GUIDA PRATICA/TEORICA PER LA SICUREZZA INTRINSECA. Da dove nasce la Sicurezza Intrinseca?

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1 web: 1 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. GUIDA PRATICA/TEORICA PER LA SICUREZZA INTRINSECA Da dve nasce la Sicurezza Intrinseca? Nel 1913 in Inghilterra, un'esplsine di gas metan in una miniera di carbne causò la mrte di mltissime persne, addette ai lavri. La cmmissine d'inchiesta istituita per indagare sull'avvenut discusse a lung riguard alle cause dell'esplsine, per arrivare alla cnclusine che il clpevle era il sistema di segnalazine a bassa tensine cl quale, dal fnd della miniera, si segnalava alla superficie che i carrelli cntenenti il materiale eran prnti per essere tirati in superficie. Quest sistema, cmpst da delle batterie e da una avvisatre acustic (una sirena) veniva attivat crtcircuitand, a man cn un strument metallic, due cnduttri nn prtetti che crrevan lung tutta le lunghe gallerie della miniera. Il sistema di segnalazine della miniera, errneamente cnsiderat sicur Il sistema fu inizialmente cnsiderat sicur piché la bassa tensine e il livell di crrente nel circuit rimanevan all'intern dei parametri di sicurezza. La ricerca che seguì rivelò che è fndamentale tenere presente anche la quantità di energia che un circuit può immagazzinare. Senza i necessari metdi di prtezine, l'energia induttiva immagazzinata nella sirena e nel cablaggi prduce livelli di energia sufficiente a generare una scintilla che fu in grad di innescare la periclsa mistura di aria e gas, causand la fatale esplsine. Era nat il cncett di Sicurezza Intrinseca L'apparat elettric e i sui circuiti assciati da allra in pi dvetter essere cstruiti in md tale da prevenire l'insrgere di

2 web: 2 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. scintille, effetti termici archi elettrici in grad di innescare una sstanza esplsiva, e quest anche in cndizine di guast dell'apparecchiatura stessa. La nrmativa ATEX La Direttiva 94/9/EC del Parlament Eurpe e del Cnsigli del 23 marz 1994 è stata recepita dal nstr Paese cn Decret del Presidente della Repubblica n. 126 del 23 marz 1998 cncernente il riavvicinament della legislazine degli Stati membri relative agli apparecchi e sistemi di prtezine destinati ad essere utilizzati in atmsfera ptenzialmente esplsiva (Aree Periclse). Rientran nel camp di applicazine del reglament anche i dispsitivi di sicurezza, di cntrll e di reglazine destinati ad essere utilizzati al di furi di atmsfere ptenzialmente periclse, necessari utili per un sicur funzinament degli apparecchi e dei sistemi di prtezine, al fine di evitare rischi di esplsine. Tale direttiva é entrata in vigre il 1 lugli Si cnsideran cnfrmi al reglament gli apparecchi, i sistemi e i dispsitivi di prtezine, crredati dell attestazine CE di cnfrmità. Criteri per la Classificazine dei gruppi di apparecchi in categrie Grupp di Apparecchi I Categria M1 cmprende gli apparecchi prgettati e, eventualmente, dtati di mezzi di prtezine speciali supplementari per funzinare cnfrmemente ai parametri perativi stabiliti dal fabbricante e assicurare un livell di prtezine mlt elevat. Gli apparecchi di questa categria sn destinati ai lavri in stterrane nelle miniere e nei lr impianti di superficie espsti al rischi di spriginament di grisù e/ di plveri cmbustibili. Gli apparecchi di questa categria devn rimanere perativi in atmsfera esplsiva, anche in cas di guast eccezinale dell apparecchi, e devn essere caratterizzati da mezzi di prtezine tali che: In cas di guast di un dei mezzi di prtezine, almen un secnd mezz indipendente assicuri il livell di sicurezza richiest. Oppure Al verificarsi di due guasti indipendenti l un dall altr, sia garantit il livell di sicurezza richiest. Il grad di prtezine richiest è simile quell ia richiest per le Barriere a Sicurezza Intrinseca. Categria M2 cmprende gli apparecchi prgettati per funzinare cnfrmemente ai parametri perativi stabiliti dal fabbricante e

3 web: 3 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. assicurare un livell di prtezine elevat. Gli apparecchi di questa categria sn destinati ai lavri in stterrane nelle miniere e nei lr impianti di superficie espsti al rischi di spriginament di grisù e/ di plveri cmbustibili; in presenza di atmsfera ptenzialmente esplsiva, l alimentazine di energia di questi apparecchi deve pter essere interrtta. I mezzi di prtezine relativi agli apparecchi di questa categria assicuran il livell di prtezine richiest durante il funzinament nrmale, cmpres quell in cndizini di funzinament gravse, segnatamente quell risultante da frti sllecitazini e da cntinue variazini ambientali. Grupp di Apparecchi II Categria 1 cmprende gli apparecchi prgettati per funzinare cnfrmemente ai parametri perativi stabiliti dal fabbricante e assicurare un livell di prtezine mlt elevat. Gli apparecchi di questa categria sn destinati ad ambienti in cui si rileva, sempre, spess per lunghi peridi, un atmsfera esplsiva dvuta a miscele di aria e gas, vapri, nebbie miscele di aria e plveri. Gli apparecchi di questa categria devn assicurare il livell di prtezine richiest, anche in cas di guast eccezinale dell apparecchi, e devn essere caratterizzati da mezzi di prtezine tali che: In cas di guast di un dei mezzi di prtezine, almen il livell di sicurezza richiest sia assicurat da un secnd mezz indipendente. Oppure qualra si manifestin due guasti indipendenti un dall altr, il livell di prtezine richiest sia garantit. Categria 2 cmprende gli apparecchi prgettati per funzinare cnfrmemente ai parametri perativi stabiliti dal fabbricante e assicurare un livell di prtezine elevat. Gli apparecchi di questa categria sn destinati ad ambienti in cui vi è prbabilità che si manifestin atmsfere esplsive dvute a gas, vapri, nebbie miscele di aria e plveri. I mezzi di prtezine relativi a questa categria devn assicurare il livell di prtezine richiest, anche in presenza di anmalie ricrrenti di difetti di funzinament degli apparecchi di cui ccrre abitualmente tener cnt. Categria 3 cmprende gli apparecchi prgettati per funzinare cnfrmemente ai parametri perativi stabiliti dal fabbricante e assicurare un livell di prtezine nrmale. Gli apparecchi di questa categria sn destinati ad ambienti in cui vi sn scarse prbabilità che si manifestin, e cmunque sl per breve temp, atmsfere esplsive dvute a gas, vapri, nebbie miscele di aria e plveri. Gli apparecchi di questa categria devn assicurare il livell di prtezine richiest al funzinament nrmale. Garanzia della Qualità

4 web: 4 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. Le aziende che intendn prdurre apparecchiature atte ad essere usate in atmsfere ptenzialmente esplsive dvrann avere un Sistema di Garanzia della Qualità apprvat dall autrità cmpetente, inltre andrann sggette ad un cntrll peridic sulla prduzine. Classificazine Zne ATEX ZONE, GRUPPI E CATEGORIE Nei lughi e per le tiplgie di impiant sggetti alla Direttiva 99/92/CE il datre di lavr deve effettuare la classificazine delle zne per quant riguarda il pericl di frmazine di atmsfere esplsive per la presenza di gas plvere. I dispsitivi per l'utilizz in zne ptenzialmente esplsive sn divisi in GRUPPI: GRUPPO I: dispsitivi usati nelle miniere GRUPPO II: dispsitivi per le installazini di superficie. Dispsitivi per MINIERE GRUPPO I CATEGORIA M1 CATEGORIA M2 Funzinament in atmsfera Apparecchiature nn esplsiva alimentate in atmsfera esplsiva Dispsitivi per INDUSTRIE IN SUPERFICIE GRUPPO II Categria Prdtt GAS POLVERE 1 Zna 0 Zna 20 2 Zna 1 Zna 21 3 Zna 2 Zna 22

5 web: 5 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. Classificazine delle zne secnd Direttiva 99/92/CE: Zna 0 Zna 20 Zna 1 Zna 21 Zna 2 Zna 22 Area in cui è presente in permanenza per lunghi peridi spess un'atmsfera esplsiva cnsistente in una miscela di aria e di sstanze infiammabili stt frma di gas, vapre nebbia. Area in cui è presente in permanenza per lunghi peridi spess un'atmsfera esplsiva stt frma di nube di plvere cmbustibile nell'aria. Area in cui durante la nrmale attività è prbabile la frmazine di un'atmsfera esplsiva cnsistente in una miscela di aria e di sstanze infiammabili stt frma di gas, vapri nebbia. Area in cui ccasinalmente durante le nrmali attività è prbabile la frmazine di un'atmsfera esplsiva stt frma di nube di plvere cmbustibile nell'aria. Area in cui durante le nrmali attività nn è prbabile la frmazine di un'atmsfera esplsiva cnsistente in una miscela di aria e sstanze infiammabili stt frma di gas, vapre nebbia e, qualra si verifichi, sia unicamente di breve durata. Area in cui durante le nrmali attività nn è prbabile la frmazine di un'atmsfera esplsiva stt frma di nube di plvere cmbustibile e, qualra si verifichi, sia unicamente di breve durata. Esempi di marcatura II 2 GD c T5 T100 C -20 C</=Ta</=60 C II 2 GD c Apparecchi destinati ad essere utilizzati in siti espsti ai rischi di atmsfere esplsive, diversi da stterranei, miniere, gallerie, ecc.., individuati secnd i criteri di cui all'allegat I della Direttiva 94/9/CE (ATEX) Apparecchi prgettat per funzinare cnfrmemente ai parametri perativi stabiliti dal fabbricante e garantire un livell di prtezine elevat. Prtett cntr gas (G) e plveri esplsive (D). Apparecchi nn elettrici per atmsfere ptenzialmente esplsive - Prtezine mediante sicurezza cstruttiva.

6 web: 6 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. T5 T 100 C -20 C</=Ta</=60 C Massima temperatura superficiale di 100 C per quant riguarda il pericl di innesc di atmsfere gassse. Massima temperatura superficiale di 100 C per quant riguarda il pericl di innsec di plveri. Range di temperatura ambiente (cn aria secca) Classi di temperature Grupp I Temperature =150 C ppure =450 C a secnda dell strat di plvere accumulat sull'apparecchi. Grupp II Classi di temp. per gas (G) Temp. superficiale ammissibile T1 450 C T2 300 C T3 200 C T4 135 C T5 100 C T6 85 C In csa cnsiste quindi la Sicurezza Intrinseca? Il cncett fndamentale della sicurezza, nelle Aree cn atmsfere ptenzialmente esplsive, cnsiste nell evitare presenza simultanea dell atmsfera periclsa e della srgente d innesc della medesima: Cntenend l esplsine entr un ben definit spazi dve nn ptrà causare nessun dann. Segregand fisicamente la srgente di energia dalla miscela esplsiva Prevenend il rilasci dell energia sufficiente ad innescare qualsiasi miscela esplsiva. In cnfrmità ai cncetti della sicurezza ed al md di applicarli ci sn diversi metdi di prtezine cntr le esplsini tali da permettere ad apparati elettrici il lr us e funzinament in Aree Periclse. Tutte queste tecniche sn reglamentate da Nrmative nazinali ed internazinali, csi cme le regle ed i cdici di applicazine, che definiscn cme prgettare ed installare

7 web: 7 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. l apparecchiatura, csi cme le autrità ricnsciute ed autrizzate a rilasciare i certificati di cnfrmità degli apparecchi dei sistemi. Tra i metdi di prtezine, il più semplice e più efficace, applicabile per gli apparecchi elettrici e la strumentazine elettrnica, è la Sicurezza Intrinseca. I principi basilari su cui si fnda la Sicurezza Intrinseca, cnsistn nel limitare, in cndizini nrmali e di guast prevedibili, la quantità di energia elettrica nei circuiti in Area Periclsa, csi cme nella strumentazine intercnnessa cn gli stessi in Area Sicura, tale che nn si pssan avere archi scintille alte temperature superficiali che pssan innescare l atmsfera esplsiva. Gli apparecchi elettrici in Area Periclsa, csi cme la strumentazine ad essi cllegata in Area Sicura, devn essere prgettati in md da ridurre la tensine a circuit apert (Vc) e la crrente di crt circuit (Isc) a valri tali per cui nn pssa causare l innesc della miscela esplsiva aprend, crtcircuitand, mettend a terra riscaldand qualsiasi cmpnente del circuit medesim. ^ La Sicurezza Intrinseca si basa sul principi di prevenire la pssibilità di esplsine limitand l'energia elettrica e la temperatura superficiale. ^ Schema di circuit resistiv La Sicurezza Intrinseca è il sl metd accettat per prteggere le Aree maggirmente Periclse (Zna 0). La manutenzine e la calibrazine degli strumenti può essere fatta cn gli impianti in funzine ed i circuiti attivi e funzinanti. La tensine bassa è anche sicura per il persnale che la usa. Nessuna prtezine meccanica speciale è richiesta per fili e cablaggi, basta usare dei cavi nrmali per strumentazine.

8 web: 8 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. La pratica della Sicurezza Intrinseca? Barriere Zener Barriere ad Islament Galvanic? Nelle applicazini a Sicurezza Intrinseca si devn cnsiderare tre parti : I dispsitivi, d apparati, in Area Periclsa : apparecchiature semplici apparecchiature a Sicurezza Intrinseca. l'interfaccia di Sicurezza: Apparecchiature Assciate. Cavi d'intercnnessine. APPARECCHIATURE SEMPLICI Le apparecchiature quali interruttri, resistri, ptenzimetri, semicnduttri cme i LED, i fttransistrs, generatri cme le termcppie e le ftcellule pssn essere cnsiderate Apparecchiature Semplici se nn generan e immagazzinan di di 1,5 V, 100 ma, 25 mw. Queste apparecchiature Semplici pssn essere usate in Aree Periclse senza bisgn di alcuna certificazine; devn essere cnsiderati, per la classificazine di temperatura, sulla base della ptenza d'uscita trasferita al dispsitiv d'interfacciament. APPARECCHIATURE A SICUREZZA INTRINSECA Trasmettitri, cnvertitri I/P, valvle a slenide e gni altr dispsitiv capace di immagazzinare energia, devn essere certificati cme Apparecchiature a Sicurezza Intrinseca adatte per us in Area Periclsa, in accrd alla classificazine delle zne ed alle caratteristiche dei gas (grupp di gas e classe di temperatura). APPARECCHIATURE ASSOCIATE Le interfaccia tra il camp e la strumentazine di sala cntrll sn chiamate usualmente "Barriere", queste prteggn i circuiti in Area Periclsa, limitand la tensine e la crrente, nelle cndizini di us nrmali e di guast. Esistn due tipi di interfaccia a Sicurezza Intrinseca: le Barriere Zener le Barriere a Separazine Galvanica Islatri cme più spess sn chiamati Esse differiscn fndamentalmente sul md nel quale l'energia ptenzialmente periclsa, prveniente dalla sala cntrll, deviata per prevenire che essa pssa passare nei circuiti in Area Periclsa.

9 web: 9 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. Le Barriere devn essere prgettate e certificate per essere adatte a cllegarsi cn Apparecchiature Semplici a Sicurezza Intrinseca pste in Area periclsa. Le Apparecchiature Assciate sn la chiave d'access ad gni Sistema a Sicurezza Intrinseca piché definiscn i Parametri di Sicurezza Massimi ammessi dei circuiti cllegati ai terminali di Area Periclsa delle Barriere (slitamente di clre blu). CAVI D'INTERCONNESSIONE I valri bassi di tensine e crrente presenti nei circuiti intrinsicamente sicuri, permettn l'us di cavi nrmalmente usati per la strumentazine di camp, purchè la capacità e l'induttanza di questi sia presa in cnsiderazine nei calcli circa la sicurezza dei sistemi. I parametri dei cavi raramente sn un prblema per la distanza dei dispsitivi in camp, sprattutt quand si usan Barriere a Separazine Galvanica. Altre tecniche di prtezine si basan sui principi di segregare, tener lntana, la miscela esplsiva dai circuiti, cme la pressurizzazine Ex p, l'incapsulament Ex m, l'immersine in li Ex, ppure in sabbia Ex q; altri ancra sul cnteniment dell'esplsini Ex d; altri infine sulla prevenzine Ex e (sicurezza aumentata) e l'ex i la Sicurezza Intrinseca. Una scelta pratica tra us di Barriere Zener e Barriere ad Islament Galvanic Le barriere a Sicurezza Intrinseca sn dispsitivi di sicurezza, psti tra le apparecchiature che intercnnettn l'area Periclsa cn quella Sicura, e cn l scp di limitare l'energia nell'area Periclsa, ad un livell inferire a quell minim richiest per

10 web: 10 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. innescare la miscela esplsiva. L'intrusine di un eccess di energia nei circuiti in Area Periclsa, dvut a cndizini di guast in Area Sicura, può essere prevenut a mezz di: Deviazine dell'energia di guast vers terra (Grund in USA). Blccand l'energia di guast cn degli elementi di islament. Durante le cndizini di guast, i livelli di tensine e di crrente, che ptrebber presentarsi in Area Periclsa, sn limitati entr valri di sicurezza. Le Barriere Zener Le Barriere Zener hann avut una grande diffusine sprattutt nel passat. Sn basate sul cncett della deviazine dell'energia e cstituite da una rete, mlt semplice, di cmpnenti. In cndizini nrmali di lavr, la barriera passa i segnali elettrici, in entrambe le direzini, senza attenuarli, almen csi dvrebbe essere. Quand una tensine di guast (Um = 250 Veff max.) si presenta ai terminali della barriera rivlti vers l'area Sicura, la cnseguente crrente viene deviata vers terra attravers il fusibile ed i didi zener. Durante il transiente di guast, la tensine a circuit apert (Vc), presente ai terminali vers l'area Periclsa, viene limitata alla tensine di zener, mentre la crrente di crt circuit (Isc), in Area Periclsa, è limitata dal resistre di limitazine (Rlim). I valri di Vc e di Isc sn rilevanti al fine di pter determinare la massima capacità e induttanza, ai

11 web: 11 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. terminali d'ingress dall'area Periclsa, per i gruppi dei gas che nn ptrann essere innescati da tali valri. L'efficienza della Barriera dipende dalla buna cnnessine vers terra, che deve garantire il ritrn della crrente di guast in Area Sicura ( e per il temp in cui il fusibile s'interrmpe) prevenend gni sstanziale aument della tensine e della crrente nei terminali dell'area Periclsa. Ciò viene garantit dall'us di un cnduttre di terra, dedicat sl per quest impieg, che deve anche essere separat da gni altr fil di terra strutturale dell'impiant e cnness in un sl punt di riferiment. La resistenza del cllegament tra la terra della Barriera Zener e quella di lntana del punt di riferiment, deve essere mantenuta inferire ad 1Ohm e le nrmative richiedn che la sezine di tale cnduttre nn sia inferire a 4 mm2 (12AWG in USA). Le barriere Zener sn dei dispsitivi semplici e a bass cst, tuttavia hann delle limitazini che devn essere cnsiderate quand vengn scelte per impieghi nella Sicurezza Intrinseca. I principali svantaggi delle barriere zener sn: La necessità di un bun cllegament di terra (di resistenza inferire a 1 Ohm) dedicat e mantenut nel temp. La caduta di tensine ai capi della Barriera rende alcune applicazini impssibili. Cnnessini sbagliate imprprie della Barriera ptrebber far bruciare il fusibile e guastare la Barriera. Veramente bassa reiezine di md cmune. Le Barriere ad Islament Galvanic I prblemi sllevati nell applicazine cn Barriere Zener sn tutti rislvibili cn gli Islatri galvanici che si basan sul principi di islare anzichè quell di deviare l'energia ptenzialmente periclsa. La differenza cnsiste nel frnire un islament tra i circuiti in Area Periclsa e quelli in Area Sicura, usand cmpnenti quali trasfrmatri, relè e ptislatri, che devn essere cnfrmi alle nrmative della Sicurezza Intrinseca alfine di garantire la sicurezza cntr il pericl di esplsine. Un schema di principi è mstrat nella Figura 3.

12 web: 12 Iscritta Trib. S.Maria C.V. n. 110/79 Reg.Sc. Quand ben prgettate, le Barriere a Islament Galvanic, nn permettn alla tensine di guast (Um = 250 Veff max.) di raggiungere il circuit di limitazine di energia che deve essere in grad di spprtare sltant la tensine presente sul secndari del trasfrmatre. LÕislament Galvanic permette ai circuiti di limitazine di essere flttanti rispett a terra; pertant sia il cllegament di terra che i fusibili, per quest circuit nn sn pi necessari. I Parametri di Sicurezza Vc e Isc, sn determinati in md similare a quell applicat per le Barriere Zener. I vantaggi principali delle Barriere a Islament Galvanic sn: La cnnessine di terra nn necessaria e i dispsitivi in Area Periclsa pssn essere messi a terra. Si pssn usare sensri cllegati alla terra strutturale del sistema (il prpri cntenitre per esempi) Ampia tensine dispnibile per i dispsitivi in camp. Il cndizinament del segnale in uscita viene cmbinat assieme ai circuiti di prtezine. Installazine semplificata ed eliminazine dei ritrni sui cnduttri di terra.