Che cos'è un limitatore di temperatura di sicurezza?

Un limitatore di temperatura di sicurezza è un dispositivo per il monitoraggio della temperatura che attiva automaticamente un arresto protettivo del sistema quando viene superato un valore limite impostato. È disponibile in varie versioni, può essere adattato a requisiti e ambienti specifici e aiuta a rispettare le norme di legge. Si trova comunemente negli impianti termici, come gli impianti di trasferimento di calore dell'olio, le caldaie e i forni.

Come funzionano i limitatori di temperatura di sicurezza?

Normalmente, un regolatore di temperatura controlla la temperatura di processo. Se questa sale a un livello non consentito a causa di un guasto tecnico o di un funzionamento errato, interviene il limitatore di temperatura di sicurezza. In combinazione con un termometro elettrico, monitora la temperatura e commuta l'impianto in uno stato operativo sicuro prima che venga raggiunta la temperatura critica. Questa condizione viene solitamente raggiunta spegnendo il riscaldamento.

L'immagine mostra un regolatore di temperatura (1) che, insieme a una sonda di temperatura (2) e a una resistenza(3), mantiene la temperatura in un forno a 650 °C. Quando è richiesto il riscaldamento, il regolatore chiude il contatto indicato e il riscaldamento viene attivato. Il limitatore di temperatura di sicurezza (4) misura la temperatura con un'altra sonda di temperatura (5). Ad esempio, chiude il contatto indicato solo a temperature inferiori a 700 °C e solo allora attiva il riscaldamento. Se il limitatore di temperatura di sicurezza rileva una temperatura superiore a 700 °C, apre il suo contatto (come mostrato in figura) e il riscaldamento viene disattivato.

Il controllore e il limitatore di temperatura di sicurezza non commutano direttamente l'alimentazione di tensione (contrariamente alla figura semplificata) a causa delle elevate correnti da commutare. Il controllore controlla invece un interruttore di potenza a tiristori e il limitatore di temperatura di sicurezza controlla un relè meccanico - questi attuatori commutano quindi l'alimentazione di tensione di conseguenza.

I limitatori di temperatura di sicurezza possono essere utilizzati per monitorare altre variabili di processo oltre alla temperatura?

L'ingresso analogico del limitatore di temperatura di sicurezza può essere impostato su diversi sensori e segnali. In questo modo, è possibile valutare un segnale come quello da 4 a 20 mA. Tutte le variabili di processo rese disponibili tramite un segnale di corrente possono essere monitorate per i valori minimi o massimi (pressione, umidità, flusso, ecc.).

Che cos'è il meccanismo di reset del limitatore di temperatura di sicurezza?

I limitatori di temperatura di sicurezza sono dotati di un meccanismo di ripristino manuale - per una buona ragione: una volta raggiunta la temperatura di spegnimento, il sistema non deve riavviarsi automaticamente, ma richiede un'attenta verifica e l'approvazione da parte di personale autorizzato. Ciò garantisce che la causa dell'eccesso di temperatura sia stata identificata ed eliminata prima del riavvio dell'impianto. Questo reset manuale è obbligatorio per le applicazioni legate alla sicurezza, come nel caso di molti impianti di riscaldamento, generatori di vapore o processi industriali.

Qual è la differenza tra i limitatori di temperatura di sicurezza e i limitatori di temperatura?

I limitatori di temperatura di sicurezza hanno un design ridondante: il segnale proveniente da un sensore viene elaborato in 2 canali nel limitatore di temperatura di sicurezza e confrontato con la temperatura limite in ciascun canale. Ogni canale è dotato di un relè che si attiva solo quando la variabile di processo valutata rientra nell'intervallo valido. I circuiti elettrici sono collegati in serie in modo che il riscaldamento venga attivato solo quando entrambi i contatti sono attivi. Un canale diagnostico controlla la plausibilità di entrambi i segnali valutati. Anche in caso di errore hardware interno, l'impianto non si sblocca, per cui anche in questo caso è possibile un funzionamento sicuro. La struttura ridondante conferisce ai limitatori di temperatura di sicurezza una maggiore sicurezza, che è obbligatoria per i requisiti di sicurezza elevati.

Al contrario, i limitatori di temperatura non hanno una struttura ridondante e sono utilizzati solo per requisiti di sicurezza inferiori.

In quale intervallo di temperatura possono essere utilizzati i limitatori di temperatura di sicurezza?

A seconda della tecnologia del sensore, i limitatori di temperatura di sicurezza possono monitorare un ampio intervallo di temperature. Le termoresistenzecon sensori Pt100 e Pt1000 sono spesso utilizzate per temperature fino a 600 °C. Le termocoppiesono usate per le alte temperature. Le termocoppie di tipo B possono essere utilizzate per monitorare le temperature più elevate, in genere fino a 1500 °C.

Sono disponibili limitatori di temperatura di sicurezza basati su termostati?

Il monitoraggio della temperatura fino a 650 °C può essere realizzato in modo relativamente economico utilizzando componenti elettromeccanici. Sono disponibili limitatori di temperatura di sicurezza e limitatori di temperatura riempiti con gas o liquidi, comprese le varianti con certificazione SIL 2 e idoneità per aree Ex.

La precisione del punto di commutazione dei limitatori di temperatura di sicurezza è soggetta a tolleranza e il punto di commutazione continua a essere influenzato dalla temperatura ambiente. Se in un'applicazione è necessario impostare con precisione il punto di intervento, questo tipo di limitatore di temperatura di sicurezza non è adatto.

I limitatori di temperatura di sicurezza possono utilizzare la tecnologia dei sensori nelle aree Ex?

Spesso è necessario misurare la temperatura in un'area in cui si può formare un'atmosfera esplosiva. In questo caso, si utilizzano limitatori di temperatura di sicurezza con approvazione ATEX, che alimentano solo una potenza elettrica molto bassa nella sonda di temperatura. In questo modo si evita che la sonda di temperatura si riscaldi a una temperatura eccessivamente elevata e diventi una fonte di accensione.

Quali norme e regolamenti legali si applicano alle applicazioni critiche per la sicurezza?

A seconda dell'applicazione, del luogo di funzionamento e del settore, all'uso dei limitatori di temperatura di sicurezza si applicano diverse direttive. La scelta, l'installazione e il collaudo conformi a questi standard sono obbligatori e spesso sono parzialmente verificati da procedure di collaudo o di accettazione eseguite da esperti (ad es. TÜV, DEKRA).

DIN EN 14579

Questa norma si applica ai dispositivi di controllo della temperatura elettrici o non elettrici utilizzati per regolare la temperatura negli impianti di generazione di calore. Descrive le caratteristiche che devono avere i dispositivi di controllo della temperatura e i limitatori di temperatura in questi impianti. La norma è obbligatoria in molti Paesi europei.

DIN EN 61508

La serie DIN EN 61508 “Sicurezza funzionale dei sistemi elettrici/elettronici/elettronici programmabili” è intesa come standard di sicurezza di base. Indipendentemente dall'applicazione, si occupa della sicurezza funzionale dei sistemi. È lo standard centrale per la sicurezza funzionale dei sistemi di controllo. Lo standard definisce i requisiti per i sistemi di sicurezza nella sicurezza degli impianti.

In questo contesto, il livello di integrazione della sicurezza (SIL) svolge un ruolo importante, definito dalla norma DIN EN 61508 come “probabilità media di guasti pericolosi” (PFDavg). Il sistema di classificazione generale consiste in 4 livelli (da SIL 1 a SIL 4). In un sistema con SIL 4, la probabilità di guasto (cioè il valore PFDavg) è estremamente bassa. In un sistema con SIL 1, la probabilità di guasto è significativamente più alta. Se è richiesta una classificazione SIL per gli impianti di processo, di solito si tratta di SIL 2 - raramente di SIL 3.

Come si ottiene il livello SIL richiesto per un dispositivo di sicurezza?

La classificazione SIL si basa sempre su una “probabilità media di guasti pericolosi”. Un esempio è un dispositivo di sicurezza progettato per spegnersi in caso di temperature eccessive. Questo tipo di sistema è normalmente costituito da più componenti, come una sonda di temperatura, un limitatore di temperatura di sicurezza e un attuatore, per i quali i produttori devono certificare le rispettive probabilità di guasto. Il progettista dell'impianto deve calcolare la probabilità complessiva di guasto a partire da queste probabilità individuali e assicurarsi che sia inferiore a 10-2 (per requisito), ad esempio per SIL 2.

Come vengono installati e mantenuti i limitatori di temperatura di sicurezza?

I limitatori di temperatura di sicurezza devono essere installati solo da aziende specializzate autorizzate. La sonda di temperatura viene installata in prossimità della fonte di calore (ad esempio, nella caldaia o nello scambiatore di calore), idealmente nel punto in cui si verifica la temperatura più alta prevista. La sonda viene inserita in un pozzetto adatto o direttamente nel fluido.

Il collegamento elettrico deve essere eseguito secondo le specifiche del produttore e le normative vigenti. In genere, questo avviene mediante un contatto normalmente aperto a potenziale zero che viene chiuso solo quando la temperatura è inferiore al valore limite. Quando la temperatura limite viene superata, il contatto è aperto e il controllo del riscaldamento viene interrotto.

Per garantire un funzionamento corretto, è obbligatorio eseguire un test funzionale dopo il montaggio. L'attivazione avviene generalmente tramite un pulsante di prova sul limitatore di temperatura di sicurezza, oppure riscaldando l'impianto.

Il limitatore di temperatura di sicurezza deve essere sottoposto a regolare manutenzione per garantire la sicurezza di funzionamento. Ciò comprende ispezioni visive, un test funzionale annuale e, se necessario, la sostituzione in caso di invecchiamento, danni o malfunzionamenti. I test devono essere documentati.

Come si sceglie il giusto limitatore di temperatura di sicurezza per i processi termici?

La scelta del giusto limitatore di temperatura di sicurezza dipende in larga misura dai requisiti dell'applicazione specifica. I criteri più importanti sono:

Campo di temperatura

Nel caso di impianti per il riscaldamento, la temperatura di spegnimento è sempre superiore alla normale temperatura di esercizio, ma inferiore alla temperatura massima ammissibile dell'impianto. Se le temperature (ad esempio, la temperatura di esercizio e il punto di spegnimento) sono troppo vicine, a causa delle tolleranze del punto di commutazione sono necessari limitatori elettronici di temperatura di sicurezza, che commutano esattamente alla temperatura impostata.

I termostati progettati come limitatori di temperatura di sicurezza possono essere limitati ad una temperatura massima di 600 °C. Temperature più elevate precludono questi sistemi.

Nel caso di impianti con rapidi aumenti di temperatura, anche il limitatore di temperatura di sicurezza deve determinare la temperatura il più rapidamente possibile, altrimenti gli impianti si spengono solo quando la temperatura è troppo alta. In questo caso, sono necessarie sonde di temperatura che rispondano rapidamente. Ciò si ottiene, ad esempio, utilizzando sonde di temperatura con una massa ridotta ed evitando pozzetti termici aggiuntivi.

Capacità di commutazione

I limitatori di temperatura di sicurezza controllano solitamente un contattore di potenza e commutano solo quantità estremamente ridotte di energia elettrica. Tuttavia, essi commutano anche la potenza complessiva per il riscaldamento in impianti molto piccoli (ad esempio, 10 A a 230 V CA). In questo caso, è necessario assicurarsi che la corrente massima non venga superata.

Fusibile interno per limitatori elettronici di temperatura di sicurezza

I limitatori elettronici di temperatura di sicurezza contengono un fusibile di protezione collegato allo stesso percorso del contatto normalmente aperto. Se attraverso il contatto e il fusibile di protezione passa una corrente eccessivamente elevata, il fusibile viene distrutto e il limitatore di temperatura di sicurezza non può più attivare il riscaldamento attraverso il suo contatto. Questa struttura impedisce che il contatto venga distrutto da una sovracorrente e quindi si chiuda in modo permanente, ad esempio. Se il fusibile viene distrutto, il riscaldamento rimane spento, ma il limitatore di temperatura di sicurezza è inutilizzabile e deve essere sostituito.

Approvazioni

I limitatori di temperatura di sicurezza sono spesso integrati dai produttori di impianti di propria iniziativa per proteggere l'impianto da eventuali danni. Tuttavia, in molti casi sono anche obbligatori e devono avere determinate approvazioni e certificazioni. La conformità alla norma DIN EN 14597 è fondamentale per gli impianti di generazione di calore in Europa.

Nelle aree potenzialmente esplosive, come nell'industria chimica o negli impianti a gas, è obbligatoria anche l'omologazione ATEX.

La certificazione UL o CSA può essere richiesta anche per l'esportazione negli Stati Uniti o in Canada.

Altri importanti marchi di approvazione sono CE, VDE, TÜV o EAC, che certificano la conformità agli standard nazionali e internazionali e l'idoneità del limitatore di temperatura di sicurezza per la rispettiva applicazione.