاصل کنیم که یک تجهیز در محیط انفجاری به گونه ای ایمن نصب شده است که نمی تواند منجر به ایجاد آتش سوزی و یا انفجار گردد. این موضع در واقع با محدود کردن دما و انرژی که به تجهیزات الکتریکی تحویل داده می شود، رخ می دهد.

اصل ایمنی ذاتی یا intrinsic safety principle (.I.S) دارای سه قسمت اصلی است:

  1. تجهیز قرار گرفته در محیط انفجاری
  2. سیم کسی موجود در محیط
  3. بریر ها.

ایده ای که پشت این روش است این است که مقدار ولتاژ، جریان و توانی که به دستگاه در محدوده فیلد تحویل داده می شود، محدود گردد.

بنابر ان حتی اگر خطایی در محدوده پر خطر روی دهد، انرژی کافی برای ایجاد جرقه و رخ دادن آتش سوزی و انفجار وجود نخواهد داشت.

ایده پشت استفاده از بریر (safety barrier):

در فرآیند های کنترلی معمول، نیازی به استفاده از بریر برای کاهش ولتاژ و جریان نمی باشد و می توان جریان و ولتاژ دریافتی از منبع را بدون هیچ تغییری به محدوده فیلد منتقل کرد.

در هنگام استفاده از بریر، اگر خطایی در ولتاژ ورودی بریر و در safe zone رخ دهد و باعث شود 220 ولت بر روی ورودی های آن تغییر کند، مقدار حداکثر ولتاژ در خروجی های بریر، همان 24 ولت باقی خواهد ماند.

به علاوه اگر خطایی در تجهیز نصب شده در قسمت پر خطر رخ دهد، مقدار ولتاژ بریر در همان محدوده ایمن باقی خواهد ماند. 

 نکته:

ولتاژ خروجی بریر باید کمتر از ولتاژ ورودی دیوایس نصب شده در فیلد باشد. همین رابطه در مورد جریان و توان نیز صدق می کند.

حداکثر ظرفیت داخلی خازنی معادل دستگاه باید کمتر از ظرفیت داخلی خازنی معادل بریر باشد. این موضوع در مورد ظرفیت سلفی نیز صدق می کند.

از آن جایی که کابل های به کار رفته در سیم کشی نیز دارای ظرفیت سلفی (اندوکتانس) و خازنی هستند، در بررسی مورد قبلی باید لحاظ گردند و باظرفیت سلفی و خازنی دیوایس جمع گردند. 

 به طور خلاصه:

Vo<Vi                     

Io< Ii

Co>Ci

Lo> Li


یک بریر از نظر فیزیکی چگونه کار می کند؟

بریر از یک مقاومت سری شده با یک فیوز به علاوه یک دیود زنر که زمین شده است، تشکیل شده است. مقاومت جریان را حداکثر تا 100 میلی آمپر محدود می کند، دیود زنر در ناحیه 30 ولت کار می کند و فیوز دارای قدرت 30 میلی آمپر است.

بنابر این هر جریانی بیش از مقدار تعیین شده باعث سوختن فیوز بریر خواهد شد.