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?

Прежде всего вопрос - ГОСТ соответствующий (ГОСТ Р 52350.11—2006) читали?

Можно использовать искробезопасную цепь (категория 0ExiaIICT6), годится для применения во всех классах взрывоопасных зон.
Такая цепь с ограниченным I и U не дает искр при замыкании, поэтому ее можно монтировать обычными проводами.
Она должна быть отделена от остальной схемы барьером искрозащиты, в простейшем случае это стабилитроны с резисторами.
Часть прибора с источником питания Вам все же придется поместить во взрывозащищенный корпус (просто IP66 не подходит).
Компоненты искробезопасной цепи (в том числе датчик) должны иметь оболочку на 500В (уточните по стандартам), и не должны содержать источников питания, индуктивностей и емкостей выше определенных значений.
Контроллер клавиатуры с индикатором можно сделать в обычном корпусе, если их тоже сделать искробезопасной цепью и подключить через другой барьер.
Оба барьера располагать внутри взрывозащищенного корпуса прибора.

Честно говоря, ГОСТ Р 52350.11—2006 не читал, но бегло просматривал ГОСТ Р 51330.10-99. Сразу вопрос: как определить какими ГОСТами (например, группой ГОСТ Р 51330 или ГОСТ Р 52350) я должен руководствоваться, в каких документах это прописано? В данном случае, речь идет о нефтяной отрасли.

Вообще, я попытался максимально подробно описать задачу, чтобы те, что решал аналогичную проблему, поделились конкретными практическими советами. Естественно, потом уже я будут смотреть ГОСТы и пр.

alexvu, спасибо за информацию.

Похоже, что все устройство можно сделать с видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь". И, все-таки, начинать работу нужно с проработки ГОСТ Р 51330.0 и ГОСТ Р 51330.10.

Ок, прочитаю эти ГОСТы.

Все устройство нельзя, т.к. в нём есть, как минимум, источник питания.
Но можно так, как я выше написал.

И что с того. В том же ГОСТ Р 53300.10 написано, как с ними обойтись.

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.

Поскольку уже несколько человек указало на ГОСТ Р 51330.0 и ГОСТ Р 51330.10, то сейчас именно их и читаю. Но пока еще не прочитал, поэтому новые вопросы не задаю.


Спасибо за информацию. Но хотелось бы увидеть какие-то руководящие документы или что-то в этом роде, в которых это четко прописано.


1. Точно не скажу, но на питании радиомодуля несколько конденсаторов емкостью не более 10 мкФ (напряжение питания 3 В). Остальные конденсаторы в радиомодуле порядка нФ и пФ.
2. Предполагается использование готового датчика 4-20 мА, который выпускается в исполнении ExiallCT5 и уже применяется в нефтянке. Поэтому думаю, что этот вопрос решаемый.

Проблемы будут не с датчиком, а с преобразователем для его питания. Что измеряет датчик?
Опыт показывает, что готовые схемы плохо адаптируются под взрывозащиту вида "искробезопасная электрическая цепь". Желательно сразу при разработке схемы учитывать все требования к обеспечению взрывозащищенности.

Понятно, что речь идет о преобразователе для датчика. Я имел в виду, что раз датчик выпускается во взрывозащищенном исполнении, то и соответствующий ему преобразователь возможно сделать. Естественно, схемотехника исходного прибора будет переделываться под требования взрывозащиты.

Возможно будет проще сменить тип взыозащиты датчика 4-20 (не Exia, а Exd) и использовать везде взрывозащищенную оболочку, меньше заморочек со схемотехникой.

Датчик покупной и выбран заказчиком, поэтому я ничего в нем изменить не могу.

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?

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.
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?

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.


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.

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.

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?

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.

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.

Активное ограничение может использоваться. Но в этом плане в госте как то противоречия имеются. Микросхемы в схемах ограничения точно не применяются, так как они не являются простыми элементами. Допускаются транзисторы, диоды, стабилитроны, резисторы, предохранители. При больших токах в таких условиях сложно придумать что-то красивое. Тем более дублирование таких ограничителей необходимо. + Нагрузка элементов с учетом запаса по стандарту. С резистором получается намного проще - просто запас по мощности и все. Но для 4-20 активное ограничение намного удобнее, имхо.

Если 250В Um ниоткуда прилететь не может и нет проводных линий связи с другими устройствами - может быть вообще не нужна искробезопасная цепь, а например защита заливкой компаундом, герметизация или другой вид взрывозащиты в этом роде?




Хотя на самом деле видел и такое .
В общем то когда было куча вопросов сверялся с характеристиками чужих изделий. Ошибки находил. По декларируемым характеристикам, которые не стыкуются с требованиями стандарта.

Ну так на одном изделии с большими токами жизнь не заканчивается Завтра ведь и 4-20 может потребоваться, и что-то с совсем мизерным потреблением.
И раз уже начал копать в эту сторону, то хочется заодно и подучиться, квалификацию повысить, разобраться, что к чему.
Если не сложно, то был бы очень благодарен за любой пример (или ссылочку, куда глядеть) схемы активного ограничителя, который реально прошел сертификацию по Ex i. А то с одной стороны схему стабилизатора тока на транзисторах я себе вполне представляю и делал не раз, ничего вроде сложного. Но с другой - а кто его знает, что на этот счет думают эксперты. Так что живой пример был бы очень кстати. Что-то в сети таковые не нахожу, сплошь простейшие барьеры на резисторах и стабилитронах попадаются.


Может и так. Но я этот проект рассматриваю еще и как учебный. Поэтому раз шеф решил, что надо делать искробезопасную цепь - буду делать именно ее. В будущем такой опыт совсем не помешает.
Спасибо за помощь! Реально помогли! Что-то не вижу на этом ресурсе кнопочки "спасибо"

Такими схемами в сети не разбрасываются - это ведь хлеб каждой организации.


Могу подсказать только, где какие запасы, зазоры, где троирование надо использовать, таблицу допустимых токов короткого замыкания. Если есть вопросы - задавайте.
Ну и самое главное - если вы применяете что-то, отлично от госта - это проверяется на искровой машине. А если готовые и понятные решения - сертификацию можно пройти без проблем.