Приложение F (справочное). Подавление перенапряжений в искробезопасной цепи

Приложение F
(справочное)

Подавление перенапряжений в искробезопасной цепи

F.1 Введение

Настоящее приложение поясняет возможный вид защиты искробезопасной цепи от перенапряжений, вызываемых близким грозовым разрядом. Этот вид защиты применяется только в том случае, если оценка степени вероятности грозового разряда и последствий такого события показывает, что защита необходима. Пример иллюстрирует выполнение оценки; это не единственно возможное решение.

F.2 Защищаемая установка

На рисунке F.1 показана типовая установка, в которой нейтраль напрямую подсоединена к пластине заземления. Допускаются другие способы заземления. Датчик температуры входит в клетку Фарадея в резервуаре, содержащем легковоспламеняющееся вещество. Сопротивление чувствительного элемента преобразуется в ток 4-20 мА преобразователем с внутренней изоляцией. Этот ток затем подается в сеть с компьютерным вводом через гальванический разъединитель. Комбинация разъединителя, преобразователя и чувствительного элемента должна оцениваться как искробезопасная система, и именно эту систему оценивают в приложении Е.

F.3 Броски напряжения, вызываемые грозовым разрядом

Один из возможных сценариев таков: грозовой разряд попадает в резервуар в точке X и получающийся в результате ток распространяется через основание резервуара и эквипотенциальное соединение установки. Переходное напряжение (обычно - 60 кВ) появляется между верхней частью резервуара (X) и клеммой заземления компьютера "0" вольт (Y). Переходное напряжение вызовет пробой в гальванической развязке и изоляции преобразователя и может создать боковую вспышку в паровом пространстве резервуара с высокой вероятностью взрыва.

F.4 Профилактические меры

Ограничитель перенапряжения (защитный разрядник) может быть установлен на резервуаре, чтобы защитить изоляцию датчика и, таким образом, предупредить появление разницы потенциалов внутри резервуара. Ограничитель перенапряжения соединяется с резервуаром, чтобы защитить клетку Фарадея. Многоэлементный ограничитель перенапряжения ограничивает изменение напряжения (60 В) до уровня, который может быть легко поглощен изоляцией датчика.

Второй разрядник для защиты от атмосферных перенапряжений необходим для предупреждения повреждений гальванической развязки и входных цепей компьютера. Этот разрядник обычно устанавливают во взрывобезопасной зоне и подключают, как указано. Перенапряжение общего вида на разъединителе не вызовет перегрузки изоляции в гальванической развязке.

Система не является искробезопасной при переходном напряжении, высокие значения тока и напряжения отсутствуют в наиболее опасных местах внутри резервуара и присутствуют в относительно безопасном месте нахождения соединительных кабелей.

Система непрямо заземлена в двух точках, и во время переходного процесса уравнительный ток способен вызвать воспламенение. Однако в условиях нормальной работы непрямые заземления не являются токопроводящими, и требуется достаточно высокое напряжение (120 В) между заземляющими соединениями сетей защиты от атмосферных перенапряжений, чтобы появился значительный ток. Такое напряжение не должно существовать в течение продолжительного периода времени, поэтому сети достаточно безопасны.

F.5 Подтверждающая документация

Необходимо внести изменения в описательный документ системы, чтобы он включал имеющиеся сети ограничения перенапряжения. Их действие в нормальных условиях работы должно быть проанализировано с учетом их соответствующих характеристик, которые могут включать небольшие значения емкости и индуктивности.

Необходимо учесть и оценить непрямое заземление в двух точках и представить параметр приемлемости.

F.6 Дополнительная защита

Там, где грозовые разряды считаются значительной проблемой, следует рассмотреть возможность установки ограничителя перенапряжений на сетевой источник питания системы контрольно-измерительных приборов. Всплески напряжения в сети могут нарушить гальваническую развязку источника питания или цепи сигнала управления. Некоторая степень защищенности заложена в требованиях о соответствии стандартам к электромагнитной совместимости, но этого недостаточно для большинства случаев перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами.

Подобным образом на других возможных путях попадания грозовых разрядов в систему должна быть поставлена защита от перенапряжений.