Obszary zagrożone wybuchem, takie jak kopalnie, zakłady chemiczne czy stacje benzynowe, to dość specyficzne miejsca dla pracy urządzeń elektronicznych. Urządzenia projektowane do eksploatacji w takich środowiskach muszą posiadać odpowiednie właściwości, minimalizujące ryzyko inicjowania eksplozji. Szczegółowe wymagania opisane są w szeregu norm IEC/EN 60079.

Do zaistnienia zjawiska wybuchu (gwałtownego i niekontrolowanego spalania substancji łatwopalnej) muszą jednocześnie wystąpić trzy czynniki: substancja łatwopalna (w postaci pyłu, gazu, pary lub mgły natryskowej), powietrze (a właściwie zawarty w nim tlen) oraz czynnik inicjujący, czyli na przykład iskra lub silnie rozgrzana powierzchnia. Wyeliminowanie dwóch pierwszych składników zazwyczaj jest niemożliwe, więc uniknięcie przykrych konsekwencji sprowadza się do walki z inicjatorem eksplozji. Dlatego właśnie istotne jest takie projektowanie poszczególnych elementów urządzenia, aby żadne z nich nie stało się elementem zapalnym.

Odpowiednio skonstruowane elementy przyłączeniowe eliminują ryzyko wybuchu w strefach Ex

Dopóki złącza dobrane są właściwie do planowanego obciążenia prądem, przewody są pewnie zamocowane w złączu oraz wszelkiego typu wtyki tkwią w gnieździe odpowiednio zabezpieczone przed przypadkowym ich wypięciem w trakcie pracy, duża część ryzyka zostaje zminimalizowana. Taki stan można uzyskać dzięki zastosowaniu sprawdzonych elementów połączeniowych.

Terminale wtykowe do PCB

W ofercie firmy Phoenix Contact dostępne są terminale wtykowe do obwodów drukowanych PCB dedykowane dla urządzeń pracujących w strefach Ex. Oznacza to, że zostały one zaprojektowane z wykorzystaniem odpowiednich technik łączeniowych, jak na przykład klatka windowa. W tym systemie przewód jest dociskany do belki prądowej za pomocą elementu działającego na zasadzie windy – poprzez dokręcanie śrubki klatka podciągana jest do góry. Specjalna konstrukcja gwarantuje blokowanie się gwintu, czyniąc połączenie odpornym na wibracje – nie ma obawy, że śrubka ulegnie samoczynnemu poluzowaniu. Dostępne są również warianty z przyłączem sprężynowym, które także jest odporne na wibracje i przypadkowe wypięcie się przewodu. W złączach można stosować przewody z zakresu przekrojów od 0,2 do 2,5 mm², co zapewnia szeroki wachlarz zastosowań – od obsługi sygnałów niskoprądowych po zasilanie. Dodatkowo, wszystkie elementy typu gniazdo-wtyk posiadają zabezpieczenie w postaci kołnierza śrubowego. Po dokręceniu śruby w kołnierzu wtyk jest pewnie połączony z gniazdem. Alternatywnie można zastosować blokadę zatrzaskową, która równie skutecznie zabezpiecza połączenie.

Składniki ryzyka wybuchu

W przypadku narażenia na ryzyko wyrwania gniazda z PCB lub oderwania ścieżek od laminatu wskutek mechanicznego działania na gniazdo, należy dodatkowo zamocować je do płytki. Można to zrobić za pomocą dodatkowych wkrętów, które wkręca się przez płytkę od spodu w kołnierz gniazda.

Przerwy izolacyjne
Kwestia samego zamocowania nie wyczerpuje jednak wszystkich zagadnień. Istotna jest także konstrukcja geometryczna izolatora złącza – należy zapewnić jak największe przerwy izolacyjne mierzone w powietrzu oraz po powierzchni izolatora pomiędzy przewodzącymi elementami sąsiednich biegunów złącza. Wymagania te, określane w normie IEC / EN 60079-7, determinują także napięcia, z jakimi mogą pracować złącza: 176-352 V (w zależności od wybranego rastru). Maksymalny prąd wynosi 12 A.

Terminale przyłączeniowe z cechą Ex dostępne są w wielu wariantach – można je dopasować do większości wymagań aplikacji

Odporność połączenia na wzrost rezystancji
Odporność połączenia gniazdo-wtyk na wzrost rezystancji, a co za tym idzie rozgrzewanie się połączenia, zapewnia dodatkowy element sprężynujący. Jest on wykonany ze stali nierdzewnej i skutecznie dociska styki wtyku do pinów w gnieździe. Dzięki temu nawet w środowisku narażonym na wibracje element bezawaryjnie spełnia swoje zadanie.

Materiał wykonania
Ważny jest także materiał, z jakiego są wykonane elementy. W przypadku złączy firmy Phoenix Contact jest to poliamid o klasie palności V0, posiadający parametr CTI 600 (I grupa materiałów izolacyjnych). Tworzywo to ma także wysoką odporność na starzenie się, zapewniając bezawaryjne działanie przez długi czas.

Warianty
Komplety gniazdo-wtyk dostępne są w ilości biegunów od 2 do 12. Jeśli zachodzi konieczność tworzenia systemów modułowych, dostępne są także odwrócone gniazda, dzięki którym można w prosty sposób zrealizować połączenie typu płytka-płytka. Terminale do bezpośredniego przyłączania przewodów do PCB można także znaleźć w wykonaniu wysokim (przeznaczone do umieszczenia na płytce, która po zamontowaniu w obudowie będzie zalana żywicą). Szeroki zakres produktów pozwala znaleźć złącza do wielu typów urządzeń elektronicznych.

Kontrola jakości i certyfikacja

Każde złącze Phoenix Contact dedykowane do aplikacji Ex jest poddawane szeregowi kontroli tuż po wyprodukowaniu (np. testy wysokim napięciem sprawdzające odporność na przebicie).

Różne warianty złączy wtykowych dedykowanych do aplikacji Ex

Aby odróżnić standardowe złącze od złączy dedykowanych do aplikacji przeciwwybuchowych, są one specjalnie oznaczane. Każde z nich posiada cechę Ex oraz numer certyfikatu. Oznacza to, że organ certyfikujący – Dekra – zatwierdził zgodność wyrobu z wymaganymi normami. Korzyścią dla projektanta/producenta wynikającą z powyższego faktu jest brak konieczności wykonywania dodatkowych badań poszczególnych elementów w celu dopuszczenia gotowego wyrobu do stosowania w określonej aplikacji. Pozwala to oszczędzić czas, ale także uniknąć dodatkowych kosztów.

inż. Piotr Andrzejewski
Autor jest pracownikiem
firmy Phoenix Contactx