Składniki do powstania wybuchu: substancje palne, tlen, źródło zapłonu
Wybuch to reakcja egzotermiczna z nagłym uwolnieniem dużej ilości energii, w wyniku której powstaje silna fala ciśnienia.
Wybuch występuje, gdy obecna jest substancja palna, tlen i źródło zapłonu. W przypadku braku jednego z tych składników reakcja egzotermiczna nie będzie mieć miejsca.
Istnieją różne środki ochrony przeciwwybuchowej, aby bezpiecznie zapobiegać wybuchom. Podczas gdy dzięki pierwotnej ochronie przeciwwybuchowej zapobiega się obecności atmosfery wybuchowej, zadaniem wtórnej ochrony przeciwwybuchowej jest konstrukcyjne unikanie skutecznych źródeł zapłonu. Skutecznymi źródłami zapłonu są na przykład iskry elektryczne i gorące powierzchnie urządzeń elektrycznych lub łuki elektryczne, elektryczność statyczna itp. W zależności od zastosowania istnieją różne rodzaje zabezpieczenia z różnymi zasadami ochrony dla wtórnej ochrony przeciwwybuchowej. Ponadto istnieje ochrona przeciwwybuchowa trzeciego poziomu. Są to środki konstrukcyjne, które zmniejszają konsekwencje wybuchu do akceptowalnego poziomu.
Poniższy przegląd koncentruje się na wtórnej ochronie przeciwwybuchowej. Przy wyborze sprzętu, w zależności od rodzaju zabezpieczenia, użytkownik musi przeanalizować rodzaj zagrożenia oraz czas jego trwania i częstotliwość. Rodzaj zagrożenia odnosi się do źródła zapłonu w zależności od temperatury zapłonu i energii zapłonu. W przypadku czasu trwania i częstotliwości zagrożenia istnieje powiązanie podziału na strefy, kategorii sprzętu i poziom zabezpieczenia urządzeń.
Urządzenia do użytku w strefach zagrożonych wybuchem grupy II (gazy) są podzielone na klasy temperaturowe (T1 – T6), które określają maksymalną temperaturę powierzchni urządzenia, jaka może wystąpić. Temperatura powierzchni dotyczy wszystkich elementów
urządzenia elektrycznego, które mogą mieć kontakt z wybuchową mieszaniną gazu.
Urządzenie może być używane tylko wtedy, gdy temperatura przypisana do klasy temperaturowej jest niższa niż temperatura zapłonu mieszaniny gazu. Urządzenia oznaczone wyższą klasą temperatury, tj. niższą temperaturą powierzchni, mogą być również używane z mieszaninami gazów o wyższej temperaturze zapłonu. Urządzenie o oznakowaniu T6 może być zatem używane do wszystkich gazów.
W przypadku pyłów nie rozróżnia się klas temperaturowych (T1 – T6). Urządzenia z grupy III (pyły) są oznaczone maksymalną temperaturą powierzchni. Należy uwzględnić dodatkowe osady pyłu. Więcej informacji na temat wartości granicznych temperatury można znaleźć w broszurze „Podstawy ochrony przeciwwybuchowej” (patrz plik do pobrania).
| Maksymalna temperatura powierzchni w °C | Zakres temperatury zapłonu w °C | Przykład | |
|---|---|---|---|
| Klasa temperaturowa | |||
| T1 | 450 | > 450 | Tlenek węgla, metan, wodór |
| T2 | 300 | > 300 ... ≤ 450 | Acetylen, butan, etylen |
| T3 | 200 | > 200 ... ≤ 300 | Benzyna, siarkowodór, cykloheksan |
| T4 | 135 | > 135 ... ≤ 200 | Aldehyd octowy, eter dietylowy (brak innych substancji) |
| T5 | 100 | > 100 ... ≤ 135 | Brak substancji |
| T6 | 85 | > 85 ... ≤ 100 | Dwusiarczek węgla |
Urządzenia przeznaczone do użytku w strefach zagrożonych wybuchem grupy II (gazy) i III (pyły) są podzielone na grupy (IIA-IIC, IIIA-IIIC), które wskazują maksymalną energię zapłonu urządzenia.
Urządzenie może być używane tylko wtedy, gdy maksymalna energia zapłonu urządzenia jest niższa niż minimalna energia zapłonu substancji (mieszaniny gazów lub pyłów). Urządzenie o oznakowaniu IIC może być używane do wszystkich gazów, a urządzenie z oznaczeniem IIIC może być używane do wszystkich pyłów.
Gazy są bardziej wybuchowe niż pyły, np. urządzenia z IIB są odpowiednie dla IIIC.
| Wymagana energia zapłonu | Niebezpieczeństwo związane z substancjami | Przykłady materiałów | |
|---|---|---|---|
| Grupa | |||
| IIA | +++ | + | Aceton, etan, amoniak, tlenek węgla. Propan, butan, benzyna, olej napędowy, aldehyd octowy |
| IIB | ++ | ++ | Metan, etylen, eter etylowy, alkohol etylowy, siarkowodór |
| IIC | + | +++ | Wodór, acetylen, dwusiarczek węgla |
| IIIA | +++ | + | Łatwopalne kłaczki, np. włókna bawełniane |
| IIIB | ++ | ++ | Nieprzewodzący pył, np. mąka, drewno |
| IIIC | + | +++ | Pył przewodzący, np. pył aluminiowy |
Za podział na strefy odpowiada użytkownik obiektu. W Europie jest on regulowany przez dyrektywę ATEX 1999/92/WE. Ponadto użytkownik musi również spełniać wymagania normy IEC/EN 60079-10.
Kategorie urządzeń i poziom zabezpieczenia urządzenia opisują poziom bezpieczeństwa lub ochrony urządzeń. To, które urządzenia są odpowiednie dla danej strefy, jest określone w dyrektywie ATEX 2014/34/UE poprzez kategorię urządzeń (kategorie 1, 2, 3). W normie IEC/EN 60079-0 użyteczność urządzeń dla odpowiednich stref jest opisana za pomocą poziomu zabezpieczenia urządzenia (Equipment Protection Level – EPL: a, b, c). W oznakowaniu kategorii urządzenia, jak również w poziomie zabezpieczenia urządzenia G oznacza „gaz”, a D „pył” (ang. dust). Na przykład w sektorze gazowym urządzenie z oznakowaniem 1G i Ga, tj. o bardzo wysokim poziomie bezpieczeństwa i ochrony, jest odpowiednie dla strefy niebezpiecznej 0, a tym samym również dla wszystkich innych stref gazowych. Konstrukcja urządzenia zapewnia bezpieczeństwo nawet w przypadku dwóch niezależnych usterek.
| Poziom bezpieczeństwa lub ochrony |
Kategoria urządzenia
Dyrektywa ATEX 2014/34/UE |
Poziom zabezpieczenia urządzenia (EPL)
Norma IEC/EN 60079-0 |
|
|---|---|---|---|
| Podział na strefy | |||
| DYREKTYWA 1999/92/WE | |||
| Strefy gazowe | |||
| Strefa 0 | Bardzo wysoki – przy dwóch niezależnych usterkach urządzenie jest nadal bezpieczne | 1G | Ga |
| Strefa 1 | Wysoki – w przypadku jednej niezależnej usterki urządzenie jest nadal bezpieczne | 2G | Gb |
| Strefa 2 | Normalny – brak zabezpieczeń przed usterkami | 3G | Gc |
| Strefy pyłów | |||
| Strefa 20 | Bardzo wysoki – przy dwóch niezależnych usterkach urządzenie jest nadal bezpieczne | 1D | Da |
| Strefa 21 | Wysoki – w przypadku jednej niezależnej usterki urządzenie jest nadal bezpieczne | 2D | Db |
| Strefa 22 | Normalny – brak zabezpieczeń przed usterkami | 3D | Dc |
W Europie oprócz oznakowania zgodnego z normą IEC/EN 60079-0 wymagane jest oznakowanie zgodne z dyrektywą ATEX 2014/34/UE.
Dyrektywa ATEX wymaga podziału urządzeń na grupy i kategorie. Grupa I urządzeń obejmuje urządzenia przeznaczone do stosowania w kopalniach zagrożonych występowaniem gazu kopalnianego lub pyłu palnego. Grupa II urządzeń obejmuje wszystkie pozostałe obszary Ex poza kopalniami, np. przemysł chemiczny, przemysł petrochemiczny, pyły wybuchowe w młynach i silosach itp.
Oznakowanie wg norm serii IEC/EN 60079 zawierają informacje o rodzaju zabezpieczenia, grupach gazów i pyłów, klasie temperaturowej i poziomie zabezpieczenia urządzeń (EPL).
II – grupa urządzeń: I = górnictwo | II = wszystkie obszary Ex poza górnictwem
1 – kategoria urządzenia: 1 = odpowiednie dla strefy 0/strefy 20
G – atmosfera: G = gaz
i – rodzaj zabezpieczenia: i = wykonanie iskrobezpieczne
a – poziom ochrony: a = odpowiedni dla strefy 0/strefy 20
II – grupy: II = gaz
C – podgrupy: C = wodór, acetylen, dwusiarczek węgla
T6 – klasa temperaturowa: T6 = 85°C
Ga – poziom zabezpieczenia urządzenia: G = gaz | a = odpowiedni dla strefy 0
II – grupa urządzeń: I = górnictwo | II = wszystkie obszary Ex poza górnictwem
1 – kategoria urządzenia: 1 = odpowiednie dla strefy 0/strefy 20
D – atmosfera: D = pył
i – rodzaj zabezpieczenia: i = wykonanie iskrobezpieczne
a – poziom ochrony: a = odpowiedni dla strefy 0/strefy 20
III – grupy: III = pył
C – podgrupy: C = pył przewodzący, np. pył aluminiowy
125°C – maks. temperatura powierzchni: 125°C = maks. temperatura powierzchni 125°C
Da – poziom zabezpieczenia urządzenia: D = pył, a = odpowiedni dla strefy 20
II – grupa urządzeń: I = górnictwo | II = wszystkie obszary Ex poza górnictwem
1 – kategoria urządzenia: 1 = odpowiednie dla strefy 0/strefy 20
( ) – klamra: Urządzenie towarzyszące (np. iskrobezpieczny kondycjoner sygnałów Ex i – znajduje się w obszarze bezpiecznym, ale obwód Ex i jest poprowadzony do obszaru Ex)
G – atmosfera: G = gaz
i – rodzaj zabezpieczenia: i = wykonanie iskrobezpieczne
a – poziom ochrony: a = odpowiedni dla strefy 0/strefy 20
Ga – poziom zabezpieczenia urządzenia: G = gaz, a = odpowiedni dla strefy 0
[ ] – klamra: Urządzenie towarzyszące (np. iskrobezpieczny kondycjoner sygnałów Ex i – znajduje się w obszarze bezpiecznym, ale obwód Ex i jest poprowadzony do obszaru Ex)
II – grupy: II = gaz
C – podgrupy: C = wodór, acetylen, dwusiarczek węgla
II – grupa urządzeń: I = górnictwo | II = wszystkie obszary Ex poza górnictwem
1 – kategoria urządzenia: 1 = odpowiednie dla strefy 0/strefy 20
( ) – klamra: Urządzenie towarzyszące (np. iskrobezpieczny kondycjoner sygnałów Ex i – znajduje się w obszarze bezpiecznym, ale obwód Ex i jest poprowadzony do obszaru Ex)
D – atmosfera: D = pył
i – rodzaj zabezpieczenia: i = wykonanie iskrobezpieczne
a – poziom ochrony: a = odpowiedni dla strefy 0/strefy 20
Da – poziom zabezpieczenia urządzenia: D = pył, a = odpowiedni dla strefy 20
[ ] – klamra: Urządzenie towarzyszące (np. iskrobezpieczny kondycjoner sygnałów Ex i – znajduje się w obszarze bezpiecznym, ale obwód Ex i jest poprowadzony do obszaru Ex)
III – grupy: III = pył
C – podgrupy: C = pył przewodzący, np. pył aluminiowy
Zasada:
Możliwe źródło zapłonu, wybuch bezpiecznie kontrolowany
Koncepcja ochrony:
Solidna konstrukcja obudowy, badania typu
Zakres stosowania:
silniki, aparatura łączeniowa, energoelektronika
Zasada:
Bezpieczne wykluczenie źródeł zapłonu
Koncepcja ochrony:
Brak operacyjnych źródeł zapłonu, wykluczenie nieprawidłowego działania za pomocą specjalnych środków
Zakres stosowania:
Silniki, transformatory, oprawy oświetleniowe, złączki szynowe, skrzynki szyn zbiorczych
Zasada:
Skuteczne wykluczenie atmosfery grożącej wybuchem
Koncepcja ochrony:
Utrzymywanie nadciśnienia w obudowie za pomocą gazu zabezpieczającego przed zapłonem
Zakres stosowania:
maszyny, silniki, szafy sterownicze (elektronika)
Zasada:
Źródło zapłonu obecne, ale bezpiecznie kontrolowane
Koncepcja ochrony:
Zalanie urządzenia żywicą, zanurzenie w oleju mineralnym lub w piasku
Zakres stosowania:
elektronika, transformatory, kondensatory, przekaźniki
Zasada:
Możliwe iskry lub efekty termiczne, ale niepalne
Koncepcja ochrony:
Bezpieczne ograniczenie energii z uwzględnieniem błędów i efektów akumulacji energii
Zakres stosowania:
AKPiA, czujniki, urządzenia wykonawcze, oprzyrządowanie
Uproszczenie wszystkich rodzajów zabezpieczeń przed zapłonem dla zmniejszonych wymagań strefy 2/strefy 22. Nie jest wymagany certyfikat badania typu UE. Istnieją następujące rodzaje zabezpieczenia:
Do systemów AKPiA w obiektach z obszarami zagrożonymi wybuchem stosuje się powszechnie na całym świecie rodzaj zabezpieczenia Wykonanie iskrobezpieczne (Ex i).
Obwód iskrobezpieczny składa się zazwyczaj z następujących komponentów:
Zasada ochrony rodzaju zabezpieczenia Ex i opiera się na ograniczeniu energii wprowadzanej i magazynowanej w obszarze zagrożonym wybuchem. Energia ewentualnej iskry musi być zawsze mniejsza niż minimalna energia zapłonu otaczającej atmosfery wybuchowej.
Aby upewnić się, że dane połączenie nie może wytwarzać iskier zapalnych i gorących powierzchni, użytkownik systemu musi wdrożyć i udokumentować „Weryfikację wykonania iskrobezpiecznego” zgodnie z normą EN/IEC 60079-11 i normą dla projektantów EN/IEC 60079-14. Metoda ta oferuje użytkownikowi tę zaletę, że urządzenia obiektowe Ex i oraz izolatory Ex i mogą być wybierane i łączone zgodnie z określonymi wymaganiami, niezależnie od producenta.
W przeciwieństwie do wszystkich innych rodzajów zabezpieczenia przed zapłonem, Ex i zgodnie z normą IEC/EN 60079-11 odnosi się nie tylko do pojedynczego urządzenia, ale także do całego obwodu iskrobezpiecznego.
Zalety rodzaju zabezpieczenia „Ex i – wykonanie iskrobezpieczne”
