7.7.1.3. Устойчивость к механическим воздействиям

Изделия автоматизации должны быть устойчивы к механическим внешним воздействующим факторам – ударам, вибрациям. Уровень воздействия нормируется в единицах максимальной амплитуды ударного ускорения – в числе g. Сами изделия классифицируются в зависимости от их назначения и условий применения.

7.7.1.4. Сейсмика

В ряде случаев, при автоматизации объектов с повышенными требованиями по надежности и безопасности эксплуатации, например, атомных электростанций, к средствам автоматизации предъявляются требования по сейсмической устойчивости. Физическая природа сейсмического воздействия является разновидностью механического воздействия. Конкретные показатели сейсмостойкости изделия выбираются с учетом требований, предъявляемым к этому изделию с позиций надежности и безопасности, и уровня воздействующих сейсмических нагрузок в данном регионе. Требования задаются в виде максимальной амплитуды ускорения при заданной частоте и силе землетрясения, выраженной в баллах.

7.7.1.5. Искробезопасность и взрывозащита

При автоматизации технологических процессов на предприятиях нефтяной, газовой, химической и других отраслей промышленности, связанных с переработкой, получением, использованием или хранением взрывоопасных веществ, газов или смесей существует задача обеспечения безопасности эксплуатации устройств электроавтоматики.

Имеется два способа решения этой задачи.

Первый способ реализуется применением довольно дорогостоящих и металлоемких взрывонепроницаемых, заполненных защитной средой, оболочек.

Второй способ заключается в применении искробезопасного исполнения электрических средств регулирования. При таком техническом решении искробезопасность электрических цепей достигается главным образом ограничением величины токов, напряжений и мощности, а также значений индуктивностей и емкостей в соответствующих цепях и информационных каналах, как при нормальных, так и при аварийных режимах. Основное преимущество искробезопасной регулирующей аппаратуры состоит в том, что в случае возникновения в искробезопасной цепи короткого замыкания или обрыва не происходит воспламенения взрывоопасных сред. В этом варианте используются одновременно как схемотехнические, так и системотехнические принципы взрывозащиты автоматизируемых объектов, базирующиеся на применении различного рода барьерных устройств. В таких АСУ ТП датчики контролируемых параметров и регулируемых переменных, а также исполнительные механизмы автоматических регуляторов являются практически единственными техническими средствами автоматики, находящимися непосредственно во взрывоопасной зоне технологического объекта. Остальные средства, и в первую очередь приборы и устройства центральной части, размещаются на щитах или в субблочных шкафах и пультах оператора, которые находятся в помещениях управления, расположенных в безопасной зоне. При этом как датчики, так и регулирующие устройства и другие приборы центральной части АСУ ТП являются в основном электрическими, а исполнительные устройства представляют собой электропневматические механизмы, которые содержат либо электропневматический преобразователь, включенный на входе пневматического исполнительного механизма, либо электропневматический позиционер, устанавливаемые, как правило, непосредственно у регулирующего клапана, т. е. во взрывоопасной зоне.

Задача проектирования взрывобезопасных АСУ ТП в этом случае сводится в первую очередь к правильному выбору типа и места установки барьерного устройства. Как правило, барьерное устройство устанавливают на границе между взрывоопасной и взрывобезопасной зонами.

Функциональная особенность работы барьерных устройств состоит в том, что последние при любых неисправностях, возникающих в помещениях управления и расположенных там электрических средствах контроля и регулирования, должны ограничивать уровень мощности электрических сигналов до безопасного значения, а также не допускать увеличения напряжения и тока до опасного уровня в электрических цепях, находящихся во взрывоопасных зонах и имеющих при этом реактивные сопротивления (например, трансформаторные катушки магнитоэлектрических систем электропневматических преобразователей). В последнем случае «барьер безопасности» должен быть также установлен внутри такого рода преобразователя непосредственно перед трансформаторной катушкой с целью защиты объектов и систем в тех аварийных ситуациях, когда имеет место обрыв линии дистанционной передачи управляющего сигнала на постоянном токе, подаваемого с выхода регулирующего устройства на вход электропневматического исполнительного механизма, либо обрыв в самой катушке электропневматического преобразователя. В последней, как известно, из-за ее индуктивности возникает при этом ЭДС самоиндукции, которая может иметь недопустимую для взрывоопасной среды амплитуду и мощность. Для демпфирования ЭДС самоиндукции применяют схему внутренней искрозащиты.

В общем виде барьерные устройства содержат элементы, ограничивающие ток и напряжение до искробезопасной величины и элементы, обеспечивающие регламентированные ПИВРЭ («Правилами изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования») запас по допустимому току и мощности на защитных элементах. Таким образом, барьерные устройства обеспечивают искробезопасность ограничением пределов изменения токов и напряжений с тем, чтобы уровень электрической энергии, достаточной для возникновения взрыва, не мог перейти во взрывоопасную зону. Если вследствие отказа аппаратуры автоматики или ошибок обслуживающего персонала к барьерному устройству будет приложено напряжение до 250 В (или даже выше) переменного либо постоянного тока, то барьерное устройство и в этом случае должно также ограничивать напряжение и ток до безопасного уровня, либо автоматически с достаточным быстродействием разрывать трассу, связывающую взрывоопасную зону с взрывобезопасной.

При этом функциональные элементы, входящие в барьерные устройства, выбирают и рассчитывают таким образом, чтобы их влиянием на точность дистанционной передачи информационных и командных сигналов, а также на метрологические характеристики технических средств со встроенной схемой искрозащиты можно было пренебречь при нормальных (взрывобезопасных) условиях работы АСУ ТП. В свою очередь, параметры ограничивающих элементов барьерного устройства выбирают с учетом максимальной неисправности, допускаемой для соответствующей категории взрывозащиты.