В системах связи для взрывоопасных зон часто встречаются два совершенно разных типа устройств. Первый — усиленный телефон, переговорный терминал или пост управления с прочным металлическим корпусом, массивным крепежом и кабельными вводами. Второй внешне гораздо ближе к обычному переносному устройству: мобильному телефону, радиостанции или маломощному полевому терминалу для взрывоопасных зон. Оба типа могут иметь сертификаты для применения во взрывоопасных средах, но обеспечивают защиту принципиально разными способами.
При одном подходе к проектированию допускается, что внутри оборудования могут возникать искры, электрические дуги или нагретые элементы, способные воспламенить газовую смесь. Специально разработанная и испытанная оболочка должна локализовать внутренний взрыв. Другой подход ограничивает напряжение, ток, мощность и запасённую энергию на уровне электрической цепи, чтобы при заданных условиях доступная цепь не обладала энергией, достаточной для возникновения эффективного источника воспламенения.
Для терминалов связи эти подходы влияют на габариты, мощность громкоговорителя, конструкцию аккумулятора, дисплеи, интерфейсы, кабельную инфраструктуру, обслуживание и даже общую архитектуру сети. Поэтому при выборе следует ответить на вопросы: Какие функции связи необходимы? Какая мощность потребуется? Устройство стационарное или мобильное? Как классифицируется взрывоопасная зона? И какой вид взрывозащиты применяется ко всей цепи связи?
Что означают термины «взрывозащищённый» и «искробезопасный»?
Выражения «взрывозащищённый телефон», «взрывозащищённая радиостанция» и «взрывозащищённый терминал» часто служат общими названиями изделий, сертифицированных для взрывоопасных сред. Однако серия IEC 60079 предусматривает разные виды взрывозащиты, включая взрывонепроницаемую оболочку Ex d, повышенную защиту Ex e, искробезопасную электрическую цепь Ex i, заполнение или продувку оболочки под избыточным давлением Ex p и герметизацию компаундом Ex m. Общая цель у них одна — снизить вероятность воспламенения окружающей среды электрическим оборудованием, — но методы различаются.
Для технически точного сравнения правильнее использовать следующие определения: терминалы связи во взрывонепроницаемой оболочке (Ex d) и терминалы связи с искробезопасными электрическими цепями (Ex i). В системе IECEx стандарт IEC 60079-1 относится к взрывонепроницаемым оболочкам «d», IEC 60079-11 — к искробезопасности «i», а IEC 60079-0 устанавливает общие требования к конструкции, испытаниям и маркировке Ex-оборудования. Это важно, поскольку одной надписи «Ex» на табличке недостаточно для определения вида защиты. Дополнительные обозначения, такие как db, ia, ib и ic, также необходимо прочитать.
Два разных принципа защиты
Основное различие просто: один метод препятствует распространению взрыва, другой ограничивает энергию воспламенения.
Ex d: локализация опасности внутри оболочки
Принцип взрывонепроницаемой оболочки не заключается в гарантии полного отсутствия электрических дуг, искр или воспламенения внутри оборудования. Оболочка рассчитана на давление внутреннего взрыва при заданных условиях и предотвращает передачу пламени во внешнюю взрывоопасную среду за счёт специально сконструированных соединений и конструктивных элементов.
Поэтому прочность оболочки, взрывонепроницаемые соединения и щели, крепёж, кабельные вводы и прочие элементы, обеспечивающие целостность конструкции, становятся частью системы взрывозащиты.
Для стационарных терминалов связи такой подход даёт важное практическое преимущество: внутри оболочки можно разместить обычную коммуникационную электронику, реле, усилители и сравнительно мощные компоненты, если всё изделие спроектировано и сертифицировано с надлежащим видом взрывозащиты.
Ex i: ограничение энергии цепи ниже порога воспламенения
Искробезопасность основана на принципиально ином подходе. Вместо тяжёлой оболочки, локализующей внутренний взрыв, ограничиваются напряжение, ток, мощность и энергия, накопленная в ёмкостях и индуктивностях. Это позволяет удерживать энергию электрических искр и тепловых воздействий ниже уровня, способного воспламенить заданную взрывоопасную среду в предусмотренных нормальных и аварийных условиях.
Поэтому оценка выходит за пределы самой оболочки и охватывает электрическую цепь и всю подключённую к ней искробезопасную цепь.
| Критерий сравнения | Взрывонепроницаемая оболочка Ex d | Искробезопасность Ex i |
|---|---|---|
| Основной принцип | Выдерживает внутренний взрыв и предотвращает распространение пламени во внешнюю среду | Ограничивает электрическую и тепловую энергию, исключая эффективный источник воспламенения |
| Основной объект проектирования | Оболочка, соединения, крепёж, кабельные вводы и связанные конструктивные элементы | Напряжение, ток, мощность, накопленная энергия и параметры всей цепи |
| Типичные особенности | Прочная конструкция с большей свободой выбора мощной электроники | Контролируемая энергия, пригодность для маломощных электронных и сигнальных цепей |
| Распространённые устройства связи | Стационарные телефоны, переговорные устройства с усилением, посты управления и звуковые/световые терминалы | Портативные терминалы, радиостанции и маломощные полевые устройства |
Почему оболочки настолько различаются?
Оба принципа защиты непосредственно отражаются на внешнем виде и механической конструкции изделий.
Типичный стационарный телефон во взрывонепроницаемой оболочке имеет прочный корпус из алюминиевого сплава, нержавеющей стали или другого подходящего металла, а также предусмотренные конструкцией крышки, крепёж и кабельные вводы. Обычно он тяжелее и крупнее офисного телефона, поскольку оболочка предназначена не только для защиты от ударов — она может быть неотъемлемой частью взрывозащиты. Поэтому даже небольшие изменения конструкции требуют проверки. Замена болтов другим типом, механическая обработка соединения, сверление отверстия на месте или замена кабельного ввода могут нарушить исходные условия защиты.
В искробезопасном терминале основное внимание уделяется схемотехнике. Если цепи, компоненты, расстояния на печатной плате, накопленная энергия, аккумулятор и внешние подключения отвечают применимым требованиям, тяжёлая взрывонепроницаемая оболочка может не потребоваться. Поэтому многие сертифицированные портативные радиостанции, мобильные терминалы и приборы для взрывоопасных зон остаются компактными. Но пластиковый корпус не означает автоматически Ex i, как и металлический не означает Ex d. Вид защиты необходимо определять по маркировке и сертификату, а не по внешности изделия.
Требуемая мощность может определять выбор
Для оборудования связи одно из важнейших практических различий Ex d и Ex i связано не столько с сертификатом, сколько с энергетическим балансом.
Терминал связи — не просто датчик. Ему может потребоваться питание трубки, громкоговорителя, дисплея, подсветки, камеры, беспроводного модуля, процессора, реле, светового маяка или даже внешнего рупора. Все эти функции потребляют энергию.
Взрывонепроницаемая конструкция позволяет разместить цепи и силовые элементы, нужные для связи, при этом сертифицированная оболочка и общая конструкция контролируют соответствующую опасность. Поэтому стационарные телефоны, усиленные переговорные устройства, пункты вызова и сигнализаторы в шумных зонах часто используют Ex d либо сочетание видов взрывозащиты.
Искробезопасность ограничивает энергию в самом источнике. Это ценно для датчиков, сигнальных устройств, портативных средств связи и специально разработанной маломощной электроники. Однако если терминалу нужен постоянно высокий уровень звука, мощный громкоговоритель или энергоёмкая периферия, искробезопасное проектирование усложняется.
Следовательно, нельзя считать, что каждый телефон для взрывоопасной зоны обязательно должен быть искробезопасным. Для стационарного аппарата на шумном химическом производстве могут требоваться громкий звонок, мощная громкая связь, внешний рупор или совместная работа со звуковой и световой сигнализацией. Эти требования к мощности являются частью выбора.
| Требование к связи | Взрывонепроницаемая или комбинированная конструкция | Искробезопасная конструкция |
|---|---|---|
| Обычная двусторонняя голосовая связь | Реализуется сравнительно просто | Возможна в зависимости от сертифицированной конструкции |
| Мощная громкая связь | Больше возможностей для высокой выходной мощности | Сильнее ограничена допустимой энергией |
| Внешний мощный рупор | Реализуется в соответствующим образом сертифицированной системе | Обычно требует дополнительного анализа мощности и интерфейсов |
| Звуковая и световая сигнализация | Широко применяется в стационарных промышленных терминалах | Энергия оценивается в составе всей искробезопасной конструкции |
| Мобильное устройство с аккумулятором | Возможно, хотя конструкция может быть сложнее | Распространено в специально разработанных маломощных мобильных терминалах |
Различия в монтаже и техническом обслуживании
Ни одно из этих устройств нельзя устанавливать и обслуживать как обычный промышленный терминал, однако уязвимые места у них разные.
Взрывонепроницаемое оборудование особенно чувствительно к изменениям конструкции
При обслуживании терминала Ex d необходимо сохранить конструкцию оболочки. Нельзя произвольно шлифовать или обрабатывать взрывонепроницаемые соединения и щели, заменять предусмотренный крепёж лишь из-за совпадения размеров болтов или выбирать кабельные вводы, переходники и заглушки только по совместимости резьбы.
Сверление нового отверстия для удобства прокладки кабеля или замена исходных конструктивных частей непроверенными аналогами во время обслуживания могут повлиять на условия взрывозащиты.
Искробезопасные системы особенно чувствительны к изменениям параметров и изоляции цепи
В системе Ex i главный риск часто связан не с оболочкой, а с изменением цепи. Замена барьера искрозащиты, объединение разных цепей, изменение типа или длины кабеля, добавление неоценённого оборудования либо нарушение требуемого разделения искробезопасных и неискробезопасных цепей может изменить расчётные условия системы.
Поэтому обслуживание искробезопасной цепи связи нельзя ограничивать вопросом о совпадении напряжения нового и старого оборудования. Следует повторно проверить параметры всей системы и применимую монтажную документацию.
Ещё одно распространённое заблуждение: «Раз цепь искробезопасна, её всегда можно разъединять или ремонтировать под напряжением». В отдельных случаях искробезопасность действительно упрощает обслуживание, но разрешение на работу под напряжением зависит от сертификата оборудования, процедур предприятия, применимых стандартов и наряда-допуска. Искробезопасность не означает автоматического разрешения на любые работы под напряжением.
Вид взрывозащиты должен соответствовать задачам связи
Во взрывоопасных зонах Ex d и Ex i — не конкурирующие товарные обозначения, а два инженерных метода. Ex d решает задачу локализации опасности сертифицированной конструкцией при наличии цепей с потенциально достаточной энергией воспламенения. Ex i решает другую задачу: ограничивает электрическую и тепловую энергию цепи ниже эффективного порога воспламенения. Первый подход предоставляет больше возможностей стационарным средствам связи с высокой громкостью, большей мощностью и сложными полевыми интерфейсами. Второй особенно подходит маломощным цепям, мобильным терминалам, контрольно-измерительным приборам и применению, где энергию необходимо строго ограничивать. Однако окончательное решение всегда связано с конкретной маркировкой Ex, сертификатом и условиями эксплуатации изделия.
Промышленные системы связи не должны требовать одинакового вида защиты для всех устройств только ради унификации. Химический завод может одновременно использовать стационарные телефоны Ex d, мобильные искробезопасные радиостанции, громкоговорители для опасных зон и обычное диспетчерское оборудование, установленное в безопасной зоне. Если каждый аппарат подходит для своего места, а платформа объединяет вызовы, PTT, диспетчеризацию и тревоги в единый процесс, такая смешанная архитектура часто лучше соответствует реальным задачам.
Becke Telcom поставляет взрывозащищённые телефоны, промышленные терминалы связи, системы IP PBX, SIP-серверы, шлюзы RoIP и системы командно-диспетчерской связи для нефтегазовой, химической, энергетической отраслей, складских объектов и других взрывоопасных применений.
Часто задаваемые вопросы
Взрывонепроницаемость и искробезопасность — это два уровня одного вида защиты?
Нет. «Взрывозащищённый» часто является общим названием оборудования для опасных зон, тогда как Ex i представляет собой конкретный вид защиты, основанный на искробезопасности. Для строгого сравнения следует сопоставлять Ex d (взрывонепроницаемая оболочка) и Ex i (искробезопасная цепь). Принципы различаются, и нельзя просто считать один выше другого по уровню.
Что лучше подходит для зоны 1: Ex d или Ex i?
Оба вида защиты допустимы для зоны 1, если оборудование соответствует требуемому уровню защиты и сертификат разрешает такое применение. Ex db распространён у подходящих стационарных терминалов для зоны 1; искробезопасное оборудование может иметь Ex ib или более высокий уровень защиты. Выбор зависит также от группы газа, температурного класса, среды и нужных функций.
Всегда ли искробезопасные устройства легче?
Не обязательно. Поскольку искробезопасность не требует тяжёлой взрывонепроницаемой оболочки для локализации внутреннего взрыва, маломощные портативные и полевые устройства часто могут быть компактными. Но итоговая масса также определяется аккумулятором, механической защитой, степенью IP, экраном и связными функциями. Вид защиты нельзя определять только по весу.
Можно ли подключать искробезопасное оборудование напрямую к обычному коммутатору или источнику питания?
Не во всех случаях. Могут потребоваться барьеры искрозащиты, гальванические развязки, связанное оборудование и согласование параметров всей искробезопасной цепи. По сертификату, контрольному чертежу и системному проекту следует сопоставить Uo, Io и Po с Ui, Ii и Pi, учитывая также ёмкость и индуктивность подключённого оборудования и кабелей.
Какой вид защиты подходит для стационарного телефона в шумной взрывоопасной зоне?
Если посту связи нужны громкий звонок, мощная громкая связь, внешний рупор, звуковая и световая сигнализация или иные функции с высоким энергопотреблением, Ex d либо подходящая комбинированная защита обычно дают больше конструктивных возможностей. Окончательный выбор зависит от сертификата, зоны, фонового шума и функций, а не только от вида защиты.
