Sécurité intrinsèque est une méthode de protection contre les explosions qui maintient l'énergie électrique et thermique dans un circuit si faible qu'elle ne peut pas générer une étincelle ni une surface chaude capable d'enflammer une atmosphère inflammable, même en cas de défaut du circuit. Contrairement aux coffrets antidéflagrants qui contiennent une ignition après qu'elle s'est produite, la sécurité intrinsèque empêche la source d'inflammation de se former.
Tous les autres concepts de protection majeurs, les coffrets antidéflagrants (Ex d), la sécurité augmentée (Ex e), partent du principe qu'une étincelle ou un arc peut se produire et contiennent soit l'explosion résultante, soit suppriment les conditions qui permettent l'apparition d'étincelles.
La sécurité intrinsèque (Ex i) adopte une approche différente: elle plafonne la tension et le courant à la source de sorte que même un fil rompu, un court‑circuit ou un composant en court‑circuit ne puisse libérer suffisamment d'énergie pour enflammer le gaz, les vapeurs ou l'atmosphère de poussières environnants.
Les instruments de terrain tels que transmetteurs, commutateurs et petits actionneurs fonctionnent généralement à des niveaux de puissance suffisamment faibles pour que cette approche soit pratique, ce qui explique pourquoi la sécurité intrinsèque domine l'instrumentation de procédé en zones dangereuses.
La norme IEC/EN 60079-11 définit les sous‑niveaux de sécurité intrinsèque selon le nombre de défauts indépendants que le circuit doit tolérer tout en restant incapable de provoquer une inflammation :
La norme distingue les défauts « comptables », pannes crédibles telles qu'un court‑circuit d'un composant ou un circuit ouvert qui doivent être pris en compte dans le total de défauts pour ia ou ib, des défauts considérés comme non comptables parce que les espacements, les distances de fuite et les dégagements dans la construction de l'équipement les rendent suffisamment improbables.
Seuls les défauts comptables sont utilisés pour dimensionner le cas de tolérance aux défauts pour ia, ib ou ic.
La tolérance aux défauts qu'offre un circuit détermine la zone la plus exigeante dans laquelle il peut être installé :
| Niveau de protection | Niveau de protection de l'équipement (EPL) | Zone gaz typique | Tolérance aux défauts |
|---|---|---|---|
| Ex ia | Ga | Zone 0 | Deux défauts |
| Ex ib | Gb | Zone 1 | Un défaut |
| Ex ic | Gc | Zone 2 | Aucun défaut (uniquement en fonctionnement normal) |
La Zone 0 couvre les emplacements où une atmosphère explosive est présente en permanence ou pendant de longues périodes
l'équipement y doit donc continuer à fonctionner en sécurité même après que deux événements indépendants se sont produits, ce qui explique pourquoi Ex ia est le niveau minimum requis pour la Zone 0 (les équipements certifiés Ex ia peuvent aussi être installés en Zone 1 ou Zone 2, puisqu'ils satisfont ou dépassent les exigences de ces zones).
La Zone 1 couvre les emplacements où l'atmosphère est susceptible d'apparaître pendant le fonctionnement normal, et la Zone 2 ceux où elle n'est attendue que brièvement ou dans des conditions anormales.
Cette même logique de limitation d'énergie sous‑tend d'autres décisions de classification des zones prises par les équipes d'usine concernant le risque d'arc électrique et la protection contre les défauts à la terre , où l'objectif est également d'empêcher qu'un défaut électrique ne devienne un événement d'inflammation ou de blessure.
Une barrière Zener est un réseau passif de diodes Zener, résistances et d'un fusible installé à la frontière entre la zone sûre et la zone dangereuse. En fonctionnement normal, les résistances limitent le courant et le circuit laisse passer le signal de l'instrument sans entrave.
Si un défaut dans l'équipement de la zone sûre fait monter la tension au‑dessus du seuil Zener, les diodes écrêtent la tension et détournent le courant de défaut excédentaire vers une terre intrinsèquement sûre dédiée, tandis que le fusible protège les diodes contre les dommages thermiques.
Les barrières Zener sont simples et peu coûteuses, mais elles nécessitent une connexion de terre IS vérifiée et de faible résistance pour fonctionner, et cette terre doit être entretenue et testée dans le cadre de la boucle.
Un isolateur galvanique obtient la même limitation d'énergie sans chemin électrique partagé. Il utilise en interne un transformateur, un relais ou un opto‑isolateur pour séparer le circuit de la zone dangereuse du circuit de la zone sûre tout en faisant passer le signal de mesure ou de commande à travers la barrière.
Comme il n'existe pas de connexion électrique directe entre les deux côtés, les isolateurs galvanique ne dépendent pas d'une terre IS dédiée, ce qui simplifie l'installation et élimine une source courante de pannes gênantes.
Ils coûtent généralement plus cher que les barrières Zener mais sont désormais le choix le plus courant dans les nouvelles installations pour cette raison.
Chaque appareil associé (la barrière ou l'isolateur) et chaque appareil de terrain intrinsèquement sûr (le transmetteur, le commutateur ou autre dispositif) porte un ensemble de paramètres d'entité certifiés sur sa plaque signalétique ou sa fiche technique. Pour que la boucle soit intrinsèquement sûre, ces paramètres doivent être comparés et appariés avant le câblage du système :
Ce concept d'entité permet aux ingénieurs de combiner des barrières et des dispositifs de terrain certifiés provenant de différents fabricants sans test de certification système, tant que chaque vérification de paramètre est réussie et que la puissance de sortie combinée reste dans les limites certifiées pour le groupe de gaz et la classe de température concernés.
Se tromper dans cet appariement, ou l'omettre lors du remplacement d'un appareil de terrain, est l'une des façons les plus courantes dont une boucle intrinsèquement sûre est compromise involontairement.
Les boucles intrinsèquement sûres tombent tout de même en panne comme tout autre circuit d'instrumentation: les fusibles des barrières sautent, les terres IS se corrodent, l'isolation des câbles se dégrade, et les appareils de terrain dérivent ou tombent en panne.
Parce que ces défauts se manifestent souvent d'abord par une perte subtile de performance plutôt que par une alarme franche, la visibilité conditionnelle sur la ligne importe autant en zones dangereuses que dans le reste de l'usine.
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Non. Le matériel antidéflagrant (Ex d, « flameproof ») permet qu'une mise à feu interne se produise mais la confine à l'intérieur d'une enveloppe robuste de sorte qu'elle ne puisse pas s'échapper. La sécurité intrinsèque limite l'énergie de façon à ce qu'une étincelle ou une surface chaude capable d'enflammer ne se forme jamais.
Seulement après avoir reverifié la comparaison des paramètres d'entité pour le nouvel appareil par rapport à la barrière ou à l'isolateur installé. Un remplacement avec un Ci ou Li plus élevé, ou un Vmax ou Imax plus faible, peut invalider la boucle certifiée même s'il correspond au même raccordement physique.
Le câblage IS est généralement posé dans un câble séparé et clairement identifié (souvent bleu clair) ou séparé des conducteurs non‑IS, et doit satisfaire aux exigences d'isolation et de séparation de la norme d'installation pertinente afin qu'un défaut dans un circuit non‑IS ne puisse pas injecter d'énergie dans la boucle IS.
Ex ia n'est requis que lorsque l'équipement doit fonctionner en Zone 0. En Zone 1, Ex ib satisfait au niveau de protection requis généralement à moindre coût et avec une complexité de conception moindre, donc spécifier ia partout reviendrait à surdimensionner plutôt qu'à ajouter de la sécurité.
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