Искробезопасные радиостанции: требования к конструкции и отличия от обычных моделей
Искробезопасные радиостанции представляют собой специализированные средства радиосвязи, предназначенные для эксплуатации во взрывоопасных средах.
Когда речь идет о взрывоопасной среде мы чаще всего представляем себе предприятия нефтегазовой и химической промышленности, но это также касается и других отраслей: добыча угля, пищевая промышленность (производство и хранение сахара и мукомольной продукции), машиностроение (цеха покраски и гальванические линии), деревообработка (ЦБК, производство ДСП, ДВП), текстильная промышленность (производство синтетических тканей и шелка).
Опасность взрыва возникает при одновременном наличии трёх факторов: горючего газа или пыли, окислителя (воздуха) и активного источника воспламенения, способного зажечь атмосферу (нагрев, электродуга или искра).
Подробнее о взрывоопасных зонах и классификации взрывозащищенного оборудования мы писали в данной статье.
ИСКРОБЕЗОПАСНАЯ ЦЕПЬ (ИБЦ)
Согласно ГОСТ 31610.11, искробезопасная цепь определяется как электрическая цепь, в которой любые искрения или тепловые режимы, возникающие в условиях испытаний, не способны воспламенить окружающую взрывоопасную среду. В такой цепи максимальные значения тока, напряжения и энергии ограничены настолько, что даже при коротком замыкании, обрыве цепи или повреждении компонентов искра или нагрев не могут стать источником зажигания. Важно отметить, что искробезопасная цепь не исключает контакта с взрывоопасной смесью, но делает этот контакт безопасным.
Это ключевое отличие искробезопасного оборудования (Ex i) от взрывонепроницаемой оболочки (Ex d), которая не защищает от возникновения искры, но локализует взрыва внутри корпуса.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАРЬЕРОВ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ
Для ограничения тока и напряжения до безопасных значений применяются барьеры искробезопасности. К ним относятся искробезопасные цепи, резисторные и трансформаторные развязки. Эти элементы ограничивают электрическую энергию, поступающую в опасную зону, до уровней, не способных вызвать воспламенение. Стабилитроны в сочетании с предохранителями обеспечивают шунтирование избыточного напряжения, предотвращая его попадание в искробезопасные цепи.
ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
В искробезопасных радиостанциях используются стандартные литий-ионные (Li-ion) или литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы, но их безопасность достигается дублированными электронными платами защиты. Для ограничения энергии и токов короткого замыкания в искробезопасных цепях применяются быстрые Ex-барьеры на транзисторных ключах (схемы электронной отсечки) и плавкие предохранители, встроенные прямо в неразборный Ex-капсюль аккумулятора. Они работают не по принципу линейного «сжигания избытка в тепло», а по принципу мгновенного (за микросекунды) физического отключения цепи. Аккумуляторный отсек имеет специальную конструкцию, предотвращающую случайное отсоединение батареи при падении, что могло бы привести к искрообразованию.
МИНИМИЗАЦИЯ ПАРАЗИТНЫХ ЁМКОСТЕЙ И ИНДУКТИВНОСТЕЙ
Для снижения риска накопления энергии в цепях применяются короткие проводники и компоненты поверхностного монтажа с низкой паразитной емкостью и индуктивностью. Использование катушек индуктивности без дополнительной защиты ограничивается или исключается. Специальные меры принимаются для снижения паразитной индуктивности звуковых катушек динамиков, поскольку они могут накапливать энергию, достаточную для искрообразования при обрыве цепи.
ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Статическое электричество представляет серьезную опасность во взрывоопасных средах. Защита от статики в носимых рациях достигается за счет применения специальных антистатических материалов корпуса, которые рассеивают заряд через тело человека или воздух. Поверхностное сопротивление материалов корпуса должно быть ниже 1 ГОм.
ФИЗИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ЦЕПЕЙ
Для предотвращения пробоя между цепями с разными уровнями напряжения увеличиваются расстояния между проводниками на печатной плате. Требования к минимальным расстояниям по поверхности и в воздухе устанавливаются ГОСТ 31610.11. Применяются изолированные печатные платы, например, из материала FR4 с дополнительным ламинатом, обеспечивающим повышенную электрическую прочность.
ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ С НИЗКОЙ ЭНЕРГИЕЙ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
Предпочтение отдается компонентам с низкой энергией переключения. Ограничивается мощность радиочастотного выхода передатчика. Для интерфейсов связи применяется гальваническая развязка, предотвращающая передачу опасных потенциалов между цепями.
На территории Российской Федерации к применению допускаются только радиостанции, сертифицированные по ГОСТ. Обязательное подтверждение соответствия проводится в рамках ТР ТС 012/2011, а параметры искробезопасности проверяются по ГОСТ 31610.0 и ГОСТ 31610.11. Эксплуатация оборудования без действующего сертификата и маркировки по взрывозащите на опасных производственных объектах запрещена.
Читайте также:
Когда речь идет о взрывоопасной среде мы чаще всего представляем себе предприятия нефтегазовой и химической промышленности, но это также касается и других отраслей: добыча угля, пищевая промышленность (производство и хранение сахара и мукомольной продукции), машиностроение (цеха покраски и гальванические линии), деревообработка (ЦБК, производство ДСП, ДВП), текстильная промышленность (производство синтетических тканей и шелка).
Опасность взрыва возникает при одновременном наличии трёх факторов: горючего газа или пыли, окислителя (воздуха) и активного источника воспламенения, способного зажечь атмосферу (нагрев, электродуга или искра).
Подробнее о взрывоопасных зонах и классификации взрывозащищенного оборудования мы писали в данной статье.
Требования к конструкции
Конструкция искробезопасной радиостанции принципиально отличается от обычной как на схемотехническом, так и на механическом уровне.ИСКРОБЕЗОПАСНАЯ ЦЕПЬ (ИБЦ)
Согласно ГОСТ 31610.11, искробезопасная цепь определяется как электрическая цепь, в которой любые искрения или тепловые режимы, возникающие в условиях испытаний, не способны воспламенить окружающую взрывоопасную среду. В такой цепи максимальные значения тока, напряжения и энергии ограничены настолько, что даже при коротком замыкании, обрыве цепи или повреждении компонентов искра или нагрев не могут стать источником зажигания. Важно отметить, что искробезопасная цепь не исключает контакта с взрывоопасной смесью, но делает этот контакт безопасным.
Это ключевое отличие искробезопасного оборудования (Ex i) от взрывонепроницаемой оболочки (Ex d), которая не защищает от возникновения искры, но локализует взрыва внутри корпуса.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАРЬЕРОВ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ
Для ограничения тока и напряжения до безопасных значений применяются барьеры искробезопасности. К ним относятся искробезопасные цепи, резисторные и трансформаторные развязки. Эти элементы ограничивают электрическую энергию, поступающую в опасную зону, до уровней, не способных вызвать воспламенение. Стабилитроны в сочетании с предохранителями обеспечивают шунтирование избыточного напряжения, предотвращая его попадание в искробезопасные цепи.
ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
В искробезопасных радиостанциях используются стандартные литий-ионные (Li-ion) или литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы, но их безопасность достигается дублированными электронными платами защиты. Для ограничения энергии и токов короткого замыкания в искробезопасных цепях применяются быстрые Ex-барьеры на транзисторных ключах (схемы электронной отсечки) и плавкие предохранители, встроенные прямо в неразборный Ex-капсюль аккумулятора. Они работают не по принципу линейного «сжигания избытка в тепло», а по принципу мгновенного (за микросекунды) физического отключения цепи. Аккумуляторный отсек имеет специальную конструкцию, предотвращающую случайное отсоединение батареи при падении, что могло бы привести к искрообразованию.
МИНИМИЗАЦИЯ ПАРАЗИТНЫХ ЁМКОСТЕЙ И ИНДУКТИВНОСТЕЙ
Для снижения риска накопления энергии в цепях применяются короткие проводники и компоненты поверхностного монтажа с низкой паразитной емкостью и индуктивностью. Использование катушек индуктивности без дополнительной защиты ограничивается или исключается. Специальные меры принимаются для снижения паразитной индуктивности звуковых катушек динамиков, поскольку они могут накапливать энергию, достаточную для искрообразования при обрыве цепи.
ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Статическое электричество представляет серьезную опасность во взрывоопасных средах. Защита от статики в носимых рациях достигается за счет применения специальных антистатических материалов корпуса, которые рассеивают заряд через тело человека или воздух. Поверхностное сопротивление материалов корпуса должно быть ниже 1 ГОм.
ФИЗИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ЦЕПЕЙ
Для предотвращения пробоя между цепями с разными уровнями напряжения увеличиваются расстояния между проводниками на печатной плате. Требования к минимальным расстояниям по поверхности и в воздухе устанавливаются ГОСТ 31610.11. Применяются изолированные печатные платы, например, из материала FR4 с дополнительным ламинатом, обеспечивающим повышенную электрическую прочность.
ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ С НИЗКОЙ ЭНЕРГИЕЙ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
Предпочтение отдается компонентам с низкой энергией переключения. Ограничивается мощность радиочастотного выхода передатчика. Для интерфейсов связи применяется гальваническая развязка, предотвращающая передачу опасных потенциалов между цепями.
Проведение испытаний
Искробезопасные радиостанции проходят обязательные сертификационные испытания в аккредитованных лабораториях. Проверяются:- искробезопасность цепей в нормальном и аварийных режимах (КЗ, обрыв, повреждение одного/двух компонентов);
- электрическая прочность изоляции при повышенном напряжении;
- устойчивость к механическим (удар, вибрация) и климатическим (температура, влажность) воздействиям.
Выводы
Искробезопасные радиостанции представляют собой сложные инженерные решения, в которых конструктивные и схемотехнические меры направлены на ограничение электрической энергии до безопасного уровня. Их разработка строго регламентируется международными и национальными стандартами (ATEX, IECEx, ГОСТ 31610.11), определяющими требования к материалам, компонентам, изоляции, зазорам, испытаниям и маркировке. Ключевое отличие от обычных радиостанций — реализация искробезопасных цепей, обеспечивающих защиту даже в аварийных ситуациях. Применение таких радиостанций обязательно во взрывоопасных зонах всех указанных отраслей, поскольку только сертифицированное искробезопасное оборудование гарантирует безопасность связи при полном исключении риска воспламенения.На территории Российской Федерации к применению допускаются только радиостанции, сертифицированные по ГОСТ. Обязательное подтверждение соответствия проводится в рамках ТР ТС 012/2011, а параметры искробезопасности проверяются по ГОСТ 31610.0 и ГОСТ 31610.11. Эксплуатация оборудования без действующего сертификата и маркировки по взрывозащите на опасных производственных объектах запрещена.
Читайте также: