Взрывозащита измерительного прибора, (4-20 мА + автономное электропитание + радиоканал) Опции

[Dr.NoA]

Прошу совета по разработке взрывозащищенного оборудования, т.к. собственного опыта в этой области нет.

Поскольку похожие темы возникали несколько раз, даю более подробную начальную информацию. Есть некий измерительный прибор, которому подключается внешний датчик с выходным сигналом 4-20 мА или 0-10 В (питание датчика формирует этот же прибор). Результаты измерения передаются по радиочастотному каналу связи, мощность передатчика не более 100 мВт. Прибор имеет автономное электропитание от 4 шт. Li-SOCl2-батарей формата AA (3.6 В, 2400 мАч). Прибор (включая батареи) размещен в герметичный (IP66) пластиковый корпус, антенна внутри корпуса (SMD-антенна), датчик подключается через кабельный ввод к клеммникам внутри корпуса прибора. В приборе ничего не греется. Максимальная потребляемая мощность прибора (без учета потребления датчика) порядка 500 мВт, то средняя потребляемая мощность порядка 1-10 мВт, т.к. большую часть времени прибор находится в спящем режиме.

Задача заключается в разработке аналогичного прибора, но с уровнем взрывозащиты "взрывобезопасное электрооборудование" (знак уровня - 1). Предполагается, что прибор и датчик будут размещаться во взрывоопасной зоне, но на некотором расстоянии друг от друга (длина кабеля порядка 1 -10 м), при этом будет использоваться датчик с маркировкой ExiallCT5.

Будем считать, что ограничений на габариты и цену нет, но энергопотребление желательно минимизировать. Решал ли кто-то аналогичную задачу?

[Rst7]

С источником проблем нет. Низковольтная батарея допускает очень приличные токи по энергии искры. Курить таблицы в ГОСТе.

Более того, раз у вас нефтянка, рекомендую целиться не в водород (класс смеси С), а в углеводороды - класс смеси В. Там заметно мягче требования.

Проблемы будут с:

1. Радиомодулем. Совершенно неизвестно, сколько и каких там конденсаторов.
2. Преобразователем питания для датчика. Придется постараться, чтобы ограничить энергии.

[Garik2012]

С источником проблем нет. Низковольтная батарея допускает очень приличные токи по энергии искры. Курить таблицы в ГОСТе.

Подниму старую тему, чтобы не плодить аналогичные.
Вот как раз смотрю таблицу "Допустимый ток короткого замыкания в зависимости от напряжения и подгруппы электрооборудования" в ГОСТ Р 51330.10-99. И никак не вкурю. Таблица для интересующей меня подгруппы IIB начинается с 13,5 В, для напряжений ниже - загадочные прочерки. Что эти прочерки означают? Мне нужно сделать искробезопасной аккумуляторную батарею, состоящую из 4-х Ni-MH элементов и залитую в компаунд, максимальное напряжение батареи - не более 6,6 В. Так какой ток КЗ согласно ГОСТу допустим для батареи с таким напряжением? Как барьер искрозащиты считать?

[x-men]

Подниму старую тему, чтобы не плодить аналогичные.
Вот как раз смотрю таблицу "Допустимый ток короткого замыкания в зависимости от напряжения и подгруппы электрооборудования" в ГОСТ Р 51330.10-99. И никак не вкурю. Таблица для интересующей меня подгруппы IIB начинается с 13,5 В, для напряжений ниже - загадочные прочерки. Что эти прочерки означают? Мне нужно сделать искробезопасной аккумуляторную батарею, состоящую из 4-х Ni-MH элементов и залитую в компаунд, максимальное напряжение батареи - не более 6,6 В. Так какой ток КЗ согласно ГОСТу допустим для батареи с таким напряжением? Как барьер искрозащиты считать?

Сейчас действует ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010. Необходимо выполнить требования стандрата к АКБ. В ГОСТе есть приложение А. Согласно приложению выполнить оценку.
Вопрос встречный - значение тока нормированное на уровне 3,3А (последнее значение при коэффициенте 1,5 и напряжении 13,5В) при 6,6В вас не устраивает?

Сообщение отредактировал x-men - Sep 27 2013, 09:41

[Garik2012]

Сейчас действует ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010. Необходимо выполнить требования стандрата к АКБ. В ГОСТе есть приложение А. Согласно приложению выполнить оценку.

Нас ориентировали именно на ГОСТ 51330.10-99. 60079-11-2010 посмотрю, конечно, спасибо. Вот бегло листанул его - и снова та же картина - графики для определения что тока КЗ, что max допустимой емкости обрываются на 9-10-12 вольт... А ниже что?

Вопрос встречный - значение тока нормированное на уровне 3,3А (последнее значение при коэффициенте 1,5 и напряжении 13,5В) при 6,6В вас не устраивает?

Не очень. При таком низком напряжении батареи я надеялся обойтись "малой кровью", т.е. пассивным (резистивным) барьером для ограничения тока - залить резисторы+стабилитроны в батарею, и все. Но если ток КЗ принять в 3,3А, то при токе в 350 мА (это мах ток потребления устройства от батареи) на искрозащите будет падать аж 0,7 В. А хотелось бы минимизировать потери.
Ну ладно, предположим, я смирюсь с КЗ 3,3А.
А с емкостями чего делать? Получается, что если график обрывается выше моего напряжения, то я вообще могу с емкостями не заморачиваться и ставить хоть фараду?

[x-men]

Нас ориентировали именно на ГОСТ 51330.10-99. 60079-11-2010 посмотрю, конечно, спасибо. Вот бегло листанул его - и снова та же картина - графики для определения что тока КЗ, что max допустимой емкости обрываются на 9-10-12 вольт... А ниже что?
Не очень. При таком низком напряжении батареи я надеялся обойтись "малой кровью", т.е. пассивным (резистивным) барьером для ограничения тока - залить резисторы+стабилитроны в батарею, и все. Но если ток КЗ принять в 3,3А, то при токе в 350 мА (это мах ток потребления устройства от батареи) на искрозащите будет падать аж 0,7 В. А хотелось бы минимизировать потери.
Ну ладно, предположим, я смирюсь с КЗ 3,3А.

Да не стоит раньше времени огорчатся. Я просто спросил сначала.
Таблица расчитана согласно квадратичной зависимости. В принципе возможно применить интреполяцию. Я думаю что на 100% можно обосновать значение в 6,6А при коэффициенте 1,5 (считая линейно). На самом деле при правильно рассчитаной аппроксимации будет даже большее значение.
Во вторых какой коээфицент вы закладываете?. Если 1, то значение тока еще выше.
Ну и в конце всегда есть возможность использовать активное ограничение (+дублирование само собой). Но при таких больших токах не уверен имеет ли смысл с этим связываться.

А с емкостями чего делать? Получается, что если график обрывается выше моего напряжения, то я вообще могу с емкостями не заморачиваться и ставить хоть фараду?

Емкости внутри вашего изделия складываются. Так как они накапливают энергию ее нужно ограничивать. Но вы ничего не написали про вход своего изделия. Т.е. про то что идет во взрывоопасную зону.
+ Емкости рассчитываются по А2. Там до 6 вольт есть значения для IIB.

Сообщение отредактировал x-men - Sep 27 2013, 10:21

[Garik2012]

Да не стоит раньше времени огорчатся. Я просто спросил сначала.
Таблица расчитана согласно квадратичной зависимости. В принципе возможно применить интреполяцию. Я думаю что на 100% можно обосновать значение в 6,6А при коэффициенте 1,5 (считая линейно). На самом деле при правильно рассчитаной аппроксимации будет даже большее значение.
Во вторых какой коээфицент вы закладываете?. Если 1, то значение тока еще выше.

Я не то, чтобы огорчаюсь, я пытаюсь разобраться. Ну ладно, сегодня у меня устройство с собственным потреблением в 350 мА в пике. Действителньо можно принять ток КЗ и 6,6А, и даже 3,3А. А если завтра мне понадобится сделать аппарат с питанием 6 В или вообще 3 В, но с собственнм тогом, скажем, в 10А или еще выше? Тогда как?
Я просто привык с уважением относиться к разным нормативным документам. Как в том анекдоте - ну не должно быть такое, что напряжения ниже 12 В есть, а ток КЗ и емкости в ГОСТе для них не оговорены! Хочется ясности в голове именно по низким напряжениям.
Зависимость там, судя по графикам, явно логарифмическая, а не линейная. Так что для низких напряжений по идее ток должен быть выше в разы, если не в десятки раз. Может Вы встречали где-то в ГОСТах или в других ОФИЦИАЛЬНЫХ документах формулы, таблицы, графики или еще что-то именно для низких напряжений, менее 12 В? Ведь когда речь идет об экспертизе, тут собственные допущения не канают, тут докУмент требуется.
2. Коэффициент пока закладываю 1,5, надеюсь вписаться.

Ну и в конце всегда есть возможность использовать активное ограничение (+дублирование само собой). Но при таких больших токах не уверен имеет ли смысл с этим связываться.

А вот тут, если можно, поподробнее, буду очень благодарен. Меня настращали, что мол эксперты в барьерах ничего сложнее резитора и стабилитрона не признают. Да и сам я пока не очень представляю, как подходить к активным ограничителям с точки зрения искробезопасности. Если я правильно понял ГОСТ, то при экспертизе предполагается, что транзистор активного ограничителя может пробить. Как тут быть? Дублировать?

Емкости внутри вашего изделия складываются. Так как они накапливают энергию ее нужно ограничивать. Но вы ничего не написали про вход своего изделия. Т.е. про то что идет во взрывоопасную зону.

Что емкости складываются - это понятно. И что накопленная ими энергия требует ограничения, понятно тоже. Непонятен лишь максимально допустимый уровень этой энергии, то есть мах допустимая суммарная емкость при моем напряжении 6,6В. Не нашел ничего для таких малых напруг в ГОСТах.
Что касается входа в мое изделие, то его, слава богу, нет. Все изделие, целиком - компактное, автономное, никакими проводами никуда не подключающееся. А-ля сотовый телефон, нетбук и тому подобные "карманно-сумочные" устройства.

+ Емкости рассчитываются по А2. Там до 6 вольт есть значения для IIB.

О, это уже что-то, спасибо! Щас полезу искать

С емкостями теперь, слава богу, прояснилось.
500 мкФ для 6,6В при х1,5 - это же просто раскошно! Впишусь без проблем.
Вот бы еще с током КЗ аргументированно разобраться. А потом переходить к индуктивностям, тут у меня пока еще с принципиальной схемой в плане индуктивностей большие непонятки.

Сообщение отредактировал Garik2012 - Sep 27 2013, 10:40