Unterschied zwischen einer Zenerbarriere und einer eigensicheren galvanischen Trennvorrichtung
Sowohl die Zenerbarrieren als auch die eigensicheren galvanischen Trennvorrichtungen, die auch oft als ATEX-Barrieren, eigensichere Barrieren oder Ex-Barrieren bezeichnet werden, begrenzen den Energiefluss in den Gefahrenbereich. Bei der Ausführung jedes dieser Gerätetypen gibt es allerdings deutliche Unterschiede.
Was ist eine Zenerbarriere?
Bei Zenerbarrieren handelt es sich um einfache Geräte, die aus einer Anordnung von Zenerdioden, Widerständen und Sicherungen zur Begrenzung der Spannung, des Stroms und der Leistung der in Gefahrenbereichen angeschlossenen Geräten bestehen.
Die typische Anordnung einer Zenerbarriere ist im Folgenden dargestellt.
Das Funktionsprinzip einer Zenerbarriere ist relativ einfach. Widerstände begrenzen den in den Gefahrenbereich fließenden Strom, während Zenerdioden die Spannung und den überschüssigen Strom unter Ausfallbedingungen über eine Klemmschaltung in die Erde ableiten. Eine Sicherung schützt die Zenerdioden im Fall einer Überlastung.
Unterschied zwischen einer Trenn- vs. Zenerbarrieren.
Zur Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Funktion und der Eigensicherheit ist eine eigene Ex-Masse erforderlich, die nach Maßgabe von IEC 60079-14 eingebaut und gewartet werden muss.
Diese Anforderung hat zusammen mit eingeschränkteren Schleifenlasten und Funktionsbeschränkungen dazu geführt, dass Zenerbarrieren größtenteils durch eigensichere galvanische Trennvorrichtungen ersetzt wurden.
Was ist eine eigensichere galvanische Trennvorrichtung?
Eigensichere galvanische Trennvorrichtungen wie die Geräte der PR 9000er-Serie unterscheiden sich in ihrer Ausführung von Zenerbarrieren.
Beide Geräte beschränken die in Gefahrenbereichen zur Verfügung stehende Energie, ermöglichen allerdings mithilfe von Komponenten, wie Umformern und Opto-Kopplern, eine galvanische Trennung von Eingang, Ausgang und Versorgungsanschluss. Dieses in der Grafik unten angezeigte System ist als galvanische 3-Wege-Trennung bekannt.
Je nach Anwendungsfall sind auch schleifengespeiste und galvanische 2-Wege-Trennvorrichtungen verfügbar.
In der folgenden Abbildung sehen Sie den typischen Aufbau einer eigensicheren galvanischen 3-Wege-Trennung.
Da diese Geräte bereits über eine galvanische Trennung verfügen, ist keine eigene Ex-Masse erforderlich. Allein diese Tatsache vereinfacht Installation und fortlaufende Wartung im Vergleich zu Zenerbarrieren erheblich.
Zu den weiteren Vorteilen der eigensicheren galvanischen Trennvorrichtungen gehören u. a. die folgenden:
- Geringere Schleifenlast
- Möglichkeit der Signalumwandlung und -verstärkung
- Verbesserte Überspannungs- und Störfestigkeit
Weitere Informationen zu den Unterschieden zwischen Zenerbarrieren und eigensicheren galvanischen Trennvorrichtungen entnehmen Sie bitte dem Vergleich zwischen Trenn- und Zenerbarrieren.
Was sind für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zertifizierte Geräte?
Die Geräte, die in Gefahrenbereichen installiert werden, oder die zugehörigen Betriebsmittel müssen für ihren bestimmten Verwendungszweck sicher sein und den angewandten Explosionsschutzverfahren entsprechen.
Innerhalb der EU müssen solche Geräte darüber hinaus auch eine ATEX-Zertifizierung vorweisen.
Neben der in Europa erforderlichen ATEX-Zertifizierung gibt es auch die IECEx-Zertifizierung, die international von mehreren Ländern anerkannt wird.
Obwohl IECEx weithin anerkannt ist, werden unter Umständen auch landesspezifische Zertifizierungen benötigt.
Die entsprechenden Zertifizierungen sollten von einer notifizierten Stelle durchgeführt werden und belegen die Einhaltung der jeweiligen Normen und Schutzverfahren.
Die Zertifikate enthalten wichtige Informationen im Hinblick auf das Produkt, einschließlich der folgenden:
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Die für den Einsatz in Gefahrenbereichen zertifizierten Geräte müssen aus Sicherheitsgründen gemäß Installationsanleitung montiert werden und alle im Zertifikat aufgeführten Sonderbedingungen erfüllen.
I.S.- Geräteparameter und Schleifenberechnung
Ein typischer eigensicherer Stromkreis oder eine typische Ex-Schleife bestehen aus 3 Hauptkomponenten, die zu berücksichtigen sind:
- Eigensichere Vorrichtung – zertifizierte Feldgeräte, die im Gefahrenbereich installiert werden.
- Zugehöriges Betriebsmittel – im sicheren Bereich installierte Geräte, die ein Schnittstelle zu den im Gefahrenbereich befindlichen Geräten, z. B. Ex-Barrieren, herstellen.
- Feldverdrahtung – kompatibles Verbindungskabel.
Zur sicheren Ausführung von eigensicheren Stromkreisen ist die Berechnung einer „Ex-Schleife“ erforderlich.
Für jede Komponente oder jedes Gerät in der Schleife sind bestimmte Merkmale oder „Geräteparameter“ verfügbar. Diese Werte können dem Produktzertifikat und den Installationszeichnungen entnommen werden.
Die einfache Ex-Schleifenberechnung dient dann zur Festlegung, welche Geräte sicher verbunden werden können, sowie zur Bestimmung der maximalen Länge des Verbindungskabels.
Die folgende Tabelle enthält die typischen Geräteparameter für jede Komponente in der Schleife.
Um die Kompatibilität der Geräte zu ermitteln, werden die Werte des zugehörigen Betriebsmittels mit den jeweiligen Werten der eigensicheren Vorrichtung verglichen. Im Anschluss wird eine Berechnung durchgeführt, um auf der Grundlage der jeweiligen Kapazitäts- und Induktionswerte die maximale Kabellänge zu ermitteln.
Im Folgenden werden die Anforderungen der Ex-Schleife dargestellt:
