Veiligheidstemperatuurbegrenzers voorkomen oververhitting en zijn daarom onmisbaar voor de bescherming van industriële installaties. Hun preventieve functie beschermt machines tegen schade en voorkomt persoonlijk letsel. In deze FAQ vind je meer informatie over deze intelligente beveiligingsapparaten.
Een veiligheidstemperatuurbegrenzer (STB) is een apparaat voor temperatuurbewaking dat automatisch een systeem afschakeling activeert, wanneer een ingestelde grenswaarde wordt overschreden. Het is verkrijgbaar in verschillende versies, kan worden aangepast aan specifieke vereisten en omgevingen en helpt te voldoen aan wettelijke normen. Een STB wordt vaak gebruikt in thermische installaties zoals oliecentrales voor warmteoverdracht, boilers en ovens.
Normaal regelt een temperatuurregelaar de procestemperatuur. Als deze stijgt tot een ontoelaatbaar niveau door een technische fout of door onjuiste werking, grijpt de veiligheidstemperatuurbegrenzer in. In combinatie met een elektrische thermometer bewaakt deze de temperatuur en schakelt de installatie over naar een veilige bedrijfstoestand voordat de kritieke temperatuur wordt bereikt. Deze toestand wordt doorgaans bereikt door de verwarming uit te schakelen.
Functionaliteit van veiligheidstemperatuurbegrenzers
(1) temperatuurregelaar (2) temperatuursensor (3) verwarming
(4) veiligheidstemperatuurbegrenzer (5) tweede temperatuursensor
De afbeelding toont een temperatuurregelaar (1) die samen met een temperatuursensor (2) en een verwarmingselement (3) de temperatuur in een oven op 650 °C houdt. Wanneer verwarming nodig is, sluit de regelaar het afgebeelde contact en wordt de verwarming geactiveerd. De veiligheidstemperatuurbegrenzer (4) meet de temperatuur met een andere temperatuursensor (5). Hij sluit het getoonde contact bijvoorbeeld alleen bij temperaturen onder 700 °C en schakelt dan pas de verwarming in. Als de veiligheidstemperatuurbegrenzer een temperatuur van meer dan 700 °C detecteert, opent hij zijn contact (zoals op de afbeelding) en wordt de verwarming uitgeschakeld.
De regelaar en veiligheidstemperatuurbegrenzer schakelen de voedingsspanning niet rechtstreeks (in tegenstelling tot de vereenvoudigde figuur) vanwege de hoge stromen die moeten worden geschakeld. In plaats daarvan stuurt de regelaar een thyristorvermogensschakelaar aan en stuurt de veiligheidstemperatuurbegrenzer een mechanisch relais aan.
De analoge ingang van de veiligheidstemperatuurbegrenzer kan ingesteld worden op verschillende sensoren en signalen. Zo kan een signaal zoals 4 tot 20 mA worden geëvalueerd. Alle procesvariabelen die via een stroomsignaal beschikbaar worden gesteld, kunnen worden bewaakt op minimum- of maximumwaarden (druk, vochtigheid, debiet enz.).
Veiligheidstemperatuurbegrenzers zijn uitgerust met een handmatig resetmechanisme - en daar is een goede reden voor: zodra de uitschakeltemperatuur is bereikt, mag het systeem niet automatisch opnieuw opstarten, maar moet het zorgvuldig worden getest en goedgekeurd door bevoegd personeel. Dit zorgt ervoor dat de oorzaak van de te hoge temperatuur is geïdentificeerd en verholpen voordat een installatie opnieuw opstart. Deze handmatige reset is verplicht voor veiligheidsgerelateerde toepassingen, wat het geval is in veel verwarmingsinstallaties, bij stoomgeneratoren of in industriële processen
Veiligheidstemperatuurbegrenzers hebben een redundant ontwerp: het signaal van een sensor wordt verwerkt in 2 kanalen in de veiligheidstemperatuurbegrenzer en vergeleken met de limiettemperatuur in elk kanaal. Elk kanaal heeft een relais dat alleen wordt geactiveerd als de geëvalueerde procesvariabele binnen het geldige bereik valt. De elektrische circuits zijn in serie geschakeld zodat de verwarming alleen wordt ingeschakeld als beide contacten worden geactiveerd. Een diagnosekanaal controleert beide geëvalueerde signalen op plausibiliteit. Zelfs in het geval van een interne hardwarefout wordt de installatie niet vrijgegeven, zodat ook in dit geval een veilige werking mogelijk blijft. De redundante structuur geeft de veiligheidstemperatuurbegrenzers een verhoogde veiligheid, wat verplicht is voor hoge veiligheidseisen.
Temperatuurbegrenzers hebben daarentegen geen redundante structuur en worden alleen gebruikt voor lagere veiligheidsvereisten.
Afhankelijk van de sensortechnologie kunnen veiligheidstemperatuurbegrenzers een breed temperatuurbereik bewaken. Weerstandsthermometers met Pt100- en Pt1000-sensoren worden vaak gebruikt voor temperaturen tot 600 °C. Thermokoppels worden gebruikt voor hogere temperaturen. Het thermokoppel type B kan worden gebruikt om de hoogste temperaturen te bewaken - gewoonlijk tot 1500 °C.
Temperatuurbewaking tot 650 °C kan relatief goedkoop worden geïmplementeerd met elektromechanische componenten. Er zijn veiligheidstemperatuurbegrenzers en temperatuurbegrenzers gevuld met gas of vloeistof verkrijgbaar, inclusief varianten met SIL 2-certificering en geschiktheid voor Ex-omgevingen.
De schakelpuntnauwkeurigheid van de veiligheidstemperatuurbegrenzer is onderhevig aan tolerantie en het schakelpunt wordt nog steeds beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Als het schakelpunt in een toepassing nauwkeurig moet worden ingesteld, is dit type veiligheidstemperatuurbegrenzer niet geschikt.
Veiligheidstemperatuurbegrenzer ontworpen als opbouwthermostaat (links) en 3-fase inbouwthermostaat (rechts)
De temperatuur moet vaak gemeten worden in een omgeving waar zich een explosieve atmosfeer kan vormen. In dit geval worden veiligheidstemperatuurbegrenzers met ATEX-goedkeuring gebruikt, die slechts een zeer laag elektrisch vermogen naar de temperatuursonde voeren. Dit voorkomt dat de temperatuursonde opwarmt tot een te hoge temperatuur en een ontstekingsbron wordt.
Afhankelijk van de toepassing, de bedrijfslocatie en de industrie, zijn er verschillende richtlijnen van toepassing op het gebruik van veiligheidstemperatuurbegrenzers. De selectie, installatie en het testen in overeenstemming met deze normen is verplicht en wordt vaak gedeeltelijk geverifieerd door tests of acceptatieprocedures die worden uitgevoerd door experts (bijv. TÜV, DEKRA).
Deze norm is van toepassing op elektrische of niet-elektrische temperatuurregelaars die gebruikt worden om de temperatuur in warmteopwekkende installaties te regelen. De norm beschrijft de eigenschappen die temperatuurregelaars en temperatuurbegrenzers in deze installaties moeten hebben. De norm is verplicht in veel Europese landen.
De DIN EN 61508-serie “Functionele veiligheid van elektrische/elektronische/programmeerbare elektronische systemen” is bedoeld als basisveiligheidsnorm. Ongeacht de toepassing behandelt deze norm de functionele veiligheid van systemen. Het is de centrale norm voor functionele veiligheid van besturingssystemen. De norm definieert de vereisten voor veiligheidssystemen in installatieveiligheid.
In deze context speelt het Safety Integration Level (SIL) een belangrijke rol, dat door DIN EN 61508 wordt gedefinieerd als de “gemiddelde kans op gevaarlijke storingen” (PFDavg). Het algemene classificatiesysteem bestaat uit 4 niveaus (SIL 1 tot SIL 4). In een systeem met SIL 4 is de faalkans (d.w.z. de PFDavg-waarde) extreem laag. In een systeem met SIL 1 is de faalkans aanzienlijk hoger. Als een SIL-classificatie vereist is voor procesinstallaties, is dit meestal SIL 2 - zelden SIL 3.
De SIL-classificatie is altijd gebaseerd op een “gemiddelde kans op gevaarlijke fouten”. Een voorbeeld hiervan is een veiligheidsapparaat dat is ontworpen om uit te schakelen bij te hoge temperaturen. Dit type systeem bestaat normaal gesproken uit meerdere componenten zoals een temperatuursensor, een veiligheidstemperatuurbegrenzer en een actuator waarvoor de fabrikanten de respectievelijke faalkansen moeten certificeren. De projectingenieur van de fabriek moet de totale faalkans berekenen op basis van deze individuele kansen en ervoor zorgen dat deze lager is dan 10-2 (per vereiste) voor SIL 2 bijvoorbeeld.
Veiligheidstemperatuurbegrenzers mogen alleen worden geïnstalleerd door erkende gespecialiseerde bedrijven. De temperatuursensor wordt geïnstalleerd in de nabijheid van een warmtebron (bijv. in de ketel of in de warmtewisselaar) - idealiter op de plaats waar de hoogst te verwachten temperatuur optreedt. De sensor wordt in een geschikte thermowell (huls) of rechtstreeks in het medium gestoken.
De elektrische aansluiting moet worden uitgevoerd volgens de specificaties van de fabrikant en de geldende voorschriften. Dit gebeurt over het algemeen door middel van een potentiaalvrij normaal open contact dat alleen gesloten is als de temperatuur onder de grenswaarde ligt. Als de grenstemperatuur wordt overschreden, is het contact open en wordt de verwarmingsregeling onderbroken.
Om een goede werking te garanderen, is het verplicht om na de montage een functietest uit te voeren. De activering wordt meestal uitgevoerd met een testknop op de veiligheidstemperatuurbegrenzer of door de installatie te verwarmen.
De veiligheidstemperatuurbegrenzer moet regelmatig worden onderhouden om de operationele veiligheid te garanderen. Dit omvat visuele inspecties, een jaarlijkse functietest en indien nodig, vervanging in geval van veroudering, schade of storing. De tests moeten worden gedocumenteerd.
De keuze van de juiste veiligheidstemperatuurbegrenzer hangt grotendeels af van de vereisten van de betreffende toepassin. De belangrijkste criteria zijn:
Bij installaties voor verwarming ligt de uitschakeltemperatuur altijd boven de normale bedrijfstemperatuur, maar onder de toegestane maximale temperatuur van de installatie. Als de temperaturen (bijv. bedrijfstemperatuur en uitschakelpunt) te dicht bij elkaar liggen, zijn elektronische veiligheidstemperatuurbegrenzers nodig vanwege de schakelpunttoleranties, die precies op de ingestelde temperatuur schakelen.
De thermostaten die zijn ontworpen als veiligheidstemperatuurbegrenzers kunnen worden begrensd tot een maximumtemperatuur van 600 °C. Hogere temperaturen sluiten deze systemen uit.
Bij installaties met snelle temperatuurstijgingen moet de veiligheidstemperatuurbegrenzer de temperatuur zo snel mogelijk bepalen - anders worden de installaties pas uitgeschakeld als de temperatuur te hoog is. In dit geval zijn temperatuursensoren nodig die snel reageren. Dit wordt bijvoorbeeld bereikt door temperatuursensoren met een lage massa te gebruiken en door extra thermowells (beschermbuizen) te vermijden.
Veiligheidstemperatuurbegrenzers sturen meestal een vermogensschakelaar aan en schakelen slechts uiterst kleine hoeveelheden elektrisch vermogen. Ze schakelen echter ook het totale vermogen voor verwarming in zeer kleine installaties (bijv. 10 A bij AC 230 V). In dit geval moet ervoor worden gezorgd dat de maximale stroom niet wordt overschreden.
Elektronische veiligheidstemperatuurbegrenzers bevatten een zekeringuitschakeling die langs dezelfde weg is aangesloten als het normaal open contact. Als er een ontoelaatbaar hoge stroom via het contact en de zekering wordt geleid, wordt de zekering vernietigd en kan de veiligheidstemperatuurbegrenzer de verwarming niet meer inschakelen via het contact. Deze structuur voorkomt dat het contact wordt vernield door overstroom en daardoor bijvoorbeeld permanent sluit. Als de zekering wordt verbroken, blijft de verwarming uitgeschakeld, maar de veiligheidstemperatuurbegrenzer is dan onbruikbaar en moet worden vervangen.
Fabrikanten van installaties integreren veiligheidstemperatuurbegrenzers vaak op eigen initiatief om de installatie te beschermen tegen schade. In veel gevallen zijn ze echter ook verplicht en moeten ze bepaalde goedkeuringen en certificeringen hebben. Voldoen aan DIN EN 14597 is essentieel voor warmteproducerende installaties in Europa.
In gebieden met explosiegevaar, zoals de chemische industrie of gasinstallaties, is ook een ATEX-goedkeuring verplicht.
UL- of CSA-certificering kan ook vereist zijn voor export naar de VS of Canada.
Andere belangrijke goedkeuringsmerken zijn CE, VDE, TÜV of EAC - deze certificeren de naleving van nationale en internationale normen en de veiligheidsgerelateerde geschiktheid van de veiligheidstemperatuurbegrenzer voor de betreffende toepassing.
