Zener barrier một thiết bị cần thiết để ngăn ngừa các vụ nổ có khả năng xảy ra tại các khu vực nguy hiểm như môi trường gas, xăng dầu, bụi nhiễm từ… Một vụ nổ xảy ra cần 3 yếu tố : khí / bụi, oxy và nguồn gây cháy. Hệ thống an toàn hoạt động dựa trên nguyên tắc loại bỏ nguồn đánh lửa có thể xảy ra. Điều này chỉ đạt được bằng cách sử dụng Zener Barrier hoặc Galvanic Isolator. Vậy Zener barrier là gì, nguyên lý hoạt động như thế nào? Chúng ta cùng xem nhé.
Zener Barrier là gì?
Zener Barrier là một thiết bị khá đơn giản với điện áp và dòng điện được giới hạn trong khu vực nguy hiểm. Điện áp được giới hạn bởi một Diode Zener còn dòng điện được giới hạn bởi một điện trở đầu ra. Có một cầu chì ( fuse ) được dùng để bảo vệ diode, để làm được điều này cần nối đất để kích hoạt sự an toàn bên trong nó. Không có sự nối đất Zener Barrier sẽ không hoạt động cũng như không bảo vệ được hệ thống. Tất cả các linh kiện này đều là đạt chuẩn an toàn ( phòng nổ ).
Các rào cản Zener barrier được thiết kế cho vùng Zone 0 ( Ex ia ) và cũng có thể được dùng cho các vùng 1 ( Ex ib ) và vùng 2 ( Ex ic ). Đối với vùng Zone 0 ( Ex ia ) các Zener phải đảm an toàn với hai lỗi có thể xảy ra. Do đó, các thành phải đảm bảo sao cho không có bất cứ một sai sót nào có thể xảy ra. Để làm được điều này thì cần phải có 2 Zener Diode và các hệ số an toàn phải được nhân lên 1,5 lần. Có nghĩa rằng trong các điều kiện sự cố thì chúng không bao giờ tiêu hao quá 2/3 khả năng bảo vệ của chúng.
Zener Diode là gì?
Các Zener diode được sử dụng cần được xem xét với hai chế độ : chế độ lỗi và hoạt động. Khi lỗi xảy ra, điện áp Vi cao hơn so với Vz của Zener barrier. Để đảm bảo an toàn thì Zener Barrier phải đảm bảo đầu ra đến khu vực nguy hiểm được giới hạn trong mức an toàn.
Điều này xảy ra thì các tham số Uo, Io, Po là các tham số duy nhất có thể sử dụng. Các thông số này không ảnh hưởng tới việc vận hành, công suất, năng lượng đầu ra tối đa vào khu vực nguy hiểm. Nói cách khác Zener Barrier sẽ chuyển hướng tất cả các dòng điện vượt mức an toàn xuống đất thông qua việc nối đất của thiết bị.
Nếu trình trạng điện áp quá mức này duy trì trên Zener Barrier thì các cầu chì sẽ bảo vệ Zener Barrier. Một số trường hợp khác thì Zener Barrier sẽ bị nổ để bảo vệ hệ thống không dẫn dòng điện, điện áp ra khu vực nguy hiểm dễ cháy nổ.
Để đảm bảo an toàn thì Vin luôn luôn phải nhỏ hơn Vz và dòng điện phải tối thiểu chạy qua các Diode của Zener.
Các lưu ý khi sử dụng Zener Barrier
Các Zener Barrier khi hoạt động mà cầu chì bị nổ hoặc diode bị thủng thì không thể thay thế. Cách duy nhất để hệ thống được sử dụng và đảm bảo an toàn là thay thế Zener barrier mới.
An toàn nội tại cho phép làm việc trực tiếp nên cần phải chú ý cẩn thận để đảm bảo hơn Zener Barrier là ‘Bằng chứng đoản mạch’. tức là cầu chì không được nổ khi đoản mạch tại các đầu cuối của khu vực nguy hiểm.
Các Zener Barrier thường được đóng gói. Điều này được thực hiện để giảm yêu cầu phân tách, tản nhiệt trong điều kiện sự cố và cũng ngăn chặn việc giả mạo các thành phần an toàn.
Zener barrier là một cách cũ hơn được dùng để bảo vệ hệ thống và đã được chứng minh hiệu quả trong việc bảo vệ an toàn cho các khu vực nguy hiểm với điều kiện cần phải nối đất Zener barrier. Nếu bán không muốn nối đất mà hệ thống vẫn được bảo vệ thì có một cách khác đó là sử dụng ISOLTOR với các chứng nhận an toàn chuẩn Atex Exia.
Các loại Zener Barrier ATEX Exia thường gặp
Zener Barrier 4-20mA
Zener Barrier 4-20mA dùng cho khu vực nguy hiểm Zone 0 – 1 – 2 phải có 2 diode Zener bên trong với 4 cầu chì đảm bảo hệ thống được bảo vệ kép so với các Zener barrier thông thường.
Cách sử dụng hết sức đơn giản như sau :
- Terminal 1 kết nối nguồn 24Vdc ( + )
- Terminal 2 kết nối hệ thống PLC ( + )
- Terminal 3 kết nối 4-20mA ( + ) của cảm biến
- Terminal 4 kết nối 4-20mA ( – ) của cảm biến
- PE trên BZG788+ phải được nối đất
Đối với tín hiệu 4-20mA thì việc dùng Zener Barrier hết sức đơn giản trong việc đấu nối với hệ thống điều khiển như PLC, Scadar…
Các cảm biến nhiệt độ, áp suất có tín hiệu 4-20mA lắp đặt ngoài khu vực Zone 0 – 1 – 2 còn BZG788+ sẽ được lắp trong tủ điện của hệ thống trước khi đấu nối với PLC.
Ngoài BZG788+ còn có các mã khác như : bzh787+, bzg787lp+, bzg788l+, bzg728+, bzg728l+, bzg2728+, bzg2728l+, bzg787+, bzg787lp+ cho từng trường hợp cụ thể khác nhau.
Zener Barrier với Digital ( relay )
Không chỉ các tín hiệu 4-20mA cũng cần dùng Zener barrier mà cả tín hiệu relay cũng phải dùng để bảo vệ hệ thống. Bazg789+ được sử dụng cho 2 kênh Digital input.
Việc kết nối hết sức đơn giản với :
- Kênh 1 : terminal 1 – 2 – 3 – 4
- Kênh 2 : terminal 5 – 6 – 7 – 8
- PE trên bzg789+ phải được nối đất
Lần lượt với 2 + 6 là nguồn cấp đầu vào và 1 + 5 là tín hiệu truyền ngõ ra của hệ thống điều khiển. Còn 3-4 tương ứng relay 1 và 7-8 tương ứng relay 2.
Đối với tín hiệu Digital thì việc kết nối và sử dụng khá đơn giản như một relay trung gian nhưng không cần nguồn cấp.
Zener Barrier cho nguồn 12Vdc
Bộ Zener Barrier nguồn 12Vdc được dùng để cấp nguồn cho các cảm biến cũng như cấp nguồn cho các đèn tại khu vực phòng nổ. Hệ thống sẽ xuất ra nguồn 12Vdc vào bộ BZG767+ sau đó nguồn an toàn sẽ được cung cấp ra bên ngoài hệ thống.
Cách kết nối đơn giản như sau :
- Terminal 1 ( – ) – 2 ( + ) kết nối với nguồn 12Vdc khu vực an toàn
- Terminal 3 ( + ) – 4 ( – ) kết nối với hệ thống khu vực nguy hiểm
- PE trên BZG767+ được nối mass
Zener Barrier cho Pt100
Cảm biến nhiệt độ loại Pt100 là một trong những loại cảm biến được sử dụng phổ biến nhất trong các loại đo nhiệt độ. Đối với cảm biến nhiệt độ phòng nổ theo tiêu chuẩn EX ia thì cần thêm bộ Zener Barrier Bzg765ac hoặc bộ cách ly phòng nổ & chuyển đổi sang 4-20mA về PLC / Scadar.
Bộ Zener Barrier BZG756ac được thiết kế cho các loại cảm biến nhiệt độ Pt100 dùng trong vùng nguy hiểm Zone 0 – 1 – 2 mà không có sử dụng bộ chuyển đổi nhiệt độ Pt100 sang 4-20mA. PLC cần phải có card modul mở rộng cho RTD để đọc được cảm biến Pt100.
Zener Barrier cho Thermocoule
Chúng ta đã biết cảm biến nhiệt độ có khá nhiều loại khác nhưng có hai loại chính được sử dụng PT100 và Thermocoule. Thermocoule có khả năng đo nhiệt độ cao hơn hẳn so với PT100 nhưng lại có ngõ ra dạng mV. Các bộ đọc tín hiệu thermocouple thường là dạng khuếch đại tín hiệu mV để quy đổi thành số thực hiển thị trên màn hình hoặc scadar.
Bzg760ac hoạt động tương tự như bộ Bzg756ac chỉ khác nhau là có khả năng cách ly tín hiệu rất nhỏ của thermocouple nói chung.
Cách thức sử dụng hết sức đơn giản:
- Terminal 1 ( – ), 2 ( + ) tương ứng với ngõ ra kết nối hệ thống
- Therminal 3 ( + ), 4 ( – ) kết nối lần lượt với chân Dương ( + ) và ( – ) của Thermouple
- PE của BZG760ac phải được nối mass để đảm bảo thiết bị hoạt động đúng kỹ thuật
Đối với tín hiệu Thermocoule thì việc sử dụng khá đơn giản với chỉ 2 dây vào và hai dây ra mà không cần cấp thêm nguồn.
Zener Barrier cho đầu cân loadcell
Đối với các đầu cân ( loadcell ) nằm khu vực phòng nổ thì cần tới 3 bộ Zener barrier trong đó :
- Bzg 761+ được dùng để cấp nguồn cho loadcell
- Bzg 764+ được lắp cho đầu và và cả đầu ra
Sự khác biệt giữa các bộ Zener barrier cho loadcell và các loại tín hiệu khác chính là có thêm cấp nguồn cho loadcell. Đối với loadcell 4 dây thì chỉ cần 1 bộ bzg764+ còn loadcell 6 dây thì cần 2 bộ bzg764+.
Như vậy, đối với các thiết bị sử dụng trong khu vực nguy hiểm cần có một bộ zerner barrier hoặc bộ cách ly Atex Ex ia để cách ly phòng nổ giữa khu vực nguy hiểm và khu vực an toàn.
Nếu như các bạn phân vân không biết dùng thiết bị nào cho cảm biến của mình hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn.
Mua bộ Zener barrier ở đâu?
Công ty Hưng Phát là đại diện của Georgin – Pháp chuyên về các thiết bị đo lường nhiệt độ, áp suất, chuyển đổi, cách ly tín hiệu, Zener barrier phòng nổ cho các khu vực Zone 0 – 1 – 2, zone 20 – 21 – 22 với tiêu chuẩn được sản xuất từ G7.
Các thiết bị được nhập chính hãng từ Pháp có giá thành cạnh tranh với các thương hiệu lớn trong ngành.
Kỹ sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hoà
Mobi : 0937.27.55.66
Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn
