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Laboratorio Oficial Madariaga C/ Alenza,1 y 228003-MADRID
Instalaciones Eléctricas de Control
SISTEMAS DE
SEGURIDAD INTRÍNSECA
Prf. Angel Vega Remesal
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SEGURIDAD INTRÍNSECA
Medidas adoptadas en un circuito eléctrico
para que ninguna chispa, arco o efecto térmico,
producidos en las condiciones de ensayo previstas en la norma,
bien sea en funcionamiento normal
o en las condiciones específicas de fallo,
sea capaz de provocar la inflamación de una atmósfera explosiva dada
EN 50020 (aparatos)
EN 50039 (sistemas)
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CATEGORÍA NIVEL DE PROTECCIÓN:
“ia” K=1,5 operación normal o con un fallo
K=1 con dos fallos independientes
apropiado para Zona 0
“ib”K=1,5 operación normal o con un fallo
K=1 con un fallo (+ condiciones)
apropiado para Zona 1
Más
seg
uro
CATEGORÍA (actual definición en EN50020)
NIVEL DE PROTECCIÓN (propuesta para evitar confusión con 94/9/CE)
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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Tipos de aparatos
Equipos asociados
Equipos Ex iTodas las partes del circuito
son de seguridad intrínseca
EEx ia IIC T4
Solo algunas partes del
circuito son de seguridad intrínseca.
Previstos para ser ubicados
en zona segura
[EEx ia] IIC
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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Ejemplos de tipos de aparatos
Equipos asociados
Equipos Ex iSensores
Transductores
Aparatos portátiles
Fuente de alimentación
Barrera zener
Repetidor
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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Aparatos simples
No acumulan energía
No generan energía
Disipación térmica despreciable
•Cajas de conexión
•Contactos libres de tensión
•Termopares
No requieren certificado
U ? 1,2 V
I ? 100 mA
P ? 25 mW
E ? 20 µJsim
ultá
neam
ente
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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Componentes indefectibles
Componentes (o conjuntos) que no es probable su fallo
?Resistencias
?Diodos
?Transformadores
?Condensadores
?Fotoacopladores
?.....
SEGURIDAD INTRÍNSECA
Su fallo es “contable”
Su fallo es siempre desde el lado de la seguridad
Se tienen en cuenta sobrecargas y tolerancias
Factor de seguridad
?PMAX ? 2/3 PN
?UMAX ? 2/3 UN
?IMAX ? 2/3 IN
Tolerancias
Se tienen en cuenta
las tolerancias de los
componentes.
Los componentes no indefectibles siempre se suponen en fallo
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Parámetros de seguridad intrínseca
DE SALIDA
• Uo tensión de vacío
• Io corriente de cortocircuito
• Po potencia máxima de salida
• Co capacidad máxima conectable
• Lo inductancia máxima conectable
• (L/R)o máxima relación L/R conectable (cables)
EN APARATOS ASOCIADOS
• Um tensión de la red eléctrica de alimentación
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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Parámetros de seguridad intrínseca
DE ENTRADA
• Ui tensión máxima aplicable
• Ii corriente máxima aplicable
• Pi potencia máxima aplicable
• Ci capacidad equivalente en la entrada
• Li inductancia equivalente en la entrada
• (L/R)i relación L/R equivalente en la entrada
Los parámetros no indicados
significan que no son relevantes para la seguridad
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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Ejemplo de aparato asociado EEx ia
(fuente de alimentación)
AREA SEGURA
TERMINALES HACIA ZONA CLASIFICADA
SEGURIDAD INTRÍNSECA
220 V50 Hz 12 Vcc
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Características de salida
SEGURIDAD INTRÍNSECA
U(V)
I(A)
Uo
IoIn
220 V50 Hz 12 Vcc
Ux
Ux
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Ejemplo de aparato asociado EEx ib
(fuente de alimentación)
SEGURIDAD INTRÍNSECA
220 V50 Hz
12 Vcc
Limitación detensión/corriente
U(V)
I(A)
Uo
Io
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Cur
vas
límite
de
infla
mac
ión
(circ
uito
s re
sist
ivos
)
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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Cur
vas
límite
de
infla
mac
ión
(circ
uito
s in
duct
ivos
)SEGURIDAD INTRÍNSECA
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Cur
vas
límite
de
infla
mac
ión
(circ
uito
s ca
paci
tivos
)
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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SEGURIDAD INTRÍNSECADistancias de seguridad
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SEGURIDAD INTRÍNSECA
Conexión simple de aparatos
Equipo 1
Uo
Io
Po
Co
Lo
Equipo 2
Ui
Ii
Pi
Ci
Li
Uo ? Ui
Io ? Ii
Po ? Pi
Co ? Ci
Lo ? Li
EEx ib I
EEx ia I
¡OJO!
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SEGURIDAD INTRÍNSECA BARRERA ZENER
Encapsulado
Ri
UoUm
LOM 01.E.2345 X
Um: 250 V Uo: 12,7 V Io: 80 mA
25,4 µF
100 mH
1120 µH/?
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SISTEMAS S.I.
NORMA EN 50.039, EN 60079-25
REGLAMENTO ITC 029 párafo 2
DEFINICIONES
Conjunto de Materiales eléctricos interconectados, con circuitos o partes de circuitos de seguridad intrínseca.
SISTEMA ELÉCTRICO
Documento del diseñador,en el que se precisan:
Materiales eléctricos
Cables de Interconexión
Parámetros eléctricos
JUSTIFICACIÓN de la SEGURIDAD
DOCUMENTO DESCRIPTIVO DEL SISTEMA
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DEFINICIONES
Un Laboratorio emite un certificado en base al Documento Descriptivo ( * No es necesario )
MARCADO: EEx ia SYST I
LOM 99.E.2345 X
El diseñador asume la responsabilidad Documento Descriptivo
MARCADO: Doc Desc nº27351/RS
CONDICIÓN: Todos los materiales eléctricos deben estar certificados (salvo accesorios )
SISTEMA ELÉCTRICO CERTIFICADO S.I.
SISTEMA ELÉCTRICO S.I. NO-CERTIFICADO
SISTEMAS S.I.
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• Definición del entorno– Clase, zona, grupo
– Dónde se instalan equipos y cables
• Lista de referencias– A los equipos certificado
– Condiciones especiales de utilización
• Esquema eléctrico
• Parámetros S.I.– De cada aparato
– Reasignaciones
• Registro de cambios
Documento del sistemaSISTEMAS S.I.
• Cables – pruebas de rigidez
– parámetros: l (mH/km)
c (nF/km)
r (? /km)
• Posición de los circuitos y cableado
• Análisis del sistema– Verificación seguridad
– Clasificación
• Cualquier otra información
El documento del sistema es un documento vivo que hay que mantener
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Ejemplo de sistemaSISTEMAS S.I.
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DEL ANÁLISIS DE FALLOS Y PARÁMETROS S.I.
La categoría y grupo de una parte del sistema son las definidas en EN 50020, pero el análisis de fallos se debe realizar sobre el sistema en conjunto
SISTEMAS S.I.
CATEGORÍA
La categoría (ia/ib) de un sistema o parte de un sistema puede ser diferente de la marcada en un equipo o aparato asociado S.I.
GRUPO Y SUBGRUPO
El grupo y sub-grupo (IIA, IIB, IIC) de gases de un sistema puede ser diferente del marcado en un equipo o aparato asociado S.I.
CLASE DE TEMPERATURA
Cada equipo S.I. llevará marcada una clase de temperatura (T1 a T6) adecuado a cada ubicación, dentro del sistema
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CATEGORÍA “ia” o “ib”
•En un mismo SISTEMA puede haber CIRCUITOS con distinto Grupo, Subgrupo, Temperatura y Categoría
•ACCESORIOS (elementos simples)
Cajas de Conexión
Cajas de empalme
Tomas de corriente
Interruptores
Dispositivos similares
en GRUPO II: no necesitan ser certificados ni marcados
SISTEMAS S.I.
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LOM SYST 99.E.9999X
EEx ia/ib I
Los elementos S.I. sin certificado previo llevarán el
marcado del sistema
SISTEMA CERTIFICADOMARCADO
SISTEMAS S.I.
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MARCADO
SISTEMA NO CERTIFICADOREFERENCIA AL
DOCUMENTO DESCRIPTIVO DEL SISTEMA
Los elementos simples no llevan marcado
Sobre el elemento principal del sistema o en la interfase
SI/NSI
LUGAR DEL MARCADO
SISTEMAS S.I.
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CABLES MULTICONDUCTORES
•DOCUMENTO DESCRIPTIVO
parámetros eléctricos l, c, l/r
•NO DEBEN CONTENER CIRCUITOS S.I./N.S.I.(salvo que se cumplan las prescripciones de EN 50020)
SISTEMAS S.I.
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Pantalla conductora individual (60%)
Aislante e ? 0,2 mm
Rigidez 2U ? 500V
Ensayo dieléctrico: 500 V (C-C, C-P)
1000 V (1/2 C - 1/2 C)
Ningún defecto
TIPO A
CABLES MULTICONDUCTORES
SISTEMAS S.I.
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CABLES MULTICONDUCTORES
TIPO BIgual que TIPO A, sin pantallas
Cable fijo, protegido Up ? 60 V
Ningún defecto
TIPO C Igual que TIPO B
Defecto: hasta 2 contactos, 4 cortes
TIPO D Cualquier cable
Defecto: cualquier nº de fallos simultáneos
SISTEMAS S.I.
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CABLES (PARES SIMPLES)
S.i. N.S.i.
BANDEJAS PLÁSTICAS
S.i. N.S.i.
BANDEJAS METÁLICAS
SISTEMAS S.I.
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BANDEJAS PLÁSTICAS
O METÁLICAS
CABLES (PARES SIMPLES)
S.I./N.S.I. N.S.I./S.I.d
S.I./N.S.I. N.S.I./S.I.
SISTEMAS S.I.
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SI LA BANDEJA ES METÁLICA DEBE ESTAR UNIDA A TIERRA
SISTEMAS S.I.
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MALLA
S.I. N.S.I. S.I. N.S.I.
MALLA
'i'a
V2000UE
?
'i'b
SISTEMAS S.I.
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mm8d ?
No S.I.S.I.
SISTEMAS S.I.
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No S.I. S.I.
ai
S.I. No S.I.
SISTEMAS S.I.
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CAJAS DE CONEXIÓN
mm50d ?mm50d ? - con pantalla
No S.I. S.I.
d
SISTEMAS S.I.
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Equipo 1Uo
Io
Po
Lo
(L/R)o
Equipo 2
Ui
Ii
Pi
Li
SISTEMAS S.I.
cable
l r c
x
)km(???
??? ??
?c
CiCo,
lLiLo
minx
lLiLo ?
CABLE0 rl
RL
???
?????
??
???
No se aplica si
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SISTEMAS S.I.
FISCOFieldbus Intrinsically Safe COncept
Cables
PARÁMETROS ( EN 60079-14)
15 ? /km ? r ? 150 ? /km
0,4 mH/km ? l ? 1 mH/km
80 nF/km ? c ? 200 nF/km
LONGITUDES MÁXIMAS
IIB IIC
rama 30 m 30 m
nodo 5 km 1 km
fuente a 1ª terminadora 30 m 30 m
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SISTEMAS S.I.
FISCOFieldbus Intrinsically Safe COncept
Los sistemas FISCO que:
? Incorporen una sola fuente
? En las condiciones establecidas
• aparatos conectados
• terminadoras
• cables
son SEGUROS
NO NECESITAN UN DOCUMENTO DESCRIPTIVO DEL SISTEMA
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Chispa o arco
Superficie caliente
Mecanismos de ignición
CLASE DE TEMPERATURA
T1 = 450 ºC T4 = 135 ºC
T2 = 300 ºC T5 = 100 ºC
T3 = 200 ºC T6 = 85 ºC
ENERGÍA DE INFLAMACIÓNGrupo I (CH4) 280 µJGrupo IIA (C3H8) 250 µJGrupo IIB (C2H4) 96 µJGrupo IIC (H2) 20 µJ
SEGURIDAD INTRÍNSECA
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RUPTOR
Aparato de ensayo
SEGURIDAD INTRÍNSECA
250 cm3
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Acondicionador deseñal
220 V50 Hz
A
B
C
S
SISTEMAS S.I. Cálculo de parámetros
Zona clasificada Área segura
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CABLES EN SEGURIDAD INTRÍNSECA
MALLAS.I.
EU
V500U2N
?
S.I. N.S.I.
EU
VVUN
150010002 ??
SISTEMAS S.I.
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S.I.PANTALLA
V500U2N
?
No S.I. S.I.
V15001000U2N
??
SISTEMAS S.I.
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No S.I. S.I.
V2000UE
?
bi
SISTEMAS S.I.
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SISTEMAS S.I. Cálculo de parámetros
A y B
[EEx ia] IIC
Um: 250 V
Uo:15 V Io: 150 mA
Co: 0,7 ?F Lo: 1,4 mH
C
[EEx ia] IIC
Um: 250 V
Uo: 10 V Io: 190 mA
Co: 3 ?F Lo: 0,9 mH
S
EEx ia IIC T4
Pi: 2 W
BARRERAS ZENER
SENSOR
Grupo II B
Co: 2,8 ?F
Lo: 7,7 mH
Grupo II B
Co: 12 ?F
Lo: 4,5 mH
Adición de tensionesNO VÁLIDO PARA IIC
Adición de corrientes
A+B ? 30 V, 150 mAPara IIB? Co= 0,75 ? F
A+C ó B+C ? 11,6 V, 340 mAPara IIB ? Lo= 1,4 mH
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SISTEMAS S.I.
FISCOFieldbus Intrinsically Safe COncept
IC IC IC
T T
IM
IB
U
I
Datos
220V
IC= Instrumento de campoT= Terminadora
IM= Instrumento de mano
Área seguraÁrea clasificada
Hasta 32 aparatos por nodo+ 2 terminadoras
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SISTEMAS S.I.
FISCOFieldbus Intrinsically Safe COncept
Fuente de alimentación
Io (mA)
Uo (V) IIC IIB
14 183 380
15 133 354
16 103 288
17 81 240
17,5 75 213
CARACTERÍSTICA
• Resistiva
• Trapezoidal
• Rectangular
MARCADO
Fuente de alimentación FISCO
[EEx ia] IIC Um:250 V
Fabricante,S.A.
Tipo: ABC123
Ta: -20 / +50 ºC
LOM 01ATEX2345
Nº de serie: ab54321
+ el exigido por 94/9/CE
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SISTEMAS S.I.
FISCOFieldbus Intrinsically Safe COncept
Aparatos conectados
GENERAL
Ui: 17,5 V Ii: 380 mA Pi: 5,32 W
Ci ? 5 nF Li: 10 ? H
EEx IIC T4
terminales a bus :
• pasivos (IL? 50 ? A)
• aislados de tierra
• alimentación propia con segregación galvánica del bus
TERMINADORA
90 ? ? R ? 100 ?
0 ? ? C ? 2,2 ? F R C
T4