EXI-laitteet ja asennukset

Exi-laitteet ja niiden asennus
Risto Sulonen
VTT Expert Services Oy
25.4.2013
Perusperiaate
 Piiriin menevä energia < MIE
 Piirissä varastoituva tai
syntyvä energia < MIE
 Laitteiden ja komponenttien
pintalämpötilat < vaaraa
aiheuttavan kaasun
itsesyttymislämpötila
 Tilaluokissa 0 ja 1
vikatilanteetkaan eivät saa
aiheuttaa vaaraa
2
25.4.2013
Sovellettavat standardit
LAITEVAATIMUKSET
- EN/IEC 60079-0 Yleisvaatimukset
- EN/IEC 60079-11
Exi-laitteet
- EN/IEC 60079-25
Exi-järjestelmät
ASENNUSVAATIMUKSET
- SFS-EN 60079-14
3
25.4.2013
4
Yksinkertaiset laitteet
Eivät vaadi hyväksyntää eikä Exmerkintää
25.4.2013
5
25.4.2013
6
Pinta- ja ilmavälit liittimissä
Eri Exi-piirien välillä
Exi- ja muiden piirien
välillä
- 50 mm tai väliseinä
25.4.2013
Exi-piirin virta- ja jänniterajat
7
25.4.2013
Exi-piirin virta- ja jänniterajat
8
25.4.2013
Exi-piirin virta- ja jänniterajat
9
25.4.2013
10
Exia-vikatarkastelu
 Laitteen virtapiiri ei saa aiheuttaa syttymistä yhdessäkään seuraavista
tapauksista:
- normaalitoiminnassa (varmuuskerroin 1,5)
- pahimman tilanteen aiheuttavissa ei-laskettavissa vioissa
(varmuuskerroin 1,5)
- yhden laskettavan vian ja pahimman tilanteen aiheuttavien eilaskettavien vikojen vaikuttaessa yhtäaikaa (varmuuskerroin 1,5)
- kahden laskettavan vian ja pahimman tilanteen aiheuttavien eilaskettavien vikojen vaikuttaessa yhtäaikaa.
(varmuuskerroin 1,0)
25.4.2013
11
Exib-vikatarkastelu
 Laitteen virtapiiri ei saa aiheuttaa syttymistä yhdessäkään
seuraavista tapauksista:
- normaalitoiminnassa (varmuuskerroin 1,5)
- pahimman tilanteen aiheuttavissa ei-laskettavissa vioissa
(varmuuskerroin 1,5)
- yhden laskettavan vian ja pahimman tilanteen aiheuttavien
ei-laskettavien vikojen vaikuttaessa yhtäaikaa
(varmuuskerroin 1,5)
25.4.2013
Liitännäislaitteet
 Zenerbarrieri
 Galvaaninen erotus
12
25.4.2013
Zener-barrierin toiminta
13
25.4.2013
14
Zener-suojien maadoitus
IT- ja TT-järjestelmissä potentiaalintasaukseen
TN-S- järjestelmässä syöttävän keskuksen
maadoituskiskoon
- resistanssi alle 1 
- johtimen on oltava eristetty ja sitä ei saa
kytkeä laitekotelon runkoon
- suojattava tarvittaessa mekaanisesti
Johdinpoikkipinta
- kaksi 1,5 mm2 johdinta tai
- yksi 4 mm2 johdin
25.4.2013
Exi-laitteiden merkinnät
Itsenäinen laite
Exi-piiriin liitettävä
laite
15
25.4.2013
Exi-liitännäislaitteen merkinnät
Ei Ex-alueella
Exd-kotelossa
16
25.4.2013
Exi-asennukset
Laite sisältää
monimutkaisia virtapiirejä ja
energiaa varastoivia
komponentteja
Erityisehdot
Ex i
Turvalliset
raja-arvot
V MAX , I MAX, P MAX, L 0, C 0,
L/R
Kaapeliparametrit
Teholähde
Suurimmat sallitut
sisäänmenoarvot V i, I i ,
P i , ja vastinarvot C eq,
L eq
17
25.4.2013
18
Exi tilaluokissa 1 ja 2
 Laitteet vähintään Exib
 Liitännäislaitteet
- Ex-tilan ulkopuolelle
- syöttöjännite  Um
- syötön oikosulkuvirta  1500 A
 Kaapeleiden jännitelujuus väh. 500 V ja sähköiset
parametrit selvillä
 Kaapelien sähköinen suojavaippa maadoitetaan vain
yhdestä pisteestä
 Mikäli armeeraus toimii vain mekaanisena suojana,
se maadoitetaan yleensä molemmista päistä
25.4.2013
19
Kaapelisuojavaippojen maadoitus
Erotusriviliitin
Erotettu
Exilähetin
Verkkojännite
Barrieri
Erotettu
TC
Vaaratt.
tilan
laite
Barrieri
S1
S2
S4
S3
Ei-erotettu
TC
Barrieri
Barrierin maadoitus < 1 ohm
S1
Suojakotelon potentiaalintasaus
Järjestelmän maa
S1…S4 - Kaapeleiden suojavaipat
25.4.2013
20
Exi-kaapelointi
 Häiriösuojaus
 Suojatut ja/tai parikierretyt
kaapelit tai riittävä etäisyys
 Mekaaninen suojaus
 Erilleen muista
kaapeleista, tai erikseen
suojattu, tai
käytetään suojattuja
kaapeleita
 Johtimet
 Ei samassa kaapelissa tai
nipussa muiden johtimien
kanssa
25.4.2013
Exi-kaapelien merkintä
 Suojaamattomat kaapelit on merkittävä
 Mikäli merkintään käytetään kaapelivaipan väriä, on
sen oltava vaalean sininen
 Vaalean sinisiä kaapeleita ei saa käyttää muuhun
tarkoitukseen
 Sekoittuminen nollajohtimen kanssa on estettävä
21
25.4.2013
22
Exi-monijohdinkaapelit
 Johtimien eristyspaksuus vähintään 0,2 mm
 Jännitelujuus 500 V suojavaipan ja johtimien välillä ja
1000 V eri johtimien välillä
 Exi-järjestelmissä vikatarkastelu:
Tyyppi A: parisuojatut kaapelit; ei vikoja
Tyyppi B: jännite enintään 60 V ja suojattu
vaurioilta; ei vikoja
Muut: viat otettava huomioon
25.4.2013
23
Exi-liitäntöjen pinta- ja ilmavälit
 Eri Exi-piirien välillä:
väh. 6 mm
 Exi-piirin ja maan välillä:
väh. 3 mm
 Exi-piirin ja muiden piirien
välillä:
mm
väh. 50
25.4.2013
Esimerkki huonosta Exi-asennuksesta
24
25.4.2013
Exi tilaluokassa 0
 Laitteet Exia
 Suositellaan galvaanista erotusta
 Piirin maadoitus tilaluokan 0 ulkopuolella
 Tarvittaessa ylijännitesuojat
25
25.4.2013
26
Exi-piirien varmentaminen
 Sallittujen sähköisten arvojen tarkastaminen
 Sallitun kaapelipituuden määrittäminen
 Lämpötilaluokan määrittäminen
- yksinkertaisilla laitteilla laskemalla tai pintaalataulukkoa käyttäen
 Räjähdysryhmän määrää piirissä oleva alhaisimman
räjähdysryhmän omaava laite
 Exi-järjestelmistä on laadittava järjestelmäkuvaus
25.4.2013
Exi-piirin komponenttien
yhteensovittaminen
27
25.4.2013
28
Kaapelien induktanssi ja
kapasitanssiarvot
Kaapelivalmistajan ilmoittamat suurimmat
arvot, tai
Kaapelinäytteestä standardin liitteen C
mukaisesti mitatut arvot, tai
200 pF/m ja 1 μH/m, mikäli kaapelissa 2 tai 3
johdinta
25.4.2013
Exi-piirien sallitun
kaapelipituuden
varmentaminen
 Piirissä olevien Exi-laitteiden Li tai Ci on < 1%
liitännäislaitteeseen merkityistä arvoista Lo ja Co
- Kaapelille sallitut arvot: Lo – Li ja Co – Ci
 Piirissä olevien Exi-laitteiden Li ja Ci on >1%
liitännäislaitteeseen merkityistä arvoista Lo ja Co
- Kaapelille sallitut arvot: Lo/2 – Li ja Co/2 - Ci
29
25.4.2013
30
Käytännössä ilmeneviä
virheitä / epäselvyyksiä
• Tilaluokka määrittelemättä
• Ex-tilaluokka ja suojausmenetelmä
yhteensopimattomia
• Koko mittapiiri oltava oikein rakennettu
( kenttälaite - kaapeli - liitännäislaite )
• Zenerbarrierin tarvitsema maadoitus
epäselvää
• Zenerbarrierin ja aktiivisen barrierin
eroavaisuuksissa epäselvyyksiä
25.4.2013
31
Kysymys 1:
Tarkista valittujen komponenttien yhteensopivuus
II 1 G
EEx ia IIC T6
+ 24 V
ei-Ex-tulo
Pt100
2J
R/I
tila 1
ei-Ex
DCS
25.4.2013
32
Ratkaisu 1.1:
lisättävä barrieri
II 1 G
II (1) G
EEx ia IIC T6
[EEx ia] IIC
+ 24 V
ei-Ex-tulo
Pt100
R/I
tila 1
Ex
-barrieri
DCS
ei-Ex
apujännite
25.4.2013
33
Ratkaisu 1.2:
vaihdettava hyväksytty tulokortti
II 1 G
EEx ia IIC T6
+ 24 V
Ex-tulo
Pt100
2J
R/I
tila 1
DCS
ei-Ex
II (1) G
[EEx ia] IIC
25.4.2013
34
Kysymys 2:
Tarkista valittujen komponenttien yhteensopivuus
II 2 G
[EEx ib] IIC
II 1 G
II 1 G
EEx ia IIC T6
EEx ia IIC T6
+ 24 V
2J
2J
123.45
R/I
jännitelähde
tila 0
ei-Ex
25.4.2013
35
Ratkaisu 2:
1
jännitelähde vaihdettava
II 1 G
[EEx ia] IIC
II 1 G
II 1 G
EEx ia IIC T6
EEx ia IIC T6
+ 24 V
2J
2J
123.45
R/I
jännitelähde
tila 0
ei-Ex
0
25.4.2013
VTT luo teknologiasta
liiketoimintaa
36