Barriere Zener e Barriere Galvanicamente isolate: vantaggi e svantaggi di ciascuna scelta

27 mar 2019 / di GM International

Categorie: Safety news

La Sicurezza Intrinseca è uno dei modi di protezione ritenuto più semplice e più efficace contro le esplosioni. Questa modalità di protezione, che limita il livello di energia elettrica e termica, impedisce a un prodotto posto in un'area potenzialmente esplosiva di creare un innesco. Nelle applicazioni a Sicurezza Intrinseca le apparecchiature usate sono classificate in due categorie:

  • le apparecchiature a Sicurezza Intrinseca che comprendono trasmettitori, convertitori I/P, valvole a solenoide e ogni dispositivo capace di immagazzinare energia, destinato ad un utilizzo in area potenzialmente esplosiva. Questi prodotti devono essere certificati come apparecchiature a Sicurezza Intrinseca adatte per l'uso in area pericolosa. Caso particolare, le apparecchiature semplici quali interruttori, resistori, potenziometri, semplici semiconduttori come LED, fototransistor, generatori come le termocoppie e le fotocellule se non generano più di 1,5 V, 100 mA, 25 mW, possono essere adoperate in aree pericolose senza alcuna certificazione, ma solo accompagnate dalle indicazioni per un utilizzo sicuro dichiarate dal costruttore.
  • sono definite apparecchiature associate le interfacce tra il campo (ossia la zona pericolosa) e la strumentazione in sala controllo. Chiamate più comunemente barriere, le apparecchiature associate dividono i circuiti non a Sicurezza Intrinseca, quindi a energia non limitata, dai circuiti a Sicurezza Intrinseca, caratterizzati da parametri elettrici limitati e definiti. Dispositivi e componenti elettrici consentono di deviare verso terra o isolare un eventuale guasto che, se producesse eccessiva energia in zona pericolosa, potrebbe causare un innesco. Le barriere devono essere progettate e certificate per potersi connettere alle apparecchiature a Sicurezza Intrinseca poste in area pericolosa. Le apparecchiature associate giocano un ruolo importante nei sistemi a Sicurezza Intrinseca, in quanto definiscono i parametri di sicurezza massimi ammessi nei circuiti collegati ai terminali di area pericolosa delle Barriere.

Due sono le tipologie di apparecchiature associate comunemente utilizzate: le Barriere Zener e le Barriere a Separazione Galvanica (o Barriere Galvanicamente Isolate o Isolatori).

Entrambe le tipologie di Barriere si avvalgono generalmente di diodi Zener, un particolare tipo di diodo (componente elettronico che permette il flusso di corrente elettrica in un verso, bloccandola quasi totalmente nell'altro) che consente la chiusura del circuito prima che l'energia raggiunga il campo.

 

La Barriera Zener

In passato, l'utilizzo di Barriere Zener era molto comune. Questa tipologia di Barriera, costituita da una rete piuttosto semplice di componenti, in situazioni di funzionamento normale consente ai segnali elettrici di passare in entrambe le direzioni. In caso di guasto, invece, grazie ai diodi Zener, l'energia in eccesso è dissipata dai diodi, deviando la correten verso terra.

L'efficacia della barriera dipende dalla presenza di una buona connessione verso terra, che deve garantire il ritorno della corrente di guasto all'area sicura prevenendo ogni aumento di tensione e di corrente ai terminali dell'area pericolosa. Questa condizione è permessa dall'utilizzo di un conduttore di terra, dedicato solo a questo impiego, che deve essere separato da ogni altro filo di terra strutturale dell'impianto e connesso in un solo punto di riferimento. La resistenza del collegamento tra la terra della barriera Zener e quella più lontana del punto di riferimento, deve essere mantenuta inferiore a 1 ohm per evitare possibili inneschi.

La scelta di una Barriera Zener è vantaggiosa in termini di costi. Essendo costituita da pochi elementi costa meno rispetto a una Barriera Galvanicamente Isolata.

Questa Barriera ha però anche svantaggi. Uno di essi è costituito dalla necessità del collegamento di terra dedicato e mantenuto nel tempo. Inoltre la caduta di tensione alle estremità della Barriera potrebbe rendere alcune applicazioni impossibili mentre connessioni sbagliate o improprie potrebbero guastare la Barriera.

 

La Barriera Galvanicamente Isolata  

La Barriera Galvanicamente Isolata risolve problemi lasciati irrisolti dalla Barriera Zener. Gli Isolatori Galvanici, infatti, impediscono all'energia potenzialmente pericolosa di essere trasmessa ai circuiti a sicurezza intrinseca invece di dissiparla. Componenti quali trasformatori conformi alle normative della Sicurezza Intrinseca consentono di creare una condizione di isolamento tra i circuiti in area pericolosa e quelli in area sicura. Quindi, in caso di guasto, se nella Barriera Zener la corrente di guasto viene deviata dai diodi Zener verso terra, in uno stesso circuito, nella Barriera Galvanicamente Isolata è semplicemente evitato il fatto che essa possa entrare nel circuito a sicurezza intrinseca, tramite una separazione fisica dei circuiti. Il collegamento a terra non è più necessario.

In impianti con sensori molto piccoli, in metallo, la Barriera Galvanicamente isolata è una scelta obbligata perché potrebbe essi stessi potrebbero non essere ben isolati da terra. 

Anche per chi ha la necessità di gestire più loop (circuiti ad anello) a Sicurezza Intrinseca la scelta della Barriera Galvanicamente Isolata è ritenuta migliore perché consente l'isolamento dei singoli loop. È più facile, quindi, lo svolgimento di attività di manutenzione.

Un ulteriore punto di forza della Barriera Galvanicamente Isolata è costituito dalla facilità d'installazione dovuta all'assenza di connessione a terra.

Un elemento a sfavore delle Barriere Galvanicamente Isolate è il prezzo, di solito più elevato rispetto a quello delle Barriere Zener.

 

Conclusioni

Per concludere, saper scegliere il tipo di Barriera più adatta alle necessità del proprio impianto è importante. È determinante per questo motivo affidarsi a installatori e produttori capaci di suggerire la scelta migliore.

 

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