Pro taková technologická zařízení bude v příslušných normách upozornění na ohrožení atmosférickými výboji (blesky). Zde je nutno mít na pamětí, že nebezpečí ohně a exploze přímými nebo nepřímými výboji blesku vzniká i při dílčím rozšíření prostoru výbušného zařízení. Aby byla dosažena potřebná pohotovost a také bezpečnost zařízení, je nutná koncepční ochrana procesních elektrických a elektronických zařízení před bleskem a přepětím.

Koncepce ochrany před bleskem

Pro instalace měření regulace (MaR) jsou stále častěji používány jiskrově bezpečné obvody a jiskrově bezpečná zařízení v ochraně před výbuchem. Tento typ ochrany se nedá použít pro silová zařízení. Na základě potřebné, velmi vysoké pohotovosti systémů a vysokých požadavků na bezpečnost v prostředích s nebezpečím výbuchu, byly rozděleny následné prostory do zón ochrany před bleskem LPZ 1 a LPZ 2 (obr. 1):
- vyhodnocovací přístroje na velínu (LPZ 2);
- převodník teploty na nádrži (LPZ 1);
- vnitřní prostor nádrže (LPZ 1).

Na základě koncepce zón ochrany před bleskem dle ČSN EN 62305-4 musí být na všechna vedení v místě přechodu ochranných zón instalovány odpovídající přepěťové ochrany SPD.

Hromosvod

Vnější ochrana před bleskem jsou všechna vnější stávající zařízení objektu instalovaná k zachycení a svedení bleskového proudu do uzemňovací soustavy. Hromosvodní ochrana pro prostředí s nebezpečím výbuchu odpovídá běžným požadavkům třídy LPS II (systému ochrany před bleskem). V odůvodněných případech, při zvláštních podmínkách (zákonné předpoklady) nebo při výsledku rizika škod dle ČSN EN 62305-2 mohou vzniknout odchylky. Následné požadavky se zakládají vždy na třídě LPS II. Jako u každé hromosvodní ochrany musí být i zde dodržena dostatečná vzdálenost s.

Vyrovnání potenciálů mimo prostory s nebezpečím výbuchu

Instalace svodičů přepětí na síti nn a telekomunikačních vedeních mimo prostory s nebezpečím výbuchu nevykazují žádné zvláštnosti oproti jiným aplikacím. V této souvislosti musí být instalovány svodiče bleskových proudů (vlny 10/350 ?s) na přechodech ochranných zón LPZ 0_A a 1 příslušných vedení. Svodiče přepětí různých typů SPD T1, T2, T3 musí spolu vzájemně koordinovat. Se svodiči firmy DEHN + SÖHNE je toto zajištěno.

Vyrovnání potenciálů

Ve všech prostředích s nebezpečím výbuchu je nutno provést důsledné vyrovnání potenciálů. Také nosníky budovy, potrubí a nádrže musí být zahrnuty do vyrovnání potenciálů tak, aby se zabránilo v případě poruchy napěťovým rozdílům. Uzemňovací přívody vyrovnání potenciálů musí být zajištěny před samovolným uvolněním (zvláštním způsobem a provedením, např. pérovými podložkami). Vyrovnání potenciálů je nutno projektovat, montovat a revidovat dle ČSN EN 62305-3, 4. Při instalaci svodičů přepětí je nutno dimenzovat průřez uzemňovacího svodu minimálně 4 mm² v mědi (obr. 2).

Přepěťové ochrany pro jiskrově bezpečné obvody

Zóny ochrany před bleskem a zóny Ex (v prostředích s nebezpečím výbuchu) by měly být spolu ve shodě již při projektování. To má za následek, že požadavky na instalaci svodičů přepětí na rozhraních zón ochrany před bleskem a zón v prostředích s nebezpečím výbuchu musí být shodné. Tím bylo přesně definováno místo instalace přepěťových ochran na rozhraní zón LPZ 0_B a 1. Tak bude zabráněno vniknutí nebezpečných přepětí do prostorů s nebezpečím výbuchu (ochranných zón 0 nebo 20), protože impulzní proud je sveden již dříve. Také se tím podstatně zvýší provozní pohotovost převodníku teploty. Dodatečně musí být splněny požadavky dle ČSN EN 60079-14:
- instalace svodičů přepětí s minimální schopností svádění 10 impulzů o vrcholové hodnotě 10 kA (8/20 ?s) bez poruchy nebo omezení funkce přepěťové ochrany;
- instalace přepěťové ochrany do kovového, stíněného krytu a uzemnění vodičem Cu o průřezu minimálně 4 mm2;
- instalace vedení mezi svodičem a technologickým zařízením do kovové trubky, která bude na obou stranách uzemněna nebo použitím stíněného vedení o maximální délce 1 m.

Řídicí systém SPS na velínu je definován v koncepci zón ochrany před bleskem jako LPZ 2. Svodič přepětí BLITZDUCTOR XT, BCT MOD MD EX 30 (obr. 3, 4) bude instalován na odcházející vedení převodníku teploty na přechodu zón LPZ 0_B a 1. Tento svodič má stejnou schopnost svádění impulzních proudů jako svodič umístěný na nádrži. Musí být umístěn také na druhém konci vedení překračující hranici budovy. Za svodičem bude umístěna ochranná bariéra. Bariéra bude propojena s řídícím systémem (LPZ 2) stíněným vedením, které bude na obou koncích uzemněno (na jednom konci vedení uzemnění přes bleskojistku). Na rozhraních zón LPZ 1 a 2 již nebude potřeba žádný svodič, protože očekávané elektromagnetické rušení již bude silně utlumeno stíněním.

Kritéria výběru svodičů přepětí pro jiskrově bezpečné obvody

Na příkladu převodníku teploty TH02 bude vysvětleno, které body musí být dodrženy při výběru svodičů přepětí (tab. 1).

Typ ochrany jiskrově bezpečné kategorie ia nebo ib?
Převodník a přepěťová ochrana jsou instalovány v zóně 1(Ex) tak, aby ochranná úroveň ib byla dostatečná pro proudovou smyčku 4-20 mA. Instalované svodiče přepětí BLITZDUCTOR CT, DEHNconnect splňují certifikaci podle kategorie ia (přísnější požadavky) a jsou také vhodné pro aplikace v kategorii ib.

Izolační pevnost zařízení
Aby nedocházelo ke zkreslování měření unikajícími proudy, se často signály senzorů oddělují z nádrží galvanicky. Převodník má izolační pevnost ? 500 V (AC) mezi jiskrově bezpečným proudovým okruhem 4-20 mA a uzemněným senzorem teploty. Zařízení je tím považováno za neuzemněné. Instalace přepěťových ochran nesmí mít vliv na tuto skutečnost. Má-li převodník izolační pevnost < 500 V (AC), pak je považován jiskrově bezpečný obvod za uzemněný. V takovém případě musí být použity přepěťové ochrany, jejichž ochranná úroveň při jmenovitém impulzním proudu 10 kA (8/20 ?s) leží pod izolační pevností „uzemněného“ převodníku, např. Up ? 35 V (žíla/zem).

Dovolené maximální hodnoty pro Lo a Co
Před uvedením jiskrově bezpečného obvodu do provozu musí být doložen doklad o jiskrové bezpečnosti. Zde musí zdroje nahromaděné energie, převodníky, použité kabely rovněž přepěťové ochrany splňovat podmínky jiskrové bezpečnosti. Případně je nutno vzít v potaz indukčnosti a kapacity přepěťových ochran. Svodiče přepětí od firmy DEHN + SÖHNE typ BCT MOD MD EX 30 (obr. 3, 4) jsou podle prohlášení o shodě PTB 99 ATEX 2092 vnitřní kapacity a indukčnosti zanedbatelné a nemusí se na ně při návrhu brát zřetel.

Maximální hodnoty napětí Ui a produ Ii
Chráněný jiskrově bezpečný převodník má dle technologických dat pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu maximální napájecí napětí Ui a maximální zkratový proud Ii. Provozní napětí svodiče Uc musí být minimálně tak vysoké jako maximální napětí naprázdno zdroje nahromaděné energie. Také jmenovitý proud svodiče musí být minimálně tak vysoký jako očekávaný zkratový proud Ii převodníku. Při odchýlení od těchto rámcových podmínek dimenzování svodiče může být svodič přetížen a tím odpojen nebo dojde nedovoleným zvýšením teploty ke zrušení jiskrově bezpečného obvodu.

Koordinace přepěťových ochran s koncovým zařízením

Signální vstupy řídicích a inteligentních zařízení musí být zkoušeny napěťovým impulzem mezi žílami a zemí (podélné přepětí). Metody a tvary vlny jsou popsány v normě ČSN EN 61000-4-5. Vždy podle amplitudy zkoušeného impulzu bude zkoušenému koncovému zařízení z hlediska odolnosti před rušením přiřazena třída 1-4. Třída 1 znamená nejnižší a třída 4 nejvyšší odolnost. Při ohrožení bleskem a přepětím musí být omezeny rušivé impulzy (napětí, proudy a energie) na určitou hodnotu, která leží pod odolností koncových zařízení. Koordinační kód X/1 (obr. 5) přepěťové ochrany vyjadřuje přímý vztah k odolnosti koncového zařízení. Číslo 1 - popisuje požadovanou třídu koncového zařízení a X - schopnost svádět svodičem impulzní proudy o velikosti 10 kA (8/20 ?s).

Závěr

Nebezpečí, která vznikají na chemických nebo petrochemických zařízeních v důsledku působení blesku a z toho vyplývající elektromagnetické záření, jsou obsažena v příslušných směrnicích a normách. Při projektování a realizaci koncepce zón ochrany před bleskem pro takováto zařízení budou minimalizována rizika od jiskření (přímého výboje blesku) nebo výboje způsobeného rušivým přepětím. Tímto bude dosaženo technicky bezpečného a ekonomického řešení. Použité přepěťové ochrany musí splňovat nejen požadavky z hlediska ochrany před výbuchem (koordinace s koncovým zařízením), ale také požadavky provozních parametrů obvodů MaR.