1 Che cos'è una barriera Zener?
Una barriera Zener è un elemento di sicurezza passivo che limita i segnali o i circuiti elettrici tra un'area sicura e un'area potenzialmente esplosiva in modo tale che nessuna energia infiammabile possa entrare nell'area pericolosa.
Di solito consiste in:
Resistori per la limitazione della corrente,
Diodi Zener per la limitazione della tensione,
e un fusibile che interrompe il circuito in caso di guasto.
Ciò garantisce che la tensione, la corrente e l'energia del circuito rimangano sufficientemente basse da impedire l'accensione di un'atmosfera esplosiva anche in caso di guasto.
2 Perché si usano le barriere Zener?
Nelle zone ATEX, l'energia elettrica rappresenta sempre un potenziale rischio di accensione. I sensori, gli interruttori o le sonde installati nelle zone 0, 1 o 2 (gas) o nelle zone 20, 21 o 22 (polveri) richiedono pertanto una limitazione sicura dell'energia.
Le barriere Zener soddisfano questo scopo:
Proteggono circuiti a sicurezza intrinseca (Ex i).
Consentono di utilizzare i normali dispositivi di controllo o di valutazione al di fuori della zona.
Sono una soluzione economica e collaudata per i segnali analogici o binari.
Applicazioni tipiche:
Misura di temperatura, pressione e livello
Sensori su tubi e contenitori
Linee di segnale tra il sistema di controllo e i dispositivi di campo
3. pianificazione e utilizzo: cosa bisogna considerare?
🔹 a) Certificazione e classe di protezione
Le barriere Zener devono avere un'omologazione ATEX o IECEx valida. La targhetta contiene marcature quali:
II (1) G [Ex ia Ga] IIC II (1) D [Ex ia Da] IIIC
Questi indicano la zona e il gruppo di sostanze per cui l'apparecchio è omologato.
🔹 b) Luogo di installazione
Le barriere Zener sono installate nell'area sicura, di solito su una guida DIN nell'armadio di controllo.
Non devono essere installati nella zona Ex.
🔹 c) Messa a terra
Un collegamento a terra sicuro è essenziale.
Questo è l'unico modo per dissipare in modo sicuro l'energia in eccesso che viene dissipata attraverso i diodi Zener.
La messa a terra mancante o allentata è un errore di installazione comune e pericoloso.
🔹 d) Progettazione di loop e cavi
I valori limite si applicano a ciascuna barriera Zener per:
Tensione e corrente massime
induttanza (L) e capacità (C) massime della linea
Questi valori devono essere presi in considerazione nel calcolo del loop.
Il superamento dei limiti può invalidare la sicurezza intrinseca, anche se tutti i singoli componenti sono certificati.
🔹 e) Documentazione
Ogni installazione di circuiti a sicurezza intrinseca deve essere documentata:
Schema del circuito con assegnazione della barriera ↔ sensore
Parametri del punto di messa a terra e del loop
Certificati e prove di conformità
4. Cosa non può fare una barriera Zener
Le barriere Zener sono semplici, affidabili e poco costose, ma non sono universalmente applicabili.
I seguenti punti devono essere chiari:
Non forniscono isolamento galvanico. Le differenze di potenziale tra il circuito di misura e il sistema di controllo possono quindi causare errori di misura.
Non sono adatti per circuiti di potenza o attuatori con requisiti energetici elevati.
Non funzionano se la messa a terra è inadeguata.
Non sono esenti da manutenzione: in particolare, il collegamento a terra e i fusibili devono essere controllati regolarmente.
In molti sistemi moderni, gli amplificatori di isolamento a sicurezza intrinseca con isolamento galvanico sono quindi sempre più utilizzati quando aumentano i requisiti di precisione di misura o di EMC.
5. etichettatura e test
Le barriere Zener sono chiaramente contrassegnate per indicare il loro campo di applicazione.
Etichettatura esemplare:
Ex ia IIC Ga Uo = 28 V DC Io = 93 mA Po = 660 mW Lo = 10 mH Co = 83 nF
Questi valori indicano l'energia massima che il circuito di uscita può erogare e quindi se il circuito del sensore collegato rimane entro i limiti consentiti.
Lista di controllo per i test:
L'etichettatura è completa e leggibile?
La tensione, la corrente e la potenza corrispondono all'applicazione prevista?
La messa a terra è documentata e misurata?
La lunghezza del cavo rientra nei limiti calcolati?
6. Fare
Le barriere Zener sono un metodo semplice e collaudato per trasmettere segnali elettrici in modo intrinsecamente sicuro in atmosfere potenzialmente esplosive.
Offrono protezione attraverso la limitazione dell'energia, sono robusti e poco costosi, ma richiedono un'attenta pianificazione, messa a terra e documentazione.
Errori nel calcolo della messa a terra o del loop rendono inefficace anche la migliore barriera.
Pertanto, le barriere Zener non sono componenti di installazione, ma di sicurezza.
7. in breve
| Vantaggio | Confine |
| Soluzione semplice e conveniente | Nessun isolamento galvanico |
| Tecnologia comprovata | Solo per circuiti di segnale/sensore |
| Ampia approvazione per le zone ATEX | Obbligo di messa a terra rigoroso |
| Bassa manutenzione con una corretta installazione | Limitazione dell'energia pura - nessuna protezione EMC |