Десять способов проектирования искробезопасности
Как создавать электронные устройства, когда требуется более высокая степень безопасности.
Введение
При разработке искробезопасного продукта необходимо учитывать множество вещей. Легковоспламеняющиеся газы или пары; и воздушная пыль, волокна и опилки могут представлять собой взрывоопасную опасность, если в окружающей среде присутствуют источники искр или избыточного тепла. На протяжении многих лет подобные опасности приводили к катастрофическим потерям имущества и даже жизни.
Что еще более устрашающе, почти каждая отрасль, связанная с производством энергии или основных материалов, имеет потенциально опасные места, включая производство энергии (например, добыча / переработка нефти / газа, хранение / транспортировка, добыча полезных ископаемых и т. Д.), Обработка материалов (производство полупроводников, цистерна фермерские хозяйства, производство химических веществ и т. д.), производство продуктов питания (зерноперерабатывание, выпечка, пивоварение, перегонка и т. д.) и многие другие (производство фармацевтических или косметических средств, насосные станции для газа, нефти, сточных вод и т. д.).
В целях смягчения такого опасного потенциала регулирующие органы со всего мира работали над тем, чтобы установить и уточнить стандарты искробезопасности (ИС), предназначенные для сведения к минимуму риска взрывов в потенциально опасных производственных условиях. Устройство или продукт, сертифицированный IS, сконструирован таким образом, что он не способен генерировать достаточное количество тепла или искровой энергии, чтобы вызвать взрыв.
Для обеспечения искробезопасности (IS) в опасных условиях должен быть разработан широкий спектр продуктов. UL-913 - это один стандарт, который вам нужно знать для IS
В этой статье рассматриваются десять рекомендаций по проектированию схем для новых электротехнических изделий, предназначенных для использования на вышеупомянутых потенциально опасных рабочих местах. Ниже перечислены десять факторов, которые необходимо учитывать на начальных этапах планирования для этих продуктов.
1. Батареи должны быть тщательно отобраны
Батареи могут упаковывать много энергии, особенно тех, которые основаны на технологии литиево-ионной батареи высокой плотности. При выборе ячеек или батарей для использования в искробезопасных устройствах следите за тем, чтобы ячейки и батареи были достаточно прочными, чтобы выдерживать ожидаемые условия окружающей среды, а также для того, чтобы содержать или минимизировать количество утечек электролита, которое может возникать при сильных коротких замыканиях, условий цепи.
2. Помните о нескольких источниках энергии
Легко упускать из виду последствия наличия одного или нескольких объектов для подключения к другим устройствам. Чаще всего схемам для низковольтных коммуникационных портов не уделяется должного внимания, поскольку дизайнеры так сосредоточены на передаче и приеме данных на этих портах. Однако каждый из этих портов может быть подключен к оборудованию, которое не было спроектировано или не оценено для защиты собственной защиты. Это может привести к тому, что в искробезопасном устройстве может быть избыточное количество энергии отказа и / или мощности. Даже если такие порты предназначены только для подключения к связанным с ним устройствам или по существу устройствам, оцениваемым по понятию «сущность», следите за тем, чтобы вся система поддерживала искробезопасную защиту.
3. Скептически относитесь к опубликованным электрическим характеристикам полупроводников
В спецификациях для многих полупроводниковых компонентов (например, стабилитронов) будет указываться абсолютная максимальная разрешающая способность мощности для компонента. Однако этот рейтинг часто основан на очень специфических условиях температуры и монтажа. Часто данные рейтинги в таблице компонентов не отражают адекватно условия, в которых компонент будет подвергаться действию в конечном приложении. Всегда занимайте время, чтобы понять и оценить эффекты, которые приложение конечного применения будет иметь на мощность, характеристики теплового подъема и т. Д. Это важно при использовании полупроводниковых компонентов в качестве ограничителей напряжения шунта.
4. Вычислите характеристики теплового подъема рассеивающих энергию компонентов
Максимальная температура поверхности компонентов в условиях неисправности должна оцениваться для определения соответствующего температурного класса искробезопасного устройства. Чтобы определить максимальную температуру поверхности этих компонентов аналитически, вам понадобится информация о характеристиках повышения температуры компонентов. В частности, для расчета максимальной температуры корпуса компонента при рассеивании заданного количества мощности при заданной температуре окружающей среды требуется тепловое сопротивление компонента-к-окружающей среде. К сожалению, большинство спецификаций компонентов не указывают это значение; вместо этого они указывают тепловое сопротивление перехода к окружающей среде. В отсутствие такой информации могут быть проведены испытания для определения экспериментальных значений.
5. Соблюдайте схемы усиления напряжения
Хотя переключающие регуляторы, зарядные насосы и другие схемы регулирования напряжения и усиления могут быть полезны при проектировании эффективного источника питания, те же схемы создают проблемы, если не обеспечены достаточным ограничением напряжения. Повышенные уровни напряжения, присутствующие на выходе таких ИС, могут быть повреждены для распространения на другие схемы, привязанные к одной и той же ИС, если они недостаточно защищены ограничителями напряжения. Это может вызвать проблемы для разделения цепей (основанных на пиковом доступном напряжении повреждения) и для оценки искрового зажигания других цепей.
6. Компоненты энергосбережения должны быть ограничены
Хотя компоненты энергосбережения, такие как индукторы, ферритовые шарики и конденсаторы, полезны в качестве фильтрующих компонентов, они создают проблемы для соблюдения требований искрового зажигания. Энергия, доступная и хранящаяся в индуктивных, емкостных и комбинированных цепях LC, должна быть ограничена, так что недостаточно энергии, чтобы вызвать воспламенение взрывоопасной атмосферы. В сочетании с факторами безопасности, применяемыми к имеющемуся напряжению повреждения и / или току в цепи, ограничения индуктивности и емкости могут быть довольно сложными. Чтобы облегчить эти проблемы, инкапсуляция может использоваться для защиты цепей от искрового зажигания.
На этом рисунке описывается, как инкапсулированный плавкий предохранитель, в данном случае Littelfuse PICO 259-UL913, ограничивает выход энергии и температуры, которые в противном случае были бы подвержены воздействию взрывоопасной атмосферы
7. Доступная мощность в отдельных цепях должна быть ограничена
Хотя одной из основных целей защиты собственной защиты является ограничение доступной мощности в устройстве, может быть довольно сложно удовлетворить требования отрасли к тем же продуктам. При необходимости использования более мощной электроники в небольших упаковках функциональные потребности схемы должны быть сбалансированы с требованиями безопасности. Довольно часто стратегия разделения общей доступной мощности на различные «отдельные цепи» в искробезопасном устройстве используется для обеспечения максимального количества энергии, необходимой для управления теми частями схемы, которые нуждаются в мощности, без ущерба для безопасности.
8. Держите факторы окружающей среды в разуме для расстояний разделения
Одним из важнейших ключей для сохранения искробезопасности, особенно при рассмотрении неисправностей, является обеспечение и поддержание требуемых расстояний между отдельными цепями. Когда дело доходит до расстояний разделения, требования к искробезопасному оборудованию должны учитывать среды, в которых такие устройства могут быть установлены. Эти среды могут содержать широкий спектр загрязняющих веществ, которые могут влиять на изоляцию между проводящими частями цепей. Необходимо создать достаточное пространство для поддержания разделения цепей, необходимых для защиты искробезопасности.
9. Защитные компоненты должны быть снижены
Компоненты, выбранные как критически важные для безопасности или «непогрешимые», должны соответствовать определенным требованиям к конструкции; однако их также следует оценивать так, чтобы они не испытывали стрессов, которые могли бы нанести ущерб надежности, которую они обеспечивают. Стандарты искробезопасности требуют, чтобы безошибочные компоненты использовались не более чем в две трети от их номинального напряжения, тока и мощности при нормальных условиях эксплуатации и условиях отказа (обычно называемые «две трети снижены»). Это часто требует выбор компонентов, которые переоцениваются для приложения, но не настолько переоценены, что они не обеспечивают необходимую защиту.
10. Защитные компоненты должны быть тщательно отобраны
Основы искробезопасности, где схемы предназначены для ограничения количества энергии для защиты от искрового зажигания и ограничения мощности для защиты от термического воспламенения, в значительной степени зависят от надежной работы и «отказа» защитного или «безошибочного», компоненты. Поскольку эти компоненты полагаются на то, чтобы функционировать четко определенными способами при нормальных условиях работы и повреждения в цепи, эти компоненты должны быть выбраны с умом. Хотя стандарты искробезопасности не обязательно вынуждают использовать конкретные компоненты, существуют требования к некоторым широко используемым компонентам, которые имеют хорошо известные характеристики работы и отказа. Предохранители, токоограничивающие резисторы и стабилитроны обычно используются для создания надежных схем ограничения напряжения и тока, на которые можно положиться, чтобы поддерживать ограничение энергии и мощности, необходимое для искробезопасности.
Вывод
Напомним, что предотвращение попадания электрооборудования в источники воспламенения за счет ограничения источников электрических искр и высоких температур поверхности, а также поддержание требуемых расстояний для разделения является ключевым фактором при разработке и разработке нового устройства или продукта, которые будут использоваться в опасное рабочее место. Кроме того, необходимо тщательно выбирать защитные компоненты, поскольку все зависит от деталей. Стандарты искробезопасности повышают общую безопасность конечного продукта, что повышает уровень защиты жизни и имущества во взрывоопасных средах.
Хотите узнать больше о разработке для искробезопасности "// bit.ly/200UgUm" target = "_ blank"> примечание к приложению.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.