Räjähdyksen aiheuttavat tekijät: palavat aineet, happi, syttymislähde
Räjähdys on eksoterminen reaktio, jossa vapautuu yhtäkkiä suuri määrä energiaa ja joka aiheuttaa voimakkaan paineaallon.
Räjähdys tapahtuu, kun palava aine, happi ja syttymislähde ovat läsnä. Jos yksi komponentti puuttuu, eksotermistä reaktiota ei tapahdu.
Jotta räjähdykset voidaan estää turvallisesti, on olemassa erilaisia räjähdyssuojaustoimenpiteitä. Kun primäärisellä räjähdyssuojauksella estetään räjähdyskelpoisen ilmaseoksen syntyminen, sekundäärisellä räjähdyssuojauksella estetään räjähdys turvallisesti välttämällä rakenteellisesti vaikuttavat syttymislähteet. Tehokkaita syttymislähteitä ovat esimerkiksi sähkökipinät ja sähkölaitteiden kuumat pinnat tai valokaaret, staattinen sähkö jne. Käyttökohteesta riippuen on sekundääristä räjähdyssuojausta varten olemassa erilaisia suojaustapoja, joilla on erilaiset suojausperiaatteet. Lisäksi on olemassa tertiäärinen räjähdyssuojaus. Tässä on kyse rakenteellisestä toimenpiteistä, joilla voidaan vähentää räjähdyksen seurauksia hyväksyttävälle tasolle.
Seuraavassa yleiskatsauksessa keskitytään sekundääriseen räjähdyssuojaukseen. Kun käyttäjä valitsee laitteita suojaustavan mukaan, hänen on analysoitava vaaran laji sekä vaaran kesto ja esiintymistiheys. Vaaran laji viittaa syttymislähteen tarkasteluun syttymislämpötilan ja syttymisenergian mukaan. Vaaran keston ja esiintymistiheyden osalta muodostetaan vyöhykejaon sekä laiteluokan ja laitesuojaustason yhteys.
Ryhmän II (kaasut) räjähdysvaarallisissa ilmaseoksissa käytettävät laitteet on jaettu lämpötilaluokkiin (T1–T6), jotka ilmoittavat laitteen suurimman esiintyvän pintalämpötilan. Pintalämpötila koskee kaikkia sähkölaitteen osia,
jotka voivat joutua kosketuksiin räjähtävän kaasuseoksen kanssa.
Laitetta saa käyttää vain, jos lämpötilaluokalle määritetty lämpötila on alhaisempi kuin kaasuseoksen syttymislämpötila. Korkeammalla lämpötilaluokalla eli alhaisemmalla pintalämpötilalla merkittyjä laitteita voidaan käyttää myös kaasuseosten yhteydessä, joiden syttymislämpötila on korkeampi. T6-merkinnällä varustettua laitetta voidaan siis käyttää kaikille kaasuille.
Pölyjen osalta ei tehdä eroa lämpötilaluokkien (T1–T6) välillä. Ryhmän III (pölyt) laitteisiin on merkitty enimmäispintalämpötila. Lisäpölykertymät on otettava huomioon. Lisätietoja lämpötilarajoista on Räjähdyssuojauksen perusteissa (katso lataus).
| Pinnan enimmäislämpötila °C | Syttymislämpötila-alue °C | Esimerkkejä | |
|---|---|---|---|
| Lämpötilaluokka | |||
| T1 | 450 | > 450 | hiilimonoksidi, metaani, vety |
| T2 | 300 | > 300...≤ 450 | asetyleeni, butaani, eteeni |
| T3 | 200 | > 200...≤ 300 | bensiini, rikkivety, sykloheksaani |
| T4 | 135 | > 135...≤ 200 | asetaldehydi, dietyylieetteri (ei muita aineita) |
| T5 | 100 | > 100...≤ 135 | ei aineita |
| T6 | 85 | > 85...≤ 100 | rikkihiili |
Ryhmän II (kaasut) ja III (pöly) räjähdysvaarallisissa tiloissa käytettävät laitteet on jaettu ryhmiin (IIA–IIC, IIIA–IIIC), jotka ilmoittavat laitteen suurimman syttymisenergian.
Laitetta saa käyttää vain, jos laitteen suurin syttymisenergia on pienempi kuin aineen (kaasun tai pölyseoksen) pienin syttymisenergia. IIC-merkinnällä varustettua laitetta voidaan käyttää kaikille kaasuille ja IIIC-merkinnällä varustettua laitetta kaikille pölyille.
Kaasut ovat räjähdysalttiimpia kuin pölyt, esim. IIB-luokan laitteet soveltuvat IIIC-luokkaan.
| Tarvittava syttymisenergia | Aineiden vaarallisuus | Esimerkkejä aineista | |
|---|---|---|---|
| Ryhmä | |||
| IIA | +++ | + | Asetoni, etaani, ammoniakki, hiilimonoksidi Propaani, butaani, bensiini, dieselpolttoaine, asetaldehydi |
| IIB | ++ | ++ | Metaani, eteeni, etyylieetteri, etyylialkoholi, rikkivety |
| IIC | + | +++ | Vety, asetyleeni, rikkihiili |
| IIIA | +++ | + | Syttyvät nukat, esim. puuvillakuidut |
| IIIB | ++ | ++ | Ei-johtava pöly, esim. jauhot, puu |
| IIIC | + | +++ | Johtava pöly, esim. alumiinipöly |
Vyöhykejako on järjestelmän haltijan vastuulla. Euroopassa sitä säännellään ATEX-direktiivillä 1999/92/EY (haltijadirektiivi). Lisäksi haltijan on noudatettava IEC/EN 60079-10:n vaatimuksia.
Laiteluokat ja laitesuojaustaso kuvaavat laitteiden turvallisuus- tai suojaustasoa. Se, mitkä laitteet soveltuvat millekin vyöhykkeelle, käy ilmi ATEX-direktiivistä 2014/34/EU laiteluokan avulla (luokat 1, 2, 3). Standardissa IEC/EN 60079-0 laitteiden käyttökelpoisuus kyseisille vyöhykkeille kuvataan laitesuojaustason (Equipment Protection Level – EPL: a, b, c) avulla. G (engl. gas) tarkoittaa "kaasua" ja D (engl. dust) tarkoittaa "pölyä" sekä laiteluokan merkinnässä että laitesuojaustason yhteydessä. Esimerkiksi kaasualalla laite, jossa on 1G- ja Ga-merkintä eli erittäin korkea turvallisuus- ja suojaustaso, soveltuu räjähdysvaaralliselle vyöhykkeelle 0 ja siten myös kaikille muille kaasuvyöhykkeille. Rakenteellisesti tämä laite on suunniteltu niin, että se on turvallinen myös kahden toisistaan riippumattoman vian sattuessa.
| Turvallisuus- tai suojaustaso |
Laiteluokka:
ATEX RL 2014/34/EU |
Laitesuojaustaso (EPL)
Standardi IEC/EN 60079-0 |
|
|---|---|---|---|
| Vyöhykejako | |||
| Direktiivi 1999/92/EY | |||
| Kaasuvyöhykkeet | |||
| Vyöhyke 0 | Erittäin korkea – laite on edelleen turvallinen, jos siinä on kaksi toisistaan riippumatonta vikaa | 1G | Ga |
| Vyöhyke 1 | Korkea – yhden itsenäisen vian sattuessa laite on edelleen turvallinen | 2G | Gb |
| Vyöhyke 2 | Normaali – ei vikaturvaa | 3G | Gc |
| Pölyvyöhykkeet | |||
| Vyöhyke 20 | Erittäin korkea – laite on edelleen turvallinen, jos siinä on kaksi toisistaan riippumatonta vikaa | 1D | Da |
| Vyöhyke 21 | Korkea – yhden itsenäisen vian sattuessa laite on edelleen turvallinen | 2D | Db |
| Vyöhyke 22 | Normaali – ei vikaturvaa | 3D | Dc |
Euroopassa standardin IEC/EN 60079-0 mukaisen merkinnän lisäksi on oltava ATEX-direktiivin 2014/34/EU mukainen merkintä.
ATEX-direktiivi edellyttää, että laitteet jaetaan ryhmiin ja luokkiin. Laiteryhmään I kuuluvat kaivoslaitteistot, joissa vaaraa aiheuttavat kaivoskaasu ja/tai pöly. Laiteryhmään II kuuluvat kaikki muut kaivostoiminnan ulkopuoliset Ex-alueet, esim. kemianteollisuus, öljyn ja kaasun käsittely, räjähdysvaaralliset pölyt myllyissä ja siiloissa jne.
IEC/EN 60079-standardisarjan merkintä sisältää tiedot suojaustavasta, kaasu- ja pölyryhmistä, lämpötilaluokasta ja laitesuojaustasosta (EPL).
II – laiteryhmä: I = kaivostoiminta | II = kaikki räjähdysvaaralliset alueet kaivostoiminnan ulkopuolella
1 – laiteluokka: 1 = soveltuu vyöhykkeelle 0 / vyöhykkeelle 20
G – ilmakehä: G = kaasu
i – suojaustapa: i = luontainen turvallisuus
a – suojaustaso: a = soveltuu vyöhykkeelle 0 / vyöhykkeelle 20
II – ryhmät: II = kaasu
C – alaryhmät: C = vety, asetyleeni, rikkihiili
T6 – lämpötilaluokka: T6 = 85 °C
Ga – laitesuojaustaso: G = kaasu | a = soveltuu vyöhykkeelle 0
II – laiteryhmä: I = kaivostoiminta | II= kaikki räjähdysvaaralliset alueet kaivostoiminnan ulkopuolella
1 – laiteluokka: 1 = soveltuu vyöhykkeelle 0 / vyöhykkeelle 20
D – ilmaseos: D = pöly
i – suojaustapa: i = luontainen turvallisuus
a – suojaustaso: a = soveltuu vyöhykkeelle 0 / vyöhykkeelle 20
III – ryhmät: III = pöly
C – alaryhmät: C = johtava pöly, esim. alumiinipöly
125 °C – maksimipintalämpötila: 125 °C = maksimipintalämpötila 125 °C
Da – laitesuojaustaso: D = pöly, a = soveltuu vyöhykkeelle 20
II – laiteryhmä: I = kaivostoiminta | II = kaikki räjähdysvaaralliset alueet kaivostoiminnan ulkopuolella
1 - laiteluokka: 1 = soveltuu vyöhykkeelle 0 / vyöhykkeelle 20
( ) – sulkeet: Liitännäislaitteet (esim. luonnostaan turvallinen erotusvahvistin – sijaitsee turvallisella alueella, mutta Ex i -virtapiiri johdetaan räjähdysvaaralliselle alueelle)
G – ilmakehä: G = kaasu
i – suojaustapa: i = luontainen turvallisuus
a – suojaustaso: a = soveltuu vyöhykkeelle 0 / vyöhykkeelle 20
Ga – laitesuojaustaso: G = kaasu, a = soveltuu vyöhykkeelle 0
[ ] – sulkeet: Liitännäislaitteet (esim. luonnostaan turvallinen erotusvahvistin – sijaitsee turvallisella alueella, mutta Ex i -virtapiiri johdetaan räjähdysvaaralliselle alueelle)
II – ryhmät: II = kaasu
C – alaryhmät: C = vety, asetyleeni, rikkihiili
II – laiteryhmä: I = kaivostoiminta | II = kaikki räjähdysvaaralliset alueet kaivostoiminnan ulkopuolella
1 – laiteluokka: 1 = soveltuu vyöhykkeelle 0 / vyöhykkeelle 20
( ) – sulkeet: Liitännäislaitteet (esim. luonnostaan turvallinen erotusvahvistin – sijaitsee turvallisella alueella, mutta Ex i -virtapiiri johdetaan räjähdysvaaralliselle alueelle)
D – ilmaseos: D = pöly
i – suojaustapa: i = luontainen turvallisuus
a – suojaustaso: a = soveltuu vyöhykkeelle 0 / vyöhykkeelle 20
Da – laitesuojaustaso: D = pöly, a = soveltuu vyöhykkeelle 20
[ ] – sulkeet: Liitännäislaitteet (esim. luonnostaan turvallinen erotusvahvistin – sijaitsee turvallisella alueella, mutta Ex i -virtapiiri johdetaan räjähdysvaaralliselle alueelle)
III – ryhmät: III = pöly
C – alaryhmät: C = johtava pöly, esim. alumiinipöly
Periaate:
Syttymislähde mahdollinen, räjähdys turvallisesti hallittu
Suojauskonsepti:
Massiivinen kotelorakenne, tyyppitestit
Soveltamisalue:
Moottorit, kytkentälaitteet, tehoelektroniikka
Periaate:
Syttymislähteiden turvallinen poissulkeminen
Suojauskonsepti:
Ei toiminnassa olevia syttymislähteitä, toimintahäiriöiden poissulkeminen erityistoimenpiteiden avulla
Soveltamisalue:
Moottorit, muuntajat, valaisimet, liittimet, koontikiskokotelot
Periaate:
Räjähdysherkän ilmakehän turvallinen poissulkeminen
Suojauskonsepti:
Pidä kotelo ylipaineen alaisena syttymissuojakaasun avulla
Soveltamisalue:
Koneet, moottorit, kytkentäkaapit (elektroniikka)
Periaate:
Syttymislähde on olemassa, mutta turvallisesti hallinnassa
Suojauskonsepti:
Laitteen upottaminen valumassaan, mineraaliöljyyn tai hiekkaan
Soveltamisalue:
Elektroniikka, muuntajat, kondensaattorit, releet
Periaate:
Kipinät tai lämpövaikutukset mahdollisia, mutta eivät sytyttäviä
Suojauskonsepti:
Turvallinen energian rajoittaminen ottaen huomioon virheet ja energian varastoitumisvaikutukset
Soveltamisalue:
Mittaus-, säätö- ja ohjaustekniikka, anturit, toimilaitteet, mittarit
Kaikkien suojaustapojen yksinkertaistaminen vyöhykkeen 2 / vyöhykkeen 22 suppeampia vaatimuksia varten. EU-tyyppitarkastustodistusta ei tarvita. Suojaustapoja ovat seuraavat:
Räjähdysvaarallisten tilojen järjestelmien mittaus-, säätö- ja ohjaustekniikassa on maailmanlaajuisesti vakiintunut suojaustapa Luontainen turvallisuus (Ex i).
Luonnostaan turvallinen virtapiiri koostuu yleensä seuraavista komponenteista:
Ex i -suojaustavan suojausperiaate perustuu räjähdysvaaralliselle alueelle johdetun ja sinne varastoituneen energian rajoittamiseen. Mahdollisen kipinän energian on aina oltava pienempi kuin ympäröivän räjähdyskelpoisen ilmaseoksen vähimmäissyttymisenergia.
Varmistaakseen, että kyseinen kytkentä ei voi aiheuttaa syttyviä kipinöitä ja kuumia pintoja, käyttäjän tai järjestelmän haltijan on toteutettava ja dokumentoitava "luontaisen turvallisuuden todentaminen" standardin EN/IEC 60079-11 ja asentajastandardin EN/IEC 60079-14 mukaisesti. Tämä menetelmä tarjoaa käyttäjälle sen edun, että Ex i -kenttälaitteet ja Ex i -erottimet voidaan valita ja niitä voidaan yhdistää erityisvaatimusten mukaisesti valmistajasta riippumatta.
Kaikista muista suojaustavoista poiketen IEC/EN 60079-11:n mukainen Ex i -suojaustapa ei koske vain yksittäistä laitetta vaan koko luonnostaan turvallista virtapiiriä.
Suojaustavan "Ex i – luontainen turvallisuus" edut:
