Барьер искрозащиты

Диоды в диодном барьере безопасности ограничивают напряжение, приложенное к искробезопасной цепи, а неповреждаемый токоограничительный резистор ограничивает ток, который может проходить по цепи. Барьеры безопасности предназначены для применения в качестве средств сопряжения искробезопасных и искроопасных цепей.^[2]

В зависимости от уровня искробезопасной цепи ia, ib, ic ветвь цепи, содержащая ограничивающий напряжение диод, должна параллельно троироваться (для ia) или дублироваться (для ib).^[3]

Искробезопасные барьеры на шунтирующих диодах (стабилитронах) были разработаны в конце 1950-х для контроллеров управления технологическими процессами в химической промышленности.

Обычно блок искрозащиты на стабилитронах (БИС) выполнен как единый неразборный блок, залитый компаундом или помещённый в неразборную оболочку, что исключает возможность ремонта или замены элементов его внутреннего монтажа.

БИС состоит из шунтирующих стабилитронов и последовательно включённых резисторов или резисторов и предохранителей.

В нормальном режиме работы электрооборудования напряжение пробоя стабилитронов не превышается — стабилитрон не проводит ток. При возникновении аварии во вторичной части системы, расположенной в безопасной зоне, и при превышении внешним напряжением значения напряжения пробоя стабилитрона (рабочей областью стабилитронов является участок на обратной ветви вольт-амперной характеристики) он переходит в режим стабилизации уровня напряжения при изменении величины протекающего через него тока. Стабилитрон начинает проводить ток. Последовательно включённый резистор ограничивает ток в цепи взрывоопасной зоны. При достижении током определённого значения срабатывает встроенный предохранитель, что предотвращает передачу недопустимо большой электрической мощности из безопасной зоны в электрические цепи оборудования, расположенного во взрывоопасной зоне.

Достоинства:

• простота изделий;
• универсальность;
• низкие потери;
• не требует отдельного источника питания;
• большая практика эксплуатации во всем мире;
• высокая плотность монтажа
• высокая точность и линейность
• низкая стоимость
• хороший частотный диапазон (до 100 кГц).

Недостатки:

• ограниченный диапазон рабочих напряжений;
• ограниченное напряжение, доступное в опасной зоне;
• необходимость фундаментального безопасного заземления барьеров;
• необходимость использования только низковольтного оборудования, обусловленное гальванической связью между опасной и безопасной зонами;
• оборудование опасной зоны должно быть изолировано от земли;
• не поддается восстановлению после аварии;
• уязвимы для молнии и других импульсных перенапряжений.

Одним из основных параметров, характеризующим барьеры, является проходное сопротивление. При снижении проходного сопротивления барьера возможно использовать датчики с большим значением минимального напряжения питания и большим сопротивлением. Использование российскими производителями мощных резисторов и мощных стабилитронов позволило снизить проходное сопротивление 24-вольтовых барьеров степени искрозащиты ib до 284 Ом. Дальнейшее уменьшение проходного сопротивления использованием более мощных стабилитронов ограничивается увеличением габаритов барьеров и увеличением их стоимости.^[4]

Барьер искробезопасности с гальванической развязкой (изолятор), разрывает любое прямое (гальваническое) соединение между электрическими цепями взрывобезопасной и взрывоопасной зон за счет использования слоя изоляционного материала между ними. Передача информации производится обычно через один из видов трансформаторов: оптрон, трансформатор или реле. Окончательно взрывобезопасность достигается за счет использования диодно-резистивной схемы, подобной шунт-диодному барьеру.

Так как цепь опасной зоны гальванически не связана с цепью безопасной зоны, блокирование чрезмерной энергии в барьере с гальванической развязкой обычно расценивают как эффективное и фундаментальное. Практически, ноль измерительного прибора обычно связан с заземленной нейтралью трансформатора энергоснабжения для предотвращения помех и соображений безопасности. Таким образом при повреждении ток замыкается на нейтраль, вызывая разрушение плавкого предохранителя, устраняющее короткое замыкание за относительно короткое время.

Достоинства:

• широкий диапазон рабочих напряжений
• высокое напряжение (мощность), доступные в опасной и в безопасной зонах;
• низкие требования к заземлению;
• отсутствие гальванической связи;
• оборудование опасной зоны может иметь контакт с землей;
• может быть восстановлен после аварии;
• слабо уязвимы для молнии и других импульсных перенапряжений;
• незаменимы в кораблестроении и для отдельных специальных применений.

Недостатки:

• сложность изделий;
• специализированное назначение для каждого устройства;
• высокое энергопотребление (2 ВА);
• необходим отдельный источник питания;
• низкая плотность монтажа;
• невысокая точность и линейность;
• высокая стоимость;
• ограниченный частотный диапазон.^[5]