Intrinsiek veilige oplossingen door de combinatie met Ex d en Ex e

Voor bedrijven die te maken hebben met explosiegevaarlijke omgevingen, is het essentieel om de juiste veiligheidsmaatregelen te nemen. Intrinsiek veilige (Ex i) apparatuur is een veelgebruikte beschermingsmethode, maar heeft vaak beperkte functionaliteit. In deze gastblog legt explosieveiligheidsexpert Arnold de Rouw van X-TraCo uit hoe hybride combinaties van Ex i met andere beschermingswijzen zoals Ex d (drukvaste omkastingen) en Ex e (verhoogde veiligheid) praktische en geavanceerde oplossingen mogelijk maken.

Door deze combinaties slim toe te passen, kunnen intelligentere en complexere elektronica en besturingssystemen in explosiegevaarlijke gebieden worden geplaatst. Dit biedt grote voordelen zoals nauwkeurigere procesbesturing en meer flexibiliteit, terwijl de strengste veiligheidseisen gewaarborgd blijven. In deze blog beschrijft De Rouw het technische concept, de praktische toepassing van een hybride oplossing en de belangrijke overwegingen bij ontwerp en installatie.

Het concept van hybride combinaties van Ex i met Ex d en Ex e kan verduidelijkt worden aan de hand van een praktijkvoorbeeld. Bij deze hybride aanpak spelen intrinsiek veilige barriers een cruciale rol. Deze barriers, aangeduid als bijbehorend elektrisch materieel, vormen de schakel tussen de veilige en explosiegevaarlijke zone. De barriers zijn herkenbaar aan de teksthaken in de markering, bijvoorbeeld [Ex ia Ga] IIC. De haken geven aan dat de barrier buiten de gevaarlijke zone geplaatst moet worden, vaak in een Ex d behuizing.

Door de Ex i apparatuur via zo’n barrier aan te sluiten in een Ex d/Ex e combinatie, kan de robuustheid en functionaliteit flink worden opgeschroefd in vergelijking met alleen Ex i. De praktische uitvoering van zo’n hybride oplossing wordt met een voorbeeld uitgelegd.

De afbeelding hierboven toont een veelgebruikte praktijkoplossing voor een hybride combinatie van Ex i, Ex d en Ex e. Het systeem bestaat uit:

• Een Ex d drukvaste behuizing
• Een Ex e verhoogde veiligheidsbehuizing die fungeert als junctionbox
• Ex i materieel zoals sensoren, transmitters, solenoïds, et cetera.

In de Ex d behuizing worden alle componenten gemonteerd die buiten het explosiegevaarlijke gebied moeten staan, zoals de Ex i barrier (bijbehorend elektrisch materieel), aangegeven met [Ex i]. Uiteraard kunnen ook andere niet-Ex i componenten in deze behuizing geplaatst worden.

Deze hybride oplossingmet Ex i, Ex d en Ex e biedt enkele belangrijke voordelen:

• Er kunnen goedkopere Ex e wartels (voor verhoogde veiligheid) gebruikt worden in plaats van de duurdere Ex d wartels voor drukvaste omhulling.
• Bij de montage hoeft de Ex d behuizing niet geopend te worden, wat het installatieproces vereenvoudigt.
• Als het systeem uitsluitend uit intrinsiek veilige bekabeling (Ex i) bestaat, is live maintenance toegestaan. De installatie hoeft dan niet gestopt te worden voor onderhoudswerk.

Door deze voordelen biedt een hybride oplossing niet alleen meer functionaliteit, maar ook praktische en kostenbesparende baten tijdens installatie en onderhoud vergeleken met uitsluitend Ex d of Ex i.

Een belangrijk aandachtspunt is dat de scheiding tussen het intrinsiek veilige (Ex i) deel en de niet-intrinsiek veilige componenten moet voldoen aan de EN 60079-14 norm. Praktisch gezien kan deze scheiding gerealiseerd worden door blauwe kabelgoten te gebruiken voor het Ex i gedeelte en grijze voor het niet-Ex i deel. Galvanische scheidingen, vaak gevoed met een 24VDC externe spanning, behoren tot het niet-Ex i deel.

The cabling is fed through line bushings to the Ex e junction box enclosure. In this Ex e housing the connection terminals are placed. A clear separation between Ex i and non-Ex i parts must also be present here. The distance between the terminal rows must be at least 50 mm. This can be done by either maintaining this 50 mm clearance or by placing a partition. The latter option is recommended as it takes up less space. Any subsequent expansion will thus maintain the 50 mm separation.

Bij de montage van de Ex e junctionbox behuizing aan de Ex d behuizing, moet rekening gehouden worden met de minimale uitstroomafstand die is voorgeschreven voor de verschillende gasgroepen:

• Gasgroep IIA: minimaal 10 mm uitstroomafstand
• Gasgroep IIB: minimaal 30 mm uitstroomafstand
• Gasgroep IIC: minimaal 40 mm uitstroomafstand

In het voorbeeld uit Figuur 1 is de hoogte van de Ex e behuizing bewust lager gehouden dan de uitstroomopening van de Ex d behuizing. In dit geval hoeft dus geen rekening gehouden te worden met deze uitstroomafstand “d”, omdat deze al voldoende ruim is.

De combinatie van Ex i, Ex d en Ex e voldoet aan de gestelde eisen voor een hybride oplossing. Maar daarnaast moet ook voldaan worden aan de specifieke eisen gesteld in de norm Ex i, namelijk de verificatie van de intrinsieke veiligheid, ook wel de “loop berekening” genoemd. Hieronder volgt de basismethode hoe deze loop berekening voor intrinsieke veiligheid wordt uitgevoerd.

In figuur 2 is een standaard intrinsiek veilige kring getekend. Zo’n Ex i kring bestaat uit 3 hoofdonderdelen die samen de intrinsiek veilige kring vormen:

1. Intrinsiek veilig elektrisch materieel: Dit is de veldapparatuur zoals sensoren en druktransmitters die in het explosiegevaarlijke gebied mogen staan. Dit materieel is gemarkeerd als Ex ia Ga IIC T5 (let op: zonder teksthaken).
2. Bijbehorend elektrisch materieel: Meestal een (zener)barrier, gemarkeerd met [Ex ia Ga] IIC (met teksthaken om aan te geven dat dit buiten de gevaarlijke zone geplaatst moet worden, bijv. in de Ex d behuizing). De temperatuurklasse ontbreekt hier. Opmerking markeringen niet afkorten.
3. Aansluitkabel: Een blauwe kabel of een kabel gemarkeerd als “intrinsiek veilige kring”.

Omdat het bijbehorende elektrische materieel buiten de gevaarlijke zone staat, ontbreekt hier de temperatuurklasse in de markering.

Het intrinsiek veilig elektrisch materieel wordt via een aansluitkabel verbonden met het bijbehorend elektrisch materieel. Deze aansluitkabel is blauw van kleur of wordt gekenmerkt met de tekst “intrinsiek veilige kring”.

Om de verificatie van de intrinsieke veiligheid te kunnen uitvoeren moet de kabelcapaciteit en inductiviteit bekend zijn. Ontbreken van de kabel deze gegevens dan kan conform de norm voor de kabelcapaciteit 200 nF/km en voor de kabelinductiviteit 1 mH/km worden aangenomen. Deze waarden zijn conform de norm EN 60079-11.

De loop berekening in zijn eenvoudigste vorm is in figuur 2 weergegeven. De eerste controle die uitgevoerd wordt heeft betrekking op spanning, stroom en vermogen.

De waarden Ui, Ii en Pi (spanning, stroom en vermogen) van het intrinsiek veilig elektrisch materieel moeten groter of gelijk zijn aan de waarden Uo, Io en Po van het bijbehorend elektrisch materieel. Al deze gegevens zijn altijd te vinden in de bijbehorende Ex-certificaten.

Hiervoor zijn de kabelcapaciteit en -inductiviteit al genoemd. Ook deze twee parameters moeten aan bepaalde eisen voldoen. Let wel, bij deze vergelijking worden de kabelparameters ook meegenomen.

Om aan de voorwaarden van intrinsieke veiligheid te voldoen, mag de maximaal gespecificeerde inductiviteit Lo en capaciteit Co niet worden overschreden. Dit betekent dat de opgetelde inductiviteit Li en capaciteit Ci van het intrinsiek veilige materieel en de kabelinductiviteit Lc en -capaciteit Cc, nooit groter mogen zijn dan Lo en Co van de (zener)barrier.

Wordt er voldaan aan alle gestelde voorwaarden uit figuur 2 dan voldoet de kring aan de intrinsieke veiligheid.

Let wel, er wordt nu voldaan aan de basisvoorwaarden voor een hybride oplossing. In de praktijk zijn er naast de genoemde eisen nog enkele vaardigheden noodzakelijk:

• Basis ATEX opleiding
• Inzicht in intrinsieke veiligheid
• Certificaten kunnen lezen en juist interpreteren
• Toepassen van de 1% regeling
• Controle op functionele werking van het systeem

Is er na deze beschrijving van een hybride Ex i/Ex d/Ex e oplossing meer informatie gewenst, dan kunnen Cobic en X-TraCo een gezamenlijke opleiding verzorgen die voorziet in de noodzakelijke vaardigheden zoals hierboven opgesomd.