Взрывобезопасный смартфон – устройство и критерии выбора

Определения

Под взрывобезопасным смартфоном подразумевается персональное устройство сотовой связи, не образующие искры в процессе эксплуатации или физическом повреждении, а также не создающее нагрев внешней поверхности до температуры возгорания паров горючих газов, легковоспламеняющихся жидкостей и пылевой взвеси.

Взрывобезопасные смартфоны иногда называют взрывозащищенными, что не совсем верно, поскольку взрывозащита – это способность устройства противостоять взрыву, а не создавать его. Также можно встретить определение – искробезопасный смартфон – это ближе к истине, но как указывалось выше, возгорание может произойти не только от искры, но и от нагрева смартфона выше определенной температуры.

Говоря о температуре, принято считать, что взрывобезопасное устройство не должно нагреваться выше +130 °C. Является ли это достаточным уровнем? С практической точки зрения да, поскольку большинство горючих жидкостей имеют температуру самовоспламенения от 220 °C и выше. Вместе с тем существуют вещества, которые самовозгораются даже при комнатной температуре, но работа с ними возможна только в лабораторных условиях. Основной же нишей применения взрывобезопасных средств связи являются нефтехимические, горнорудные, фармацевтические и пищевые предприятия.

Необходимо заметить, что взрывобезопасные мобильные устройства и средства связи (explosion proof mobile communication devices) это не только смартфоны, но и планшеты, ноутбуки, радиостанции, модемы, видеорегистраторы, эндоскопы и аксессуары.

Из чего складывается взрывобезопасность?

Ключевыми характеристиками взрывобезопасных устройств являются схемотехника и компоненты. Не секрет, что при определенных условиях сотовый телефон может создавать пиковую мощность излучения до 2 Вт, если связь с базовой станцией осуществляется на большом удалении, в особенности в момент инициализации вызова. В этом случае между проводниками или контактами может произойти пробой и образоваться микро-искра. Усугубляют ситуацию старые или некачественные смартфоны, в которых поврежденная изоляция может вызвать короткое замыкание.

Другой источник искр – статическое электричество, которое в процессе эксплуатации может накапливаться в бытовых смартфонах и не влиять на работоспособность устройства, но по понятной причине также стать источником искры.

Все эти моменты нужно учесть при разработке схемотехники смартфона, т. е. необходимо увеличить расстояние между проводниками, использовать более надежную изоляцию, ограничить пиковые токи, рассчитать выделение тепловой энергии при длительном использовании энергоемких приложений и проч.

Безусловно, ключевым вопросом при создании взрывобезопасного смартфона является выбор аккумулятора и организация электрической схемы всего изделия. Перечислим некоторые технологии, позволяющие повысить степень взрывобезопасности мобильных устройств:

• Катоды батарей делают из фосфат литий-железа, обладающего высокой термической и химической стабильностью.
• В анодах используются кремний-углеродные композиты или углеродные покрытия для предотвращения образования кристаллов лития, вызывающих внутренние короткие замыкания.
• Вместо жидких электролитов применяются твердые полимерные электролиты или электролитные гели, устойчивые к возгоранию.
• Резервирование цепей защиты предотвращает перезаряд и скачки тока, которые могут вызвать внутренние искры.
• Твердые барьеры и герметизация аккумуляторных элементов в смолах и закрытых металлополимерных пакетах при возникновении искры предотвращают ее попадание во внешнюю среду.
• Термопредохранители и терморезисторы отключают ток в случае, если внутренняя температура превышает безопасные пороговые значения.
• Вспучивающиеся материалы, расширяющиеся и поглощающие тепло при экстремальных температурах, предотвращают возгорание.

Перечисленные технологии конечно же снижают плотность энергии батареи, делают ее больше и тяжелее по сравнению с бытовыми аккумуляторами, но благодаря данным конструктивным мерам соблюдаются строгие стандарты безопасности.

Емкость аккумулятора и энергопитание в целом должны рассчитываться на непрерывную работу устройства в течение полной рабочей смены 8 часов. Это необходимо для того, чтобы не заряжать устройство в процессе эксплуатации на территории взрывоопасной зоны. Сам смартфон искру не создаст, но она может возникнуть при подключении зарядного устройства в розетку. Следует учесть, что во взрывоопасной среде использование любых несертифицированных непрофессиональных аксессуаров запрещено, даже совместно со взрывобезопасным смартфоном.

Конструкция смартфона в целом должна предотвращать возникновение искры или воспламенение, либо гасить ее источник внутри устройства. Это достигается путем герметизации компонентов и использования прочного форм-фактора, устойчивого к давлению, излому и падению с высоты. В частности, повышенная ударопрочность корпуса, внутренних элементов и батареи, реализуется за счет амортизирующей полимерной оболочки компонентов, предотвращающей физические деформации и проколы.

Ударопрочность в данном случае полезна не только в целях взрывобезопасности, но и важна при использовании мобильного средства связи на промышленных объектах в жестких условиях эксплуатации и в местах аварий и техногенных катастроф.

Маркировка

Взрывобезопасные устройства должны быть сертифицированы согласно Европейскому стандарту безопасности ATEX, а в России должны получить Евразийский сертификат соответствия ТР ТС (Технический регламент Таможенного союза стран ЕАЭС (Россия, Беларусь, Казахстан, Армения, Кыргызстан).

Разберем маркировку на конкретном примере – модели AORO A23.01, на корпусе которой и в документах указана следующая маркировка:

PO Ex ia I Ma X / 0Ex ia IIC T4 Ga X / Ex ia IIIC T130 °С Da X

РО – Наивысший уровень взрывобезопасности – устройство безопасно даже при двух различных повреждениях.

Ex – Знак стандарта взрывозащиты (Explosion-proof). В России соответствует ГОСТу Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98) «Электрооборудование взрывозащищенное».

ia – Обозначение электрической цепи, не создающей искр даже при одновременной неисправности двух электрических элементов устройства.

I – Устройство может работать в шахтах с присутствием рудничного газа (метана).

IIC – Устройство может работать в среде с наиболее опасными газами (водород, ацетилен, сероуглерод).

IIIC – Устройство может работать в средах с электропроводящей горючей пылью.

Ma – уровень взрывозащиты оборудования (Mining level a) – прибор остается работоспособным, безопасным и автоматически не отключается в присутствии взрывоопасной среды.

T130 °C – температура нагрева поверхности устройство не превышает 130°C

X – специальный знак, обозначающий особые условия безопасной эксплуатации, указанные в паспорте устройства.

Маркировка 0Ex обозначает, что оборудование относится к классу особо взрывобезопасных и подходит для Зоны «0».

Краткая справка о зонах взрывоопасности:

• Зона «0»– горючие газы или пары легковоспламеняющихся жидкостей присутствуют постоянно или длительное время.
• Зона «1»– существует вероятность присутствия взрывоопасных веществ.
• Зона «2»– присутствие взрывоопасных веществ маловероятно, но возможно кратковременно или при аварии.

Аналогично для взрывоопасной пыли (угольная, магниевая или пищевая):

• Зона «20» – горючая пыль присутствует постоянно.
• Зона «21» – образование горючей пыли возможно.
• Зона «22» – образование горючей пыли маловероятно, но возможно непродолжительное время.

Данная модель соответствует также стандартам: IP68/IP69K-Protection (MIL-STD-810G), что расшифровывается так:

IP68 – класс пылевлагозащиты. Цифра «6» означает полную защиту от пыли, цифра «8» – сохранение работоспособности устройства при погружении в воду на глубину 1,5 метра в течение 30 минут.

IP69K-Protection – наивысший класс влаго- пылезащиты, показывает, что возможна, например, мойка устройства горячими струями под давлением.

MIL-STD-810G – военный стандарт, подтверждает, что устройство выдерживает удары, вибрацию, падения, перепады температур, влажность и попадание пыли.

Встроенные функции

Для эксплуатации взрывобезопасных мобильных средств связи немаловажным фактором является наличие в них таких встроенных модулей и функций как камера ночного видения, тепловизор, прямая связь с аналогичными устройствами сети (интерком), радиосвязь (по стандарту DMR), геопозиционирование, считывание NFC меток, ввод данных в перчатках и проч. Помимо этого, полезными будут инженерные функции, такие как компас, дальномер, барометр, измеритель шума, уровень и другие.

Выбор устройства

При выборе взрывобезопасного устройства нужно ответить на несколько ключевых вопросов, а затем составить таблицу, которая поможет остановиться на конкретной модели.

Ключевые вопросы:

- Для какой зоны взрывоопасности рассчитано применение?

- Какой тип устройства необходим (смартфон, планшет, ноутбук)?

- Какие нужны технические характеристики и встроенные функции?

- И, безусловно, есть ли у устройства российский (евразийский) сертификат взрывобезопасности?

После этого нужно получить коммерческие предложения от нескольких поставщиков, поставить вес каждому критерию, занести результаты в сравнительную таблицу и посчитать, сколько баллов набрала каждая модель.

Для образца в таблице мы разместили модель AORO A25 предназначенную для взрывоопасной Зоны «1». Вес критериев и количество баллов исчисляется по 5-бальной шкале. За 5 баллов принят как максимальный вес критерия для пользователя, так и максимальное значение критерия на рынке.

Безусловно, критерии и их вес можно менять и исчислять показатели допустим по 10-балльной шкале, это не принципиально – главное определить, что действительно важно конкретно для вашего проекта и условий эксплуатации.