1 Qu'est-ce qu'une barrière Zener ?
Une barrière Zener est un élément de sécurité passif qui limite les signaux ou circuits électriques entre une zone sûre et une zone potentiellement explosive de manière à ce qu'aucune énergie inflammable ne puisse pénétrer dans la zone dangereuse.
Il se compose généralement des éléments suivants
Résistances pour la limitation du courant,
Diodes Zener pour la limitation de la tension,
et un fusible qui interrompt le circuit en cas de défaillance.
Cela garantit que la tension, le courant et l'énergie dans le circuit restent suffisamment faibles pour empêcher l'inflammation d'une atmosphère explosive, même en cas de défaillance.
2 Pourquoi utilise-t-on des barrières Zener ?
Dans les zones ATEX, l'énergie électrique constitue toujours un risque d'inflammation potentiel. Les capteurs, interrupteurs ou sondes installés en zone 0, 1 ou 2 (gaz) ou en zone 20, 21 ou 22 (poussières) nécessitent donc une limitation sûre de l'énergie.
Les barrières Zener remplissent cette fonction :
Ils protègent les circuits à sécurité intrinsèque (Ex i).
Ils permettent l'utilisation de dispositifs de contrôle ou d'évaluation normaux en dehors de la zone.
Ils constituent une solution rentable et éprouvée pour les signaux analogiques ou binaires.
Applications typiques :
Mesure de la température, de la pression et du niveau
Capteurs sur les tuyaux et les conteneurs
Lignes de signaux entre le système de contrôle et les appareils de terrain
3. planification et utilisation - quels sont les éléments à prendre en compte ?
🔹 a) Certification et classe de protection
Les barrières Zener doivent être homologuées ATEX ou IECEx. La plaque signalétique contient des marquages tels que :
II (1) G [Ex ia Ga] IIC II (1) D [Ex ia Da] IIIC
Elles indiquent la zone et le groupe de substances pour lesquels l'appareil est homologué.
🔹 b) Lieu d'installation
Les barrières Zener sont installées dans la zone de sécurité, généralement sur un rail DIN dans l'armoire de commande.
Ils ne doivent pas être installés dans la zone Ex elle-même.
🔹 c) Mise à la terre
Il est essentiel de disposer d'une prise de terre sûre.
C'est la seule façon de dissiper en toute sécurité l'énergie excédentaire qui est dissipée par les diodes Zener.
L'absence ou le relâchement de la mise à la terre est une erreur d'installation courante et dangereuse.
🔹 d) Conception des boucles et des câbles
Les valeurs limites s'appliquent à chaque barrière Zener pour :
Tension et courant maximums
l'inductance (L) et la capacité (C) maximales de la ligne
Ces valeurs doivent être prises en compte dans le calcul de la boucle.
Le dépassement des limites peut invalider la sécurité intrinsèque, même si tous les composants individuels sont certifiés.
🔹 e) Documentation
Toute installation de circuits à sécurité intrinsèque doit être documentée :
Schéma de circuit avec affectation de la barrière ↔ capteur
Paramètres des points de mise à la terre et des boucles
Certificats et preuves de conformité
4. Ce qu'une barrière Zener ne peut pas faire
Les barrières Zener sont simples, fiables et peu coûteuses, mais elles ne sont pas universellement applicables.
Les points suivants doivent être clairs :
Ils n'offrent pas d'isolation galvanique. Les différences de potentiel entre le circuit de mesure et le système de contrôle peuvent donc entraîner des erreurs de mesure.
Ils ne conviennent pas aux circuits de puissance ou aux actionneurs ayant des besoins énergétiques plus importants.
Ils ne fonctionneront pas si la mise à la terre est inadéquate.
Ils ne sont pas exempts d'entretien - la mise à la terre et les fusibles, en particulier, doivent être vérifiés régulièrement.
Dans de nombreux systèmes modernes, les amplificateurs d'isolement à sécurité intrinsèque isolés galvaniquement sont donc de plus en plus utilisés lorsque les exigences en matière de précision des mesures ou de CEM augmentent.
5. l'étiquetage et les essais
Les barrières Zener sont clairement marquées pour indiquer leur domaine d'application.
Exemple d'étiquetage :
Ex ia IIC Ga Uo = 28 V DC Io = 93 mA Po = 660 mW Lo = 10 mH Co = 83 nF
Ces valeurs indiquent l'énergie maximale que le circuit de sortie peut fournir - et donc si le circuit du capteur connecté reste dans les limites autorisées.
Liste de contrôle pour les tests :
L'étiquetage est-il complet et lisible ?
La tension, le courant et la puissance correspondent-ils à l'application prévue ?
La mise à la terre est-elle documentée et mesurée ?
La longueur du câble se situe-t-elle dans les limites calculées ?
6. Faire
Les barrières Zener sont un moyen simple et éprouvé de transmettre des signaux électriques en toute sécurité intrinsèque dans des atmosphères potentiellement explosives.
Ils offrent une protection par la limitation de l'énergie, sont robustes et peu coûteux, mais nécessitent une planification, une mise à la terre et une documentation minutieuses.
Les erreurs de mise à la terre ou de calcul des boucles rendent même la meilleure barrière inefficace.
Par conséquent, les barrières Zener ne sont pas des composants d'installation, mais des composants de sécurité.
7. en bref
| Avantage | Frontière |
| Une solution simple et rentable | Pas d'isolation galvanique |
| Une technologie éprouvée | Uniquement pour les circuits de signaux/capteurs |
| Large approbation pour les zones ATEX | Obligation stricte de mise à la terre |
| Peu d'entretien si l'installation est correcte | Limitation de l'énergie pure - pas de protection CEM |