Approfondimento sulla sicurezza intrinseca

 

Dove è necessaria la sicurezza intrinseca?

Le atmosfere esplosive, che possono contenere gas infiammabili, vapori, polveri combustibili o fibre sospese, sono frequenti in diversi settori: petrolio e gas, industria chimica, alimenti e bevande e prodotti farmaceutici, tra gli altri. Queste condizioni comportano il rischio di incendi o esplosioni, se non vengono gestite correttamente.

Per proteggere i lavoratori, le organizzazioni devono valutare le operazioni svolte, individuare queste condizioni pericolose e adottare misure opportune per ridurre il rischio di incidenti. L'Unione europea (UE) ha introdotto direttive e norme relative alla sicurezza sul lavoro e alle apparecchiature utilizzate nelle atmosfere potenzialmente esplosive.

La direttiva ATEX 1999/92/CE relativa alle atmosfere esplosive individua i requisiti minimi per migliorare la sicurezza dei lavoratori nelle atmosfere esplosive; tra questi:
 

• Evitare le atmosfere esplosive e le fonti di accensione.
• Analizzare la probabilità della presenza di atmosfere esplosive e relativa durata; classificarle in zone.
• Installare segnaletica adeguata nelle zone con atmosfere esplosive.
• Istruire adeguatamente i dipendenti sull'argomento.
• Utilizzare apparecchiature certificate Ex.

La direttiva ATEX 2014/34/UE sulle apparecchiature riguarda le apparecchiature e i sistemi di protezione progettati per le atmosfere potenzialmente esplosive; specifica i requisiti essenziali di sicurezza e le procedure per la valutazione della conformità.

Spesso nelle zone pericolose è necessario utilizzare apparecchiature e strumentazioni elettriche. La serie di norme IEC/EN60079 definisce i requisiti per la progettazione, la selezione e l'installazione delle apparecchiature elettriche in queste zone. Le apparecchiature vengono certificate in base alle zone pericolose e ai metodi di protezione contro le esplosioni; per l'identificazione si usano i marchi Ex.

Le zone pericolose sono classificate in base alla frequenza della presenza delle atmosfere esplosive:
 

• Zona 0 (gas), 20 (polvere): presenza continua o frequente di atmosfera esplosiva.
• Zona 1 (gas), 21 (polvere): presenza occasionale di atmosfera esplosiva.
• Zona 2 (gas), 22 (polvere): normalmente non sono presenti atmosfere esplosive.
   
   

Metodi di protezione per le apparecchiature

Esistono vari metodi di protezione delle apparecchiature, ad esempio:

1. Exd – Protezione mediante involucro ignifugo IEC/EN 60079-1: questo metodo permette di contenere l'esplosione all'interno di un involucro per impedire la propagazione di fiamme che potrebbero incendiare il gas circostante. È nota come protezione "Exd".
   
   
2. Exe – Protezione a sicurezza aumentata IEC/EN 60079-7: il metodo "Exe" evita che le apparecchiature elettriche, in condizioni sia normali che di guasto, emettano scintille e garantisce che la loro temperatura superficiale rimanga entro i limiti di sicurezza.
   
   
3. Exi – Protezione a sicurezza intrinseca IEC/EN 60079-11: il metodo "Exi" limita la corrente, la tensione e l'energia immagazzinata in un circuito elettrico per evitare l'accensione. Prevede tre sottocategorie in base alla zona pericolosa: Exia, Exib ed Exic.

Exia – Per l'utilizzo in applicazioni Zona 0/20
Exib – Per l'utilizzo in applicazioni Zona 1/21
Exic – Per l'utilizzo in applicazioni Zona 2/22

Che cos'è un circuito a sicurezza intrinseca?

La sicurezza intrinseca si differenzia dagli altri metodi di protezione perché impone di considerare tutti i dispositivi del circuito e di calcolare i parametri per la sicurezza intrinseca al fine di garantire la compatibilità e caratteristiche elettriche accettabili.

Un circuito a sicurezza intrinseca comprende fondamentalmente un dispositivo semplice e/o a sicurezza intrinseca in un'area pericolosa, collegato al dispositivo associato, in una zona sicura, mediante un cablaggio a sicurezza intrinseca.


 
 

Che cos'è un dispositivo semplice?

Un dispositivo semplice è costituito da componenti elettrici con caratteristiche elettriche ben definite e adeguate alla sicurezza intrinseca del circuito. Normalmente non genera o immagazzina più di 1,5 volt, 0,1 ampere, 25 mW o 20 µJ e spesso comprende dispositivi come termoresistenze, termocoppie, potenziometri e interruttori. I dispositivi semplici di solito non richiedono certificazione.
 
 

Che cos'è un dispositivo a sicurezza intrinseca?

I dispositivi a sicurezza intrinseca, come i trasmettitori di temperatura, le elettrovalvole e i convertitori I/P, sono progettati per le zone pericolose e devono essere certificati in relazione alla capacità di immagazzinare energia. La certificazione include la classificazione delle zone pericolose e parametri specifici relativi ai i limiti di tensione, potenza e corrente, che sono essenziali per i calcoli del loop intrinsecamente sicuro.
 
 

Che cos'è un dispositivo associato?

I loop intrinsecamente sicuri, progettati per evitare che l'energia elettrica o quella termica provochino esplosioni in zone pericolose, richiedono un'interfaccia sicura tra i dispositivi collocati in zone pericolose e quelli in zone sicure. Per raggiungere questo obiettivo di solito si usano barriere intrinsecamente sicure, spesso denominate "barriere Zener" o "isolatori galvanici intrinsecamente sicuri".

I dispositivi associati sono essenzialmente dispositivi elettrici posizionati in modo strategico nelle zone non pericolose di uno stabilimento industriale. Il loro compito principale consiste nel regolare e limitare il trasferimento di energia dalla zona sicura a quella pericolosa. Ancora più importante è il fatto che sono progettati per garantire che, in qualsiasi condizione di guasto, l'energia da essi rilasciata non sia sufficiente per incendiare un'atmosfera esplosiva.
 

Parametri delle entità a sicurezza intrinseca e calcolo del loop

La progettazione dei circuiti intrinsecamente sicuri dipende dal calcolo del "loop intrinsecamente sicuro". Si confrontano parametri delle entità specifici per ogni componente o dispositivo al fine di determinare la compatibilità. Si esegue quindi un calcolo basato sui valori di capacità e induttanza per determinare la lunghezza massima del cavo.

 
 

I parametri delle entità tipici per ciascun componente del loop sono riportati nella tabella qui sotto.
Per verificare la compatibilità si confrontano i valori del dispositivo associato e quelli del dispositivo a sicurezza intrinseca. Un calcolo permette di determinare la lunghezza massima del cavo in riferimento ai valori di capacità e induttanza.

Di seguito sono riportati i requisiti per un loop intrinsecamente sicuro (IS):
 

 
 

Vantaggi della sicurezza intrinseca

La sicurezza intrinseca offre diversi vantaggi:
 

• Manutenzione semplificata, con la possibilità di lavorare su circuiti in tensione.
• Costi inferiori rispetto agli involucri antideflagranti e ai componenti associati.
• Circuiti con tolleranza ai guasti.
• È applicabile a tutte le zone con gas e polveri.

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