Vanno prese speciali misure di protezione contro le esplosioni in tutti i settori industriali dove gas, vapori, nebbie o polveri formano un ambiente di miscele esplosive con l’aria durante la lavorazione o il trasporto di sostanze infiammabili.

A seconda della probabilità e la durata della presenza di atmosfere esplosive, le aree di un sistema Ex sono divise in zone, dette anche zone Ex.

Zone con pericolo di esplosione

Le zone Ex con aree in cui sono presenti atmosfere esplosive pericolose, a causa ad esempio, gas, vapori e nebbie sono suddivise in zone con pericolo di esplosione da 0 a 2. Le zone Ex in cui possono verificarsi atmosfere esplosive pericolose a causa di polveri sono suddivise in zone Ex da 20 a 22.
A seconda della capacità di innesco delle sostanze infiammabili presenti nel relativo settore di utilizzo, viene fatta una distinzione tra gruppi di esplosione I, IIA, IIB e IIC che hanno differenti curve limite di innesco. La curva limite di innesco, dipendente dal comportamento di innesco della sostanza infiammabile in esame, fornisce il valore massimo per la tensio-ne e la corrente di esercizio.
Il gruppo di esplosione IIC comprende le sostanze più propense all’innesco, ad esempio idrogeno e acetilene. Queste sostanze possiedono, in caso di riscaldamento, diverse temperature di innesco, che sono definite in base alle classi di temperatura (T1…, T6).
Al fine di evitare che delle apparecchiature elettriche possano costituire una fonte di innesco in atmosfere esplosive, vengono progettate con diversi tipi di protezione. Un tipo di protezione, che viene utilizzato in sistemi di misurazione e di controllo in tutto il mondo è la sicurezza intrinseca Ex(i).

Protezione all’innesco a sicurezza intrinseca

La protezione all’innesco a sicurezza intrinseca si basa sul principio della limitazione della corrente e della tensione nel circuito elettrico. L’energia del circuito o di una parte del circuito che è in grado di innescare un’atmosfera esplosiva viene mantenuta così bassa che né attraverso una scintilla né attraverso un riscaldamento della superficie degli elementi elettrici si possa verificare l’innesco dell’atmosfera esplosiva circostante. A parte la tensione e la corrente delle apparecchiature elettriche, le induttanze e le capacità, che agiscono come accumulatori di energia nell’intero circuito, devono essere limitate a valori massimi sicuri.

Per assicurare la sicurezza di funzionamento, ad esempio di un circuito CMR, questo significa che né le scintille che si creano durante l’apertura e chiusura dei circuiti negli ambienti industriali (ad esempio il contatto di commutazione inserito in un circuito a sicurezza intrinseca), né le scintille che si verificano in caso di guasto (ad esempio cortocircuito o dispersione verso terra), devono essere in grado a innescare la combustione. Inoltre, sia nel funzionamento normale sia in caso di guasto, deve essere escluso un possibile innesco causato dal riscaldamento eccessivo delle apparecchiature che si trovano all’interno del circuito a sicurezza intrinseca e dei relativi conduttori.
In sostanza, questo limita il tipo di protezione a sicurezza intrinseca ai circuiti di potenza relativamente bassa, come i circuiti di controllo e misurazioneo isistemi dati. La sicurezza intrinseca ottenibile attraverso la limitazione dell’energia disponibile nel circuito si riferisce – rispetto ad altri sistemi di protezione contro il pericolo di esplosione – non a singoli apparecchi, ma all’intero circuito. Questo offre molti vantaggi rispetto ad altri tipi di protezione.

Per prima cosa, non sono necessarie costose costruzioni speciali per le apparecchiature elettriche utilizzate sul campo, come ad esempio incapsulamento a prova di pressione oppure annegamento in resina fusa, il che apre la strada a soluzioni più economiche. D’altro canto, la sicurezza intrinseca è l’unico tipo di protezione che consente all’utente di lavorare liberamente su tutti gli impianti sotto tensione (intrinsecamente sicuri) in atmosfera potenzialmente esplosiva senza pregiudicare la protezione contro le esplosioni.
Nei sistemi di comando, misura e regolazione, la sicurezza intrinseca ha quindi un’importanza considerevole, specialmente con l’utilizzo crescente dei sistemi di automazione elettronici. Tuttavia la sicurezza intrinseca pone dei requisiti più stringenti al progettista o al costruttore dell’impianto rispetto agli altri tipi di protezione. La sicurezza intrinseca di un circuito non dipende solo dal rispetto delle condizioni di costruzione delle singole apparecchiature, ma anche dal corretto collegamento di tutte le parti di apparecchiature nel circuito a sicurezza intrinseca e dalla loro corretta installazione.

Sovratensioni transienti nella zona Ex:

Nel tipo di protezione a sicurezza intrinseca si considerano tutti i sistemi di accumulo di energia elettrica presente nell’impianto, ma non le sovratensioni impresse dall’esterno, ad esempio i fulmini.
Le sovratensioni impresse dall’esterno si verificano nei grandi impianti industriali soprattutto a causa di fulmini ravvicinati e distanti. Durante una fulminazione diretta la caduta di tensione provoca sull’impianto di messa a terra un aumento di potenziale in una misura compresa da 10 fino a 100 kV. Questo aumento di potenziale agisce come differenza di potenziale su tutte le parti delle apparecchiature collegate via cavo ad altre apparecchiature situate a distanza. Queste differenze di potenziale sono nettamente maggiori della tenuta all’isolamento delle singole apparecchiature e possono facilmente provocare una scarica. In caso di fulmini a distanza, hanno effetto soprattutto le sovratensioni iniettate nei conduttori. Come i disturbi trasversali (differenza di tensione tra i conduttori) esse sono in grado di distruggere gli ingressi delle apparecchiature elettroniche.

Classificazione delle apparecchiature elettriche in livelli di protezione ia, ib e ic

Un aspetto fondamentale della protezione a sicurezza intrinseca, per quanto riguarda il pericolo di esplosione, è quello di sapere se questa protezione sarà affidabile al fine del rispetto dei limiti di tensione e di corrente, anche in presenza di determinati guasti. Ci sono tre diversi livelli di protezione (ia, ib, ic), che riguardano l’affidabilità e la sicurezza delle costruzioni elettriche a sicurezza intrinseca.

Il livello di protezione ic descrive il funzionamento indisturbato senza guasto. In questo caso, durante il funzionamento va mantenuta la sicurezza intrinseca.
La categoria ib richiede che al verificarsi di un guasto in un circuito a sicurezza intrinseca, tale sicurezza intrinseca venga mantenuta.
La categoria ia richiede che la sicurezza intrinseca venga mantenuta al verificarsi di due guasti indipendenti tra loro.
Nella Figura 8.2.4.1 è illustrato il principio di applicazione dei dispositivi SPD in un circuito CMR.

Valori massimi di corrente I₀, tensione U₀, induttanza L₀ e capacità C₀

All’interfaccia tra le aree pericolose e quelle non pericolose (aree sicure) vengono utilizzate delle barriere di sicurezza o dei trasduttori di misura con circuito di uscita Ex(i), per separare questi due ambiti diversi.
I valori di sicurezza massimi di una barriera di sicurezza o di un trasduttore di misura con circuiti di uscita Ex(i) sono definiti nel certificato di collaudo rilasciato da un ente autorizzato:

• tensione di uscita massima U₀,
• corrente di uscita massima I₀,
• induttanza esterna massima L₀,
• capacità esterna massima C₀.

Il progettista/installatore deve verificare in ogni singolo caso se vengono mantenuti questi valori massimi ammissibili delle apparecchiature collegate che si trovano nel circuito a sicurezza intrinseca (cioè dispositivi di elaborazione sul campo, conduttori e SPD). I relativi valori sono riportati sulla targhetta dell’apparecchiatura o sul certificato di prova e omologazione.

Nota

Quando si utilizzano SPD DEHN intrinsecamente sicuri, le induttanze e le capacità interne dell’apparecchio sono trascurabili secondo il certificato CE di prova e omologazione. Qui va usato il valore zero per calcolare i valori massimi di L₀ e C₀.

Classificazione in gruppi di esplosione

Nebbie, gas e vapori esplosivi sono classificati secondo l’energia della scintilla necessaria per incendiare la miscela con la massima capacità esplosiva a contatto con l’aria.
Le apparecchiature vengono classificate a seconda dei gas con i quali vengono utilizzate.
Il gruppo II vale per tutti i settori di impiego, ad esempio l’industria chimica, la lavorazione di carbone o cereali, tranne l’industria mineraria.
Il pericolo di esplosione è massimo nel gruppo II C, dal momento che in questo gruppo viene considerata una miscela con la più bassa energia di accensione.
La certificazione del BLITZDUCTOR per il gruppo di esplosione II C soddisfa quindi i requisiti massimi, cioè più sensibili, per una miscela di idrogeno e aria.

Classificazione in classi di temperatura

In presenza di un’atmosfera che può esplodere a causa della superficie calda di un’apparecchiatura, per l’innesco dell’esplosione è necessaria una temperatura minima caratteristica della sostanza utilizzata. La temperatura di innesco caratterizza il comportamento relativo all’accensione dei gas, dei vapori, delle polveri a contatto con superfici calde. Per ragioni economiche quindi, i gas e vapori vengono suddivisi in determinate classi di temperatura. La classe di temperatura T6, ad esempio, specifica che la temperatura superficiale massima del componente non deve essere superiore a 85 °C durante il funzionamento o in caso di guasto e che la temperatura di accensione di gas e vapori deve essere superiore a 85 °C.
Con la sua classificazione T6, da questo punto vista BLITZDUCTOR XT soddisfa anche i massimi requisiti.
A seconda del certificato di conformità della ATEX/IECEx, devono essere osservati anche i seguenti parametri.

Criteri di scelta per SPD – BLITZDUCTOR XT

Sulla base dei dispositivi BLITZDUCTOR XT, BXT ML4 BD EX 24, vengono di seguito spiegati i criteri di scelta specifici per questo componente (Figura 8.2.4.2).
Questo componente ha un certificato CE di prova e omologazione rilasciato da KEMA (KEMA 06ATEX0274 X).

Questa classificazione significa:

Il dispositivo di protezione contro le sovratensioni è classificato come segue:
II 2(1) G Ex ia [ia Ga] IIC T4…T6 Gb

Questa classificazione significa:

Altri dati elettrici importanti:

• massima induttanza esterna (L₀) e massima capacità esterna (C₀):
  grazie alla particolare scelta dei componenti nel dispositivo SPD BLITZDUCTOR XT, i valori di induttanza e capacità interna dei singoli componenti risulta trascurabile (L_i = 0; C_i = 0).
• massima corrente di ingresso (I_i):la corrente massima che può passare attraverso i componenti di connessione senza eliminare la sicurezza intrinseca è di 500 mA.
• massima tensione in ingresso (U_i):la massima tensione che può essere applicata a BLITZDUCTOR XT senza eliminare la sicurezza intrinseca è di 30 V.

Circuiti Ex(i) privi di messa a terra

L’isolamento tra un circuito a sicurezza intrinseca e il telaio dell’apparecchiatura o di altre parti che possono essere collegate a terra, deve solitamente resistere ad un valore effettivo di tensione alternata di prova doppio rispetto alla tensione del circuito a sicurezza intrinseca, oppure 500 V, a seconda del valore più alto dei due. Le apparecchiature con tenuta di isolamento < 500 V AC devono essere collegate a terra.

Le apparecchiature a sicurezza intrinseca (ad es. cavi, trasduttori per misurazione, sensori ecc.) hanno generalmente una tenuta all’isolamento > 500 V AC (Figura 8.2.4.3).

I circuiti a sicurezza intrinseca devono essere collegati a terra, quando questo risulta necessario per ragioni di sicurezza. Essi possono essere collegati a terra, se questo è necessario, per ragioni di funzionamento. Il collegamento a terra deve essere effettuato in un solo punto attraverso il collegamento con il sistema equipotenziale. Se la tensione di scarica in CC del dispositivo SPD è < 500 V DC, il circuito a sicurezza intrinseca viene considerato collegato a terra.
Se la tensione di scarica in CC del dispositivo SPD è > 500 V DC, il circuito a sicurezza intrinseca non viene considerato collegato a terra. BLITZDUCTOR XT (BXT ML4 BD EX 24 o BXT ML2 BD S EX 24) soddisfa questo requisito.Per coordinare la resistenza dielettrica degli apparecchi da proteggere (trasduttore di misurazione e sensore) con il livello di protezione del dispositivo SPD, è necessario assicurare che la tenuta all’isolamento degli apparecchi da proteggere sia nettamente superiore ai requisiti per la tensione alternata di prova di 500 V AC.

Per evitare che la caduta di tensione della corrente di interferenza venga scaricata lungo il collegamento di terra e deteriori il livello di protezione della tensione, deve essere stabilito un coerente collegamento equipotenziale tra il dispositivo da proteggere e il dispositivo SPD.

Messa a terra / collegamento equipotenziale

Nella zona Ex dell’impianto è necessario assicurare un collegamento equipotenziale coerente ed una magliatura dell’impianto di terra. La sezione del conduttore di terra tra il dispositivo SPD e il sistema equipotenziale non deve essere inferiore a 4 mm² (rame). Quando si utilizzano molti SPD, si raccomanda una sezione di 16 mm² (in rame).

Installazione di un dispositivo SPD BLITZDUCTOR XT in circuiti Ex(i)

I punti di vista dei requisiti normativi Ex(i) sui circuiti di protezione contro le esplosioni e quelli sulla compatibilità elettromagnetica (EMC) sono diversi; questa è una situazione che a volte provoca la costernazione dei progettisti e degli installatori.
I più importanti criteri di scelta per la sicurezza intrinseca e per la protezione contro le sovratensioni e gli EMC negli impianti sono elencati nel capitolo 9.32, al fine di identificare in ciascun caso l’interazione corretta.