DE10105269A1 - Eigensichere Begrenzerkaskade - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung für explosionsgefährdete Bereiche zur Verbesserung der eigensicheren, aktiven Höchstwerte eines Geräteanschlusses. Mit der Baumusterprüfbescheinigung für ein explosionsgeschütztes Gerät durch eine benannte Stelle und den Bauelementen der Begrenzerschaltung sind die Höchstwerte von Spannung, Strom, Leistung, Kapazität und Induktivität festgelegt. Bei Zusammenschaltungen verschiedener Geräte mit eigensicheren Stromkreisen müssen diese Daten nach den Errichtungsvorschriften aufeinander abgestimmt werden. Hierbei kommt es oft zu Schwierigkeiten wegen zu großer Höchstwerte für aktive Geräteanschlüsse. Diese großen Höchstwerte für ein gegebenes Gerät werden durch Vorschalten einer Sicherheitsbarriere, die eine weitere Begrenzerschaltung enthält, wesentlich verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, zur Verbesserung von Zusammenschaltungen eigensicherer und zugehöriger Betriebsmittel mit eigensicheren Stromkreisen in explosionsgefährdeten Betriebsanlagen der Chemie und Verfahrenstechnik.

In explosionsgefährdeten Bereichen müssen elektrische Betriebsmittel in zertifizierter, explosionsgeschützter Ausführung eingesetzt werden. Diese sind üblicherweise in der Zündschutzart Eigensicherheit ausgeführt, deren Prinzip darin besteht, Spannungen, Ströme, Leistungen, Kapazitäten und Induktivitäten nach genormten Zündgrenzkurven auf sichere Werte zu derart begrenzen, dass an den Bauteilen keine gefährliche Übererwärmung auftritt und dass bei Kurzschluss, Erdschluss und Trennung des eigensicheren Stromkreises kein zündfähiger Funken entsteht. Die Höchstwerte dieser elektrischen Daten sind durch die Ausführung der Begrenzerschaltungen festgelegt und durch die Baumusterprüfbescheinigung der Benannten Stelle unveränderbar dokumentiert. Für die Zusammenschaltung eigensicherer und zugehöriger Betriebsmittel gibt es nach DIN EN 60079-14 festgeschriebene Regeln, die unbedingt zur Abwendung von Zündgefahren einzuhalten sind.

Hierbei sind die elektrischen Daten bzw. Höchstwerte der beteiligten Geräte und der Verbindungsleitungen aufeinander abzustimmen.

Diese Zusammenschaltungsregeln können häufig bei der Zusammenschaltung von Geräten verschiedener Hersteller und weit auseinanderliegender Entwicklungsepochen häufig nicht erfüllt werden, wenn die Höchstwerte für Spannung, Strom und/oder Leistung der aktiven Geräteanschlüsse zu groß sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine einfache Zusatzmaßnahme in Gerätetechnik und Zusammenschaltung die zu großen elektrischen Höchstwerte aktiver Geräteanschlüsse zu reduzieren und dadurch die Zusammenschaltbarkeit in eigensicheren Stromkreisen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Zusatzvorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Dem explosionsgeschützten Betriebsmittel mit den zu großen Höchstwerten wird ein Gerät mit einer weiteren Begrenzerschaltung vorgeschaltet, wodurch sich eine Herabsetzung der eigensicheren Höchstwerte am Anschluss des Vorschaltgerätes ergibt.

Durch die Kaskadierung zweier Begrenzerschaltungen ergeben sich geringere Höchstwerte wie für jede einzelne Begrenzerschaltung genommen.

Durch die Herabsetzung der Höchstwerte sind in den Betriebsanlagen größere Kabellängen für die eigensicheren Stromkreise möglich.

Ohne Nachzertifizierung oder Änderung der explosionsgeschützten Betriebsmittel ist die Errichtung weiterer eigensicherer Zusammenschaltungen möglich.

Durch die Kombination rechteckförmige Begrenzungskennlinie für das vorhandene Gerät und lineare Begrenzungskennlinie für das Vorschaltgerät kann bei den Eigensicherheitsnachweisen nach PTB-Bericht W-39 und PTB-Bericht ThEx-10 (beide Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig) die Leistungsecke (im Rechteck oben rechts) abgeschnitten werden, was zu höheren zulässigen Kapazitäten und Induktivitäten in den Zündgrenzkurvenfeldern dieser Beurteilungsverfahren führt und somit die Aufrechterhaltung der Eigensicherheit erst ermöglicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 Zusammenschaltung von bestehendem Gerät und Vorschaltgerät

Fig. 2 Begrenzungskennlinie des Vorschaltgerätes

Fig. 3 Begrenzungskennlinie des bestehenden Gerätes

Fig. 4 Begrenzungskennlinie der Gerätekombination

Gemäß Fig. 1 hat das bestehende Gerät 1 mit den ungünstigen Höchstwerten eine sichere galvanische Trennung mit Anpasselektronik 2, eine elektronische Strombegrenzung 3 und zwei in Sperrrichtung geschaltete Zenerdioden 4 zur Spannungsbegrenzung. Die Klemmen 5a, 5b sind nichteigensicher beschaltet, während an den Klemmen 6a, 6b eigensichere Höchstwerte in ungünstigen Daten auftreten können.

An letztgenannte Klemmen 6a, 6b wird als Vorschaltgerät eine Sicherheitsbarriere 7 mit den Klemmen 8a, 8b angeschlossen, also mit dem Anschluss der nichteigensicheren Seite gemäß Sicherheitsbarrieren-Baumusterprüfbescheinigung.

Die Sicherheitsbarriere 7 hat eine konventionelle Innenschaltung mit Vorwiderstand 9, Schmelzsicherung 10, Zenerdioden 11 in Sperrrichtung zur Spannungsbegrenzung und dem Strombegrenzungswiderstand 12.

Die reduzierten, günstigen Höchstwerte können am eigensicheren Anschluss 13a, 13b der Sicherheitsbarriere 7 auftreten.

In Fig. 2 ist die Begrenzungskennlinie der Sicherheitsbarriere 7 für nichteigensichere Beschaltung an den Anschlüssen 8a, 8b dargestellt, wobei beispielhaft die Höchstwerte

Uo = 20 V; Io = 100 mA; Po = 500 mW

mit
Uo: Ausgangsspannung
Io: Ausgangsstrom
Po: Ausgangsleistung
angenommen sind.

In Fig. 3 wird die Begrenzungskennlinie des bestehenden Gerätes 1 mit den zu verbessernden, ebenfalls angenommenen Höchstwerten

Uo = 20 V; Io = 28,5 mA; Po = 570 mW

gezeigt.

An den Anschlussklemmen 6a, 6b der eigensicheren Seite können diese Höchstwerte auftreten.

Fig. 4 zeigt als Ergebnis der Kombination von bestehendem Gerät 1 und Sicherheitsbarriere 7 die Begrenzungskennlinie für die eigensicheren Höchstwerte

Uo = 20 V; Io = 28,5 mA; Po = 407,55 mW.

An den eigensicheren Anschlüssen 13a, 13b der Sicherheitsbarriere 7 können diese Werte auftreten, wobei sich für den wichtigen Leistungseckwert eine Verbesserung von 570 mW auf 407,55 mW einstellt, der das Zündverhalten wesentlich beeinflusst.

Bezugszeichenliste

1

bestehendes Gerät

2

galvanische Trennung mit Anpasselektronik

3

elektronische Strombegrenzung

4

Zenerdioden zur Spannungsbegrenzung

5

a,

5

b nichteigensichere Anschlussklemmen

6

a,

6

b eigensichere Anschlussklemmen

7

Sicherheitsbarriere

8

a,

8

b nichteigensichere Anschlussklemmen der Sicherheitsbarriere

9

Vorwiderstand

10

Schmelzsicherung

11

Zenerdioden zur Spannungsbegrenzung

12

Strombegrenzungswiderstand

13

a,

13

b eigensichere Anschlussklemmen

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Vorschaltung vor den aktiven eigensicheren Geräteanschluss eines explosionsgeschützten Betriebsmittels, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (7) eine eigene Begrenzerschaltung enthält.
dass die Vorrichtung (7) eine eigene galvanische Trennung aufweist.
dass die Vorrichtung (7) von einer Benannten Stelle für sich zertifiziert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorschaltung aus einer bekannten Sicherheitsbarriere (7) oder Zenerbarriere nach DIN EN 50020 besteht.
dass die Sicherheitsbarriere (7) nicht an den Potentialausgleich angeschlossen wird, wenn das bestehende Gerät (1) eine sichere galvanische Trennung zum nichteigensicheren Anschluss aufweist.