PH
2025-11-21 13:07

Методика выбора УЗИП для систем АСУ ТП с учетом требований SIL и взрывозащиты

Современные системы автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП) являются критически важными элементами промышленных предприятий. Их бесперебойная работа и функциональная безопасность напрямую влияют на эффективность производства, защиту оборудования и, что наиболее важно, на безопасность персонала и окружающей среды. Импульсные перенапряжения (ИП), вызванные грозовыми разрядами или коммутационными процессами, представляют серьезную угрозу для чувствительной электроники АСУ ТП.
Выбор устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) для таких систем — это комплексная задача, требующая учета не только стандартных электрических параметров, но и специфических требований, таких как Уровень Полноты Безопасности (Safety Integrity Level, SIL) и взрывозащита (Ex).

Многоступенчатая защита и зоны молниевой защиты (LPZ)

Классы и зоны УЗИП
Класс УЗИП Зона LPZ Назначение
Класс I (Тип 1) LPZ 0A/0B → LPZ 1 Защита от прямого удара молнии и отвод большей части тока молнии. Устанавливаются на главном вводе.
Класс II (Тип 2) LPZ 1 → LPZ 2 Защита от наведенных перенапряжений и остаточных токов. Устанавливаются в распределительных щитах.
Класс III (Тип 3) LPZ 2 → LPZ 3 Защита непосредственно чувствительного оборудования от остаточных и коммутационных перенапряжений. Устанавливаются максимально близко к защищаемому устройству.
Для систем АСУ ТП, особенно для сигнальных и коммуникационных линий, критически важна правильная координация УЗИП Класса II и III, чтобы обеспечить снижение остаточного напряжения до уровня, безопасного для конечного оборудования (например, 24 В контроллеров и датчиков).

Требования функциональной безопасности (SIL)

В критических системах, таких как системы аварийной остановки (ПАЗ/ESD), необходимо обеспечить высокий уровень функциональной безопасности, который определяется стандартом МЭК 61508 и его отраслевым аналогом МЭК 61511. Уровень SIL (от SIL1 до SIL4) определяет требуемую вероятность отказа системы, приводящего к опасному состоянию.

Для УЗИП, используемых в контурах безопасности, соответствие требованиям SIL является обязательным. УЗИП в таких системах должны:

  1. Иметь сертификат SIL: Соответствие УЗИП определенному уровню SIL (часто SIL3) должно быть подтверждено независимым органом, таким как TÜV или Exida.
  2. Обеспечивать предсказуемый отказ: В отличие от обычных УЗИП, которые могут выйти из строя с обрывом цепи (что делает систему незащищенной без оповещения), УЗИП, сертифицированные по SIL, должны быть спроектированы так, чтобы их отказ всегда был предсказуемым (например, короткое замыкание). Это позволяет вышестоящему защитному аппарату (автоматическому выключателю) отключить цепь и подать сигнал о неисправности в АСУ ТП [1].

Продукция Beijing PingHe серии T, например, УЗИП PHL-T24-L4-EX (R), соответствует этим строгим требованиям, имея сертификат SIL3 от TÜV.

Взрывозащита и искробезопасные цепи (Ex i)

На объектах нефтегазовой, химической и других отраслей с потенциально взрывоопасными средами (зоны 0, 1, 2) УЗИП должны соответствовать требованиям взрывозащиты, в частности, для искробезопасных цепей (Ex i).
Искробезопасные УЗИП предназначены для защиты сигнальных линий (например, 4-20 мА, RS-485), которые соединяют полевое оборудование, расположенное во взрывоопасной зоне, с оборудованием в безопасной зоне. Ключевые требования к таким УЗИП:
  • Сертификация Ex: УЗИП должны иметь сертификаты, подтверждающие их соответствие международным стандартам ATEX (Европа) и/или IECEx (глобальный) [3].
  • Ограничение энергии: УЗИП должны ограничивать энергию импульсного перенапряжения до уровня, который не способен вызвать воспламенение взрывоопасной смеси в полевой зоне. Это достигается за счет ограничения напряжения и тока на выходе УЗИП до безопасных значений $U_i$ и $I_i$.
  • Гальваническая развязка: В некоторых случаях, для обеспечения искробезопасности, УЗИП могут быть интегрированы с барьерами искрозащиты, обеспечивающими гальваническую развязку.

УЗИП серии T от PingHe разработаны специально для защиты искробезопасных цепей и имеют соответствующие сертификаты, что делает их оптимальным выбором для критических применений в АСУ ТП на опасных производственных объектах.

Методика выбора УЗИП для АСУ ТП

Выбор УЗИП для АСУ ТП должен осуществляться в соответствии со следующей пошаговой методикой:
Шаг Описание Учет требований SIL/Ex
1. Определение зон LPZ Разделение объекта на зоны молниевой защиты (LPZ 0A, 0B, 1, 2, 3) в соответствии с МЭК 62305. Определение мест установки УЗИП Класса I, II, III. Определение мест установки УЗИП Класса I, II, III.
2. Идентификация защищаемых цепей Определение типов линий: силовые (220/380 В), сигнальные (4-20 мА, RS-485, Ethernet), коммуникационные. Выбор УЗИП для сигнальных цепей. Выбор УЗИП для сигнальных цепей.
3. Оценка критичности (SIL) Определение требуемого Уровня Полноты Безопасности (SIL) для каждой петли управления, в которой участвует УЗИП. Для контуров SIL2/SIL3 — обязательно использовать УЗИП с сертификатом SIL. Для контуров SIL2/SIL3 — обязательно использовать УЗИП с сертификатом SIL.
4. Оценка взрывоопасности (Ex) Определение, проходит ли линия через взрывоопасную зону (Ex-зона). Для линий, идущих в Ex-зону, обязательно использовать искробезопасные УЗИП (Ex i). Обязательно использовать искробезопасные УЗИП (Ex i) для линий в Ex-зоне.
5. Выбор электрических параметров Выбор УЗИП по номинальному напряжению (UN), максимальному рабочему напряжению (UC), номинальному току разряда (In), максимальному току разряда (Imax) и уровню защиты напряжения (Up). Up должен быть ниже уровня изоляции защищаемого оборудования. Up должен быть ниже уровня изоляции защищаемого оборудования.
6. Выбор конструкции Выбор модульного, компактного, горячезаменяемого исполнения. Модульный дизайн (например, серии T от PingHe) позволяет замену без остановки системы, что критично для АСУ ТП. Обязательно использовать модульный, горячезаменяемый дизайн.

Рекомендации по продукции PingHe

Компания Beijing PingHe предлагает линейку УЗИП серии T, которые идеально подходят для решения сложных задач защиты в АСУ ТП, особенно там, где требуется сочетание функциональной безопасности и взрывозащиты.

Ключевые особенности УЗИП серии T:
  • Сертификация SIL3 от TÜV: Подтверждает пригодность для использования в самых критически важных системах безопасности.
  • Искробезопасное исполнение (Ex i): Обеспечивает надежную защиту полевого оборудования во взрывоопасных зонах.
  • Модульная конструкция и горячая замена: Позволяет проводить обслуживание без прерывания технологического процесса.
  • Тонкий корпус (12,4 мм): Экономит место в шкафах управления.


Примеры продукции для АСУ ТП:
  • УЗИП PHL-T24-L4-EX (R): Искробезопасный модуль для 4-проводных систем с номинальным напряжением 24 В. Идеально подходит для защиты аналоговых и дискретных сигналов в Ex-зонах.
  • Подробнее об УЗИП PHL-T24-L4-EX (R)
  • УЗИП PHL-T24-L2-EX (R): Искробезопасный модуль для 2-проводных систем.
  • Подробнее об УЗИП PHL-T24-L2-EX (R) (Ссылка ведет на общую страницу серии, так как прямая ссылка на L2-EX не была найдена, но продукт является частью серии)
Правильный выбор УЗИП для систем АСУ ТП — это инвестиция в надежность, безопасность и долговечность промышленного оборудования. Учет требований SIL и взрывозащиты при выборе УЗИП, таких как модули серии T от Beijing PingHe, гарантирует соответствие самым строгим международным стандартам и обеспечивает максимальную защиту критически важных технологических процессов.