Начинается...

УЗИП для взрывоопасных зон

УЗИП для взрывоопасных зон

А. ФЕДОРОВ – главный специалист ООО «ДЕН РУС»

На современных крупных промышленных предприятиях все шире и шире используются автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), построенные на базе микропроцессорной техники.

При всех своих известных преимуществах такие системы, однако, очень чувствительны к импульсным электромагнитным помехам, источниками которых являются прямые и удаленные удары молнии, а также процессы коммутации в электроустановках (включение/ отключение электродвигателей или других мощных электроприемников, короткие замыкания и другие нестационарные режимы работы). Импульсы с небольшой энергией (при удаленных ударах молнии или коммутациях) могут вызвать сбои в работе чувствительных микропроцессорных компонентов, что в свою очередь может нарушить нормальный рабочий процесс. А в случае воздействия мощных импульсов, характерных для прямых попаданий молнии в питающие или информационные сети, создается угроза выхода из строя и разрушения дорогостоящего оборудования систем автоматизации. Поэтому для надежного функционирования автоматизированных систем управления необходимо предусмотреть комплексную систему защиты, основной частью которой является применение Устройств Защиты от Импульсных Перенапряжений (УЗИП).

К УЗИП, защищающим чувствительное электронное оборудование, в зависимости от характеристик его устойчивости к импульсным воздействиям, предъявляется ряд требований, в том числе, по пропускной способности, максимальному уровню ограничения перенапряжений, конструктивному исполнению в зависимости от условий применения и др. Но для всех УЗИП основополагающими являются требования минимального влияния на режим работы защищаемого оборудования и окружающую среду.

Так, например, УЗИП, установленные в высокоскоростных системах передачи данных, не должны снижать скорость передачи (для этого в качестве защитных компонентов используются специальные диодные матрицы с очень низкой емкостью). А для защиты оборудования, размещенного во взрывоопасных зонах, УЗИП должны иметь специальное исполнение, предотвращающее воспламенение окружающей взрывоопасной газовой среды. Это требование имеет особую актуальность для предприятий нефтяной, газовой и химической промышленности, на которых существенная часть электрооборудования размещена во взрывоопасных либо потенциально взрывоопасных средах. Так, например, во внутреннем стандарте по электромагнитной совместимости производственных объектов ОАО «Газпром» [1] указано, что при установке УЗИП во взрывоопасной зоне они должны иметь взрывозащищенное исполнение.

Компания DEHN+SÖHNE (Германия) занимается выпуском УЗИП для использования во взрывоопасных зонах уже в течение нескольких десятилетий. За это время был накоплен огромный опыт, позволивший специалистам компании разработать линейку устройств в различных исполнениях, позволяющих охватить все возникающие на практике случаи защиты оборудования во взрывоопасных зонах от импульсных перенапряжений различного происхождения. Далее в статье будут рассмотрены такие УЗИП, а также готовые технические решения на их основе – щиты защиты от импульсных перенапряжений (ЩУЗИП) взрывозащищенного исполнения.

Самым простым, и в то же время, компактным и экономичным устройством защиты является УЗИП DEHNconnect SD2 Ex(i) (рис. 1). Такое устройство позволяет защитить двухпроводную искробезопасную сигнальную линию 24 В и представляет собой проходную клемму с пружинными контактами для монтажа на DIN-рейку в шкафу автоматики. Наличие размыкателя в конструкции клеммы позволяет осуществлять обслуживание сигнальных линий без отключения от УЗИП, что значительно упрощает сервисные работы. В комплекте с УЗИП могут поставляться маркировочные наборы и монтажные принадлежности (например, перемычки), позволяющие оптимизировать пространство в шкафу автоматики.

Рис. 1. Внешний вид и принципиальная схема УЗИП DEHNconnect SD2 Ex(i)

На рис. 2 приведены внешний вид и принципиальная схема одного из устройств защиты от импульсных перенапряжений семейства BLITZDUCTOR® XT Ex(i), предназначенных для защиты оборудования автоматики и телемеханики, установленного во взрывоопасных зонах.

Рис. 2. Внешний вид и принципиальная схема УЗИП семейства BLITZDUCTOR® XT Ex(i) для систем автоматики и телемеханики на примере устройства BXT ML4 BD EX 24

Конструктивно УЗИП семейства BLITZDUCTOR XT Ex(i) состоят из универсального базового элемента и сменных модулей с защитными компонентами в компактном корпусе (шириной 12 мм), рассчитанных на защиту различных интерфейсов (аналоговых, дискретных сигнальных линий, высокочастотных интерфейсов, например, RS-485). Важным преимуществом УЗИП BLITZDUCTOR XT Ex(i) является наличие контактов внутри базового элемента, которые замыкаются при извлечении сменного модуля (например, при проведении сервисных работ) и тем самым обеспечивают непрерывность передачи сигнала, что особенно важно для крупных промышленных объектов, где остановка рабочего процесса может привести к большим простоям и связанным с этим убыткам.

В силу того, что в процессе эксплуатации в результате перегрузок защитные компоненты схемы УЗИП подвергаются старению, что приводит к постепенному ухудшению параметров и, в конце концов, выходу УЗИП из строя, очень важно осуществлять контроль УЗИП на предмет работоспособности элементов защитной схемы. Все сменные модули УЗИП семейства BLITZDUCTOR XT Ex(i) снабжены специальным датчиком (ответчиком), позволяющим получать информацию о состоянии УЗИП бесконтактным способом посредством передачи информации по радиоканалу (RFID-технология). Система мониторинга и контроля работоспособности LifeCheck® является уникальной и не имеет аналогов.

Если требуется проведение периодического контроля работоспособности УЗИП (например, в начале и конце грозового сезона или в соответствии с графиком, рекомендованным стандартом международной электротехнической комиссии МЭК 62305-3), то можно воспользоваться переносными тестерами DRC LC M1+ или DRC LC M3+. Их применение позволяет легко и быстро проверить работоспособность сменных модулей УЗИП, для чего достаточно поднести антенну тестера со встроенным RFID-считывателем к модулю УЗИП. В результате на дисплее тестера в течение нескольких секунд появляется сообщение, говорящее об одном из возможных состояний данного модуля: «ОК», если модуль сохраняет работоспособное состояние или «Требуется замена УЗИП» в случае, если модуль поврежден или находится в предаварийном состоянии (т.е. параметры его защитных компонентов близки к критическим). Диагностика УЗИП BLITZDUCTOR XT Ex(i) с помощью тестера DRC LC M3+ показана на рис. 3.

Рис. 3. Диагностика работоспособности УЗИП BLITZDUCTOR XT Ex(i) с помощью переносного тестера DRC LC M3+

Для особо ответственных установок с целью повышения надежности их функционирования можно использовать непрерывный мониторинг состояния УЗИП. Его можно организовать с помощью стационарных блоков мониторинга DRC MCM XT или DRC SCM XT (рис.4), которые позволяют посредством обмена радиосигналами проводить проверку состояния группы УЗИП без участия эксплуатационного персонала и осуществлять передачу информации на удаленный диспетчерский пульт. В простейшем случае один блок мониторинга контролирует в режиме on-line до 10 УЗИП BLITZDUCTOR.

Далее, если требуется диагностировать более 10 УЗИП, то возможно объединение между собой несколько блоков мониторинга DRC MCM XT с помощью интерфейса RS-485, встроенного в данные блоки. Таким образом можно организовать совместную работу до пятнадцати блоков мониторинга и контролировать до 150 УЗИП.

И, наконец, при необходимости создания системы контроля для еще большего количества защитных устройств (это характерно для крупных объектов в нефтегазовой и химической отраслях, где в шкафы автоматики и телемеханики приходят до нескольких сотен и даже тысяч сигнальных линий), можно воспользоваться программным обеспечением SWP MCM ST CENTER, которое предназначено для сбора информации и вывода на экран компьютера данных с трехсот совместно работающих блоков мониторинга DRC MCM XT, т.е. с помощью данного ПО можно одновременно контролировать работоспособность до 3000 УЗИП.

Рис. 4. Стационарный блок DRC MCM XT системы мониторинга и контроля работоспособности УЗИП LifeCheck®

Вышеупомянутый стандарт СТО Газпром 2-1.11-290-2009, в котором приводятся требования по обеспечению электромагнитной совместимости на производственных объектах ОАО «Газпром», рекомендует устанавливать УЗИП в заземленный металлический щиток. При этом в случае размещения щитка во взрывоопасной зоне он должен иметь взрывозащищенное исполнение. Продуктовая линейка УЗИП для взрывоопасных зон компании DEHN+S ÖHNE дополняется алюминиевыми корпусами ALGA 5 X, которые предназначены для установки до шести защитных устройств. Размеры корпуса 160х100х85 мм, в комплект входят DIN-рейка для установки УЗИП и четыре пластиковых кабельных ввода М20х1,5, степень защиты – IP 65. Также есть возможность изготовления щитов защиты от импульсных перенапряжений (ЩУЗИП) для монтажа во взрывоопасных зонах по индивидуальному заказу. Стандартная комплектация ЩУЗИП для взрывоопасных зон (ITAK EXI BXT 24) предусматривает одно УЗИП BLITZDUCTOR BXT ML4 BD EX 24 (с базовым элементом BXT BAS EX), установленное на DIN-рейке внутри корпуса ALGA 5 X. ЩУЗИП с большим количеством, либо с другими типами защитных устройств изготавливается по специальному заказу. Таким образом удается реализовать максимально гибкую систему защиты от импульсных перенапряжений, позволяющую охватить все возникающие на практике потребности в защите оборудования во взрывоопасных зонах. Рис. 5 демонстрирует пример ЩУЗИП с установленными двумя устройствами BXT ML4 BD EX 24.

Рис. 5. Пример ЩУЗИП на основе УЗИП BLITZDUCTOR XT Ex(i), установленных в алюминиевом корпусе ALGA 5 X для применения во взрывоопасных зонах

Рассмотренные выше УЗИП предназначались для установки в шкафах автоматики, либо в специализированных щитках. Но в ряде случаев технологическое полевое оборудование размещается таким образом, что нет никакой возможности установить рядом с ним такой щиток с УЗИП, а шкафы автоматизации могут находиться на существенных расстояниях от оборудования. Для таких случаев предназначены УЗИП семейства DEHNpipe, которые устанавливаются непосредственно на защищаемое оборудование, например, датчики или измерительные преобразователи путем ввинчивания в кабельный ввод.

Ассортимент УЗИП DEHNpipe представлен более чем десятью модификациями защитных устройств, различающихся видом взрывозащиты (взрывонепроницаемая оболочка «d» или искробезопасная электрическая цепь «i»), типом защищаемых линий, номинальным напряжением (24 или 48 В), типом резьбы (метрическая М20 или дюймовая 1/2»). На рис. 6 в качестве примера представлены УЗИП DPI MD EX 24 M 2 (взрывозащита вида «i») и DPI CD EXD 24 M (взрывозащита вида «d»).

Рис. 6. УЗИП семейства DEHNpipe в исполнениях с видами взрывозащиты «i» (а) и «d» (б)

Все УЗИП семейства DEHNpipe выпускаются в высокопрочных корпусах из нержавеющей стали марки V4A и имеют степень защиты IP 67. Благодаря монтажу непосредственно на кабельный ввод защищаемого оборудования достигается максимальный защитный эффект.

Особое место среди устройств DEHNpipe занимают УЗИП DPI CD EXD 230 24 M (N), которые позволяют одновременно защищать как сигнальную линию 24 В, например, токовую петлю 4–20 мА, так и однофазную линию электропитания датчика 120/230 В.

Схема защиты слаботочной линии идентична схемам остальных УЗИП DEHNpipe и построена на базе комбинации газового разрядника и низкоемкостной диодной матрицы. Схема защиты питающей линии организована с помощью варисторов и соответствует УЗИП класса II согласно ГОСТ Р 51992-2011. Все защитные компоненты находятся внутри герметичного корпуса из нержавеющей стали со степенью защиты IP 67, вид взрывозащиты «d». Внешний вид и принципиальная схема УЗИП DPI CD EXD 230 24 M (N) представлены на рис. 7.

Рис. 7. Внешний вид и принципиальная схема УЗИП DEHNpipe CD EXD 230 24 M (N)

Создание системы защиты от импульсных перенапряжений является очень ответственной задачей, тем более, когда речь идет об ее установке во взрывоопасных зонах. На базе оборудования компании DEHN+S ÖHNE – УЗИП во взрывозащищенном исполнении, корпусов для их установки во взрывоопасных зонах и готовых технических решений на их основе – щитов защиты от импульсных перенапряжений (ЩУЗИП) – возможно профессиональное решение этой задачи, позволяющее обеспечить высочайшую надежность работы чувствительного оборудования систем автоматизации крупных промышленных предприятий. Подтверждение тому – применение на многочисленных объектах химической, нефтяной и газовой промышленности по всему миру, включая нефтеналивные порты ОАО «АК «Транснефть» и компрессорные станции ОАО «Газпром».

ЛИТЕРАТУРА:

  1. СТО Газпром 2-1.11-290-2009. Положение по обеспечению электромагнитной совместимости производственных объектов ОАО «Газпром» // ОАО «Газпром». М.: 2009
  2. Федоров А. Контроль состояния УЗИП для повышения надежности АСУ // Новости ЭлектроТехники. 2012. 1(73). с. 40–41.

Скачать статью в формате pdf →