سلامة جوهرية

السلامة الجوهرية (Intrinsic Safety - IS)، هي تقنية وقائية لضمان التشغيل الآمن للمعدات الكهربائية في المناطق الخطرة، وذلك من خلال تقييد الطاقة (الكهربائية والحرارية) المتاحة لمنع حدوث اشتعال. وفي دوائر الإشارة والتحكم التي تعمل بتيارات وجهد منخفض، يبسط نهج السلامة الجوهرية تصميم الدوائر ويقلل تكاليف التركيب مقارنة بطرق الوقاية الأخرى. وتوجد المناطق التي تحتوي على تركيزات خطيرة من الغازات أو الأتربة القابلة للاشتعال في تطبيقات مثل مصافي البتروكيماويات والمناجم. وتُعد هذه التقنية، كفرع علمي، تطبيقاً لـ السلامة الكامنة في مجال الأجهزة الدقيقة. أما الدوائر ذات القدرة العالية، مثل المحركات الكهربائية أو الإضاءة، فلا يمكنها استخدام أساليب السلامة الجوهرية للوقاية.

 التعريفات 

 الأجهزة ذات السلامة الجوهرية 
هي أجهزة كهربائية تحتوي على دوائر متصلة ببعضها البعض وتُصنف جميعها كدوائر ذات "سلامة جوهرية" طوال فترة تواجدها وعملها داخل المنطقة الخطرة.

 الأجهزة المصاحبة 
هي أجهزة كهربائية تحتوي على نوعين من الدوائر: دوائر ذات سلامة جوهرية، ودوائر غير ذات سلامة جوهرية. وتُصمم هذه الأجهزة بطريقة تضمن عدم تأثير الدوائر غير الآمنة سلباً على الدوائر ذات السلامة الجوهرية (أي أنها تعمل كحاجز وقائي يمنع انتقال الطاقة العالية من المنطقة الآمنة إلى المنطقة الخطرة).

 دائرة السلامة الجوهرية 
هي دائرة صُممت بحيث لا تكون قادرة على التسبب في اشتعال أجواء انفجارية معينة، سواء كان ذلك عن طريق أي شرارة كهربائية أو تأثير حراري، وذلك في ظروف التشغيل العادية أو حتى في ظروف حدوث أعطال محددة.

 مبادئ التشغيل والتصميم 
في الاستخدام العادي، غالباً ما تسبب المعدات الكهربائية أقواساً كهربائية صغيرة (شرارات داخلية) في المفاتيح، وفرش المحركات، والموصلات، وأماكن أخرى. كما تولد المعدات الكهربائية المدمجة حرارة، والتي قد تصبح في ظروف معينة مصدراً للاشتعال.

تتعدد الطرق لجعل المعدات آمنة للاستخدام في المناطق المعرضة لخطر الانفجار. وتُعد السلامة الجوهرية (والتي يُرمز لها بالرمز "i" في تصنيفات ATEX وIECEx) واحدة من عدة طرق متاحة للمعدات الكهربائية.

بالنسبة للإلكترونيات المحمولة، تُعد السلامة الجوهرية هي الطريقة الواقعية الوحيدة التي تسمح بحماية الجهاز وتأمين تشغيله ضد الانفجار. والجهاز الذي يوصف بأنه "ذو سلامة جوهرية" مُصمم ليكون غير قادر على إنتاج حرارة أو شرارة كافية لإشعال جو انفجاري، حتى لو تعرض الجهاز للتلف أو التدهور في حالته.

اعتبارات تصميم الأجهزة الإلكترونية ذات السلامة الجوهرية:

 تقليل أو القضاء على الشرارات الداخلية.
 التحكم في درجات حرارة المكونات.
 إلغاء المسافات بين المكونات التي قد تسمح للغبار بعمل دائرة قصر.

يتم التخلص من احتمالية حدوث شرارة داخل المكونات عن طريق تقييد الطاقة المتاحة في أي دائرة معينة وفي النظام ككل.

تصبح درجة الحرارة مشكلة في حالات حدوث أعطال معينة (مثل قصر داخلي في أشباه الموصلات)، حيث يمكن أن ترتفع درجة حرارة المكون إلى مستوى يشعل بعض الغازات المتفجرة. لذا، يجب استخدام وسائل حماية مثل تحديد التيار بواسطة المقاومات والمصهرات لضمان عدم وصول أي مكون إلى درجة حرارة "الاشتعال الذاتي" للجو المحيط تحت أي ظرف. وفي الأجهزة الإلكترونية المدمجة الحديثة، تُصمم لوحات الدوائر المطبوعة بمسافات عزل محددة تمنع حدوث قوس كهربائي في حال تسرب الغبار إليها.

يتمثل المفهوم الأساسي في تقييد الطاقة الكهربائية والحرارية في النظام بحيث لا يمكن حدوث اشتعال (للغاز أو الغبار). ويتحقق ذلك بضمان دخول جهد وتيار منخفضين فقط إلى المنطقة الخطرة، وعدم وجود إمكانية لتخزين طاقة كبيرة.

أبرز طرق الحماية:

 تحديد التيار: باستخدام مقاومات متصلة على التوالي (من أنواع تفتح الدائرة دائماً عند تعطلها).
 تحديد الجهد: باستخدام صمامات "زينر" متعددة.
 حواجز الأمان:
 حواجز زينر: تقوم بتأريض الجهد الزائد الخطير.
 حواجز العزل الغلفاني: تقطع الاتصال المباشر بين دوائر المنطقة الآمنة والمنطقة الخطرة عبر طبقة عازلة.

تتطلب معايير الاعتماد (مثل IEC 60079-11 و IEC TS 60079-39) ألا تتجاوز الحواجز المستويات المعتمدة للجهد والتيار حتى في حال حدوث أعطال محددة في المكونات المحدِدة للطاقة.

 أمثلة وتطبيقات 

 عمليات النقل البحري: أثناء نقل المواد القابلة للاشتعال بين المحطات والسفن، تشترط قوات خفر السواحل الأمريكية استخدام أجهزة راديو لاسلكية معتمدة كأجهزة ذات سلامة جوهرية لضمان استمرار التواصل الآمن في حالات الطوارئ.

 الهواتف المحمولة: يجب أن تستوفي الهواتف المستخدمة في المصافي معايير تصميم خاصة للبطاريات للحصول على شهادات UL أو ATEX أو IECEx.

ملاحظة هامة: فقط الأجهزة التي تعمل بالبطارية والمصممة بشكل سليم يمكن أن تكون "ذات سلامة جوهرية بذاتها". أما الأجهزة الحقلية الأخرى والتمديدات، فلا تعتبر ذات سلامة جوهرية إلا إذا استُخدمت ضمن نظام سلامة جوهرية مُصمم بشكل متكامل وفقاً لمجموعة معايير IEC 60079.

 جهات الاعتماد 
تُوضع معايير الحماية الجوهرية بشكل أساسي من قبل اللجنة الدولية للكهرتقنية (IEC)، ومع ذلك، تقوم جهات ومنظمات مختلفة أيضاً بتطوير معايير خاصة بالسلامة الجوهرية. قد تتبع هذه الجهات الحكومات، أو تتألف من أعضاء يمثلون شركات التأمين، والمصنعين، والقطاعات الصناعية المهتمة بمعايير السلامة. وتسمح هذه الجهات للمصنعين بوضع ملصق أو علامة تمييز لتأكيد أن المعدات قد صُممت وفقاً لمعايير سلامة المنتجات ذات الصلة.

من الأمثلة على جهات الاعتماد في أمريكا الشمالية:

 مؤسسة فاكتوري متبول للأبحاث (FM): التي تمنح شهادات الاعتماد لأجهزة الراديو.
 مختبرات أندرويترز (UL): التي تمنح شهادات الاعتماد للهواتف المحمولة.
 جمعية المعايير الكندية (CSA): في كندا.
 في الاتحاد الأوروبي (EU): يُعد المعيار الصادر عن اللجنة الأوروبية للتقييس الكهرتقني (CENELEC) تحت الرمز (EN 60079-11) هو المعيار المعتمد لشهادات السلامة الجوهرية، ويجب أن يتم الاعتماد وفقاً لتوجيهات ATEX. بينما تتبع بقية دول العالم معايير الـ IEC.

ولتسهيل التجارة العالمية، تعمل هيئات المعايير حول العالم على نشاطات "المواءمة"؛ بحيث يمكن في نهاية المطاف الموافقة على استخدام المعدات ذات السلامة الجوهرية المصنعة في بلد ما في بلد آخر، دون الحاجة إلى إجراء اختبارات مكلفة أو تقديم وثائق مكررة.

 مراجع 

تصنيف:تقنية الغاز الطبيعي
تصنيف:سلامة الغاز الطبيعي
تصنيف:سلامة كهربائية