Räjähdysvaaralliset tilat ja “yksinkertaiset laitteet”

Mikä on “yksinkertainen laite” mahdollisesti räjähdysvaarallisissa tiloissa? Se on laite, jonka räjähdysvaarallisen ympäristön riskit on helppo arvioida. Se voi olla liitäntärasia, merkkivalo/LED, kytkin tai yksinkertainen lämpötila-anturi Pt100:lla. Tarkempia tietoja räjähdysvaarallisista ympäristöistä ja sähkölaitteista on muissa KROHNE Inorin julkaisemissa asiakirjoissa tai yksityiskohtaisissa tutkimuksissa jäljempänä tekstissä mainituista standardeista. KROHNE Inor valmistaa ja toimittaa myös laajan valikoiman Ex-sertifioituja lämpötila-antureita, joissa on vastaavalla tavalla sertifioituja elektronisia moduuleja, antureita.

Yksinkertaiset laitteet on arvioitava, ei sertifioitava, räjähdysvaarallisissa ympäristöissä käytettäväksi. Arvioinnin voi suorittaa pätevä valmistaja, käyttäjä tai konsultti. Arviointitodistus on laadittava kirjallisena ja sen tueksi on laadittava tekniset asiakirjat. Muodollisuuksista lisää myöhemmin tekstissä.

Kyse ei saa olla “monimutkaisista” laitteista, jotka koostuvat painetuista piirilevyistä, joissa on yhdistelmä kondensaattoreita, käämejä ja puolijohteita, kuten viestimuuntimissa. Tällaiset laitteet edellyttävät sertifiointia ennen käyttöä räjähdysvaarallisissa ympäristöissä. Tätä sertifiointia säännellään sekä kansainvälisillä että kansallisilla säädöksillä. Säädökset koskevat myös yksinkertaisia laitteita. Esimerkkinä tällaisesta sääntelystä on ATEX-direktiivi ja sen yhdenmukaistetut standardit sekä todistuksia myöntävien ilmoitettujen laitosten verkosto.

Kuva. 1 Esimerkki yksinkertaisista laitteista; lämpötila-anturi, kaapelianturi ja liitäntärasia.

KROHNE Inor voi toimittaa sekä lämpötila-antureita että liitäntärasioita yksinkertaisina laitteina. Lämpötila-anturit voivat olla esimerkiksi kaapeliantureita eli kaapelia, jonka päässä on Pt100-elementti, joka on suojattu ruostumattomasta teräksestä valmistetulla putkella ja joka mittaa lämpötilaa. Liitäntäkotelot voivat olla neliskanttinen metallikotelo, jossa on liitäntäliitin edellä mainituille kaapeliantureille, tai tyhjä “kotelo”, joka koostuu liitäntäpäästä, kaulaputkesta ja suojataskusta, joka puolestaan voi sisältää sertifioidun mittaussisällön. Jälkimmäisessä tapauksessa yhdistelmästä liitäntärasia = yksinkertainen laite ja mittaussisäosa = sertifioitu laite tulee pieni järjestelmä, joka arvioidaan vuorollaan.

Yksinkertaisen laitteen määritelmä

Yksinkertainen laite määritellään standardissa EN 60079-11, ja sen on täytettävä kaikki standardin EN 60079-0 (yleiset vaatimukset) ja EN 60079-11 (vaatimukset luonnostaan vaarattomille laitteille) koskevat vaatimukset, lukuun ottamatta standardin EN 60079-11 kohdan 12 vaatimuksia, jotka koskevat laitteen merkintöjä.
EN 60079-11:ssä yksinkertainen laite määritellään “rakenteeltaan yksinkertaiseksi sähkökomponentiksi tai komponenttien yhdistelmäksi, jolla on tarkoin määritellyt sähköiset parametrit ja joka on sopusoinnussa sen virtapiirin luontaisen turvallisuuden kanssa, jossa laitetta käytetään”. Tämä tarkoittaa, että seuraavat laitteet määritellään EN60079-11:ssä yksinkertaisiksi laitteiksi: Standardissa EN60079-11 yksinkertainen laite määritellään “sähkökomponentiksi tai yksinkertaisen rakenteen komponenttien yhdistelmäksi, jolla on hyvin määritellyt sähköiset parametrit ja joka on yhteensopiva sen piirin luontaisen turvallisuuden kanssa, jossa laitetta käytetään” (käännös englanninkielisestä versiosta). Tämä tarkoittaa, että seuraavat on määritelty standardissa EN60079-11 yksinkertaisiksi laitteiksi:

1. Passiiviset komponentit, kytkimet, kytkentärasiat, vastukset ja yksinkertaiset puolijohteet (tyypillisesti diodit)
2. Varastoidun energian lähteet, jotka koostuvat komponentista yksinkertaisessa piirissä, jossa on tarkasti määritellyt parametrit; esimerkiksi kondensaattori tai kela, jonka arvo on otettava huomioon järjestelmän turvallisuutta määritettäessä
3. Tuotetun energian lähteet; esimerkiksi lämpöparit ja valokennot, jotka tuottavat enintään 1,5 V, 100 mA ja 25 mW.

Kuva. 2 Yksinkertaiset komponentit, a) vastukset ja b) LEDit.

Koska yksinkertainen laite voidaan sijoittaa räjähdysvaaralliseen tilaan, on määritettävä laitteen pinnan enimmäislämpötila (pinta tarkoittaa räjähdysvaaralliselle ympäristölle altistuvaa pintaa). Edellä mainituissa standardeissa annetaan joitakin suuntaviivoja, joita voidaan käyttää; jos niitä ei voida soveltaa, on tehtävä mittauksia tai päteviä laskelmia.

Muut vaatimukset

Yksinkertaisten laitteiden on täytettävä myös muut vaatimukset, jotta estetään laitteen ympärillä mahdollisesti olevan räjähdyskelpoisen ilmakehän syttyminen. Näihin kuuluu kotelomateriaalien valinta, jotka eivät saa aiheuttaa sähköstaattista purkausta tai tuottaa kipinöitä, kun koteloa lyödään. Tämä tarkoittaa sitä, että muovimateriaalia voidaan käyttää vain, jos sen on osoitettu olevan vaikeasti latautuvaa ja siten kykenevän hajottamaan sähköstaattisen varauksen. Alumiiniset metallikotelot on valmistettava seoksesta, joka ei sisällä liikaa magnesiumia tai muita kipinöintiin alttiita metalleja. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut osat ovat turvallisia.

Kuva. 3a Kipinä kevytmetallirasiasta, johon teräsvasaralla on isketty
Kuva. 3b Kipinä muovilaatikosta, jota hierotaan kangasrätillä.

Jopa yksinkertaisissa laitteissa on oltava riittävä eristys maadoitusta ja muita sähköpiirejä vastaan. Vähintään 500 V vaihtojännite.

Valmista lämpötila-anturia, joka on yksinkertainen laite, voidaan käyttää sopivassa luonnostaan vaarattomassa järjestelmässä, joka koostuu esimerkiksi anturista, muuntimesta, näytöstä, virtalähteestä ja arviointilaitteista, kuten ohjausjärjestelmästä. Järjestelmän arviointia varten KROHNE Inor toimittaa lämpötila-anturin mukana todistuksen, jossa ilmoitetaan esimerkiksi enimmäispintalämpötila ja muut olennaiset parametrit.

Kaikkien näiden vaatimusten ansiosta lämpötila-antureiden erikoismuunnokset voidaan ilmoittaa ja käyttää räjähdysvaarallisissa tiloissa, vaikka laitteilla ei olisikaan Ex-todistusta. Oikean arvioinnin tekeminen ja vaadittujen todistusten kirjoittaminen yksittäiselle laitteelle edellyttää kuitenkin vankkaa tietämystä sekä säädöksistä että lämpötila-antureiden komponenteista ja rakenteesta. KROHNE Inorilla on tämä tietämys.

Kuva. 4 Esimerkki valmistajan ilmoituksesta – Yksinkertainen laite