Компактная взрывозащита

Выбор устройств в соответствии с ATEX и IECEx

Взрывоопасная среда может возникнуть практически в любых промышленных приложениях. Для безопасного предотвращения взрывов к электрическим устройствам, работающим во взрывоопасных зонах, предъявляются особые требования, директивы и стандарты. В этом обзоре приведены критерии подбора подходящих устройств в зависимости от приложения.

Скачать Основы взрывозащиты
Химическая установка
Изображение компонентов, которые могут привести к взрыву

Компоненты, которые могут привести к взрыву: горючие материалы, кислород, источник воспламенения

Основы взрывозащиты

Взрыв - это экзотермическая реакция с внезапным выделением большого количества энергии, в результате которой возникает сильная ударная волна.
Взрыв происходит при наличии горючего материала, кислорода и источника воспламенения. Если один из компонентов отсутствует, то экзотермическая реакция не происходит.

Для надежного предотвращения взрывов существуют различные меры взрывозащиты. Если первичные меры взрывозащиты препятствуют образованию взрывоопасной среды, то вторичные меры взрывозащиты предусматривают конструктивное решение, исключающее наличие эффективного источника воспламенения. Эффективными источниками воспламенения являются, например, электрические искры, горячие поверхности электрооборудования, электрические дуги, статическое электричество и т.д. В зависимости от приложения существуют различные классы искробезопасности в рамках вторичных мер взрывозащиты, реализующие разные принципы защиты. Также существуют третичные меры взрывозащиты. К ним относятся конструктивные меры, снижающие последствия взрыва до приемлемого уровня.

Подбор устройств для вторичных мер взрывозащиты

Следующий обзор посвящен вторичным мерам взрывозащиты. При подборе устройств в соответствии с классами искробезопасности пользователь должен проанализировать тип опасности, а также длительность и частоту ее возникновения. Тип опасности определяется в ходе оценки температуры и энергии источника воспламенения. Длительность и частота возникновения опасности устанавливает связь между классификацией зон, категорией устройств и уровнем защиты оборудования.

Температурные классы Источник воспламенения: горячая поверхность

Устройства, предназначенные для использования во взрывоопасных средах группы II (газах), подразделяется на температурные классы (T1 - T6), которые указывают на максимально допустимую температуру поверхности устройства. Температура поверхности относится ко всем частям электрического
оборудования, которое может контактировать с взрывоопасной газовой смесью.
Устройство можно использовать только в том случае, если температура, относящаяся соответствующему температурному классу, ниже температуры воспламенения газовой смеси. Устройства с более высоким температурным классом, т.е. с более низкой температурой поверхности, могут также использоваться с газовыми смесями с более высокой температурой воспламенения. Поэтому устройство с маркировкой T6 можно использовать для всех газов.

Для пыли различия между температурными классами (T1 - T6) не делаются. Устройства группы III (пыли) имеют маркировку максимальной температуры поверхности. Необходимо принимать во внимание дополнительное отложение пыли. Более подробную информацию о температурных ограничениях можно найти в «Основах взрывозащиты» (см. раздел загрузок).

Максимальная температура поверхности в °C

Диапазон температуры воспламенения в °C

Примеры

Температурный класс
T1 450 > 450 Моноксид углерода, метан, водород
T2 300 > 300 ... ≤ 450 Ацетилен, бутан, этилен
T3 200 > 200 ... ≤ 300 Бензин, сероводород, циклогексан
T4 135 > 135 ... ≤ 200 Ацетальдегид, диэтиловый эфир (других веществ нет)
T5 100 > 100 ... ≤ 135 Без веществ
T6 85 > 85 ... ≤ 100 Сероуглерод

Группы по энергиям воспламенения Источник воспламенения: искры (энергия)

Устройства для применения во взрывоопасной среде группы II (газы) и III (пыль) подразделяется на группы (IIA-IIC, IIIA-IIIC), которые указывают на максимальную энергию воспламенения устройств.
Устройство допускается использовать только в том случае, если максимальная энергия воспламенения устройства ниже минимальной энергии воспламенения вещества (газа или пылевой смеси). Для любых газов можно использовать устройство с маркировкой IIC, а для любой пыли - устройство с маркировкой IIIC.

Газы более взрывоопасны, чем пыль, например, устройства с показателем IIB подходят для IIIC.

Необходимая энергия воспламенения

Опасность материалов

Примеры материалов

Группа
IIA +++ + Ацетон, этан, аммиак, монооксид углерода. Пропан, бутан, бензин, дизельное топливо, ацетальдегид
IIB ++ ++ Метан, этилен, этиловый эфир, этиловый спирт, сероводород
IIC + +++ Водород, ацетилен, дисульфид углерода
IIIA +++ + Горючий ворс, например, хлопковые волокна
IIIB ++ ++ Непроводящая пыль, например, мука, древесина
IIIC + +++ Проводящая пыль, например, алюминиевая пыль

Классификация зон (2)

Классификация зон (пыль)

  • Зона 20:
    Зона, в которой взрывоопасная среда в виде облака горючей пыли, присутствует в воздухе постоянно, в течение длительных промежутков времени или часто.
  • Зона 21:
    Зона, в которой в стандартных рабочих условиях периодически возможно образование взрывоопасной среды в воздухе в виде облака горючей пыли
  • Зона 22:
    Зона, в которой взрывоопасная среда в виде облака горючей пыли при нормальной эксплуатации не может образоваться в воздухе совсем или только на короткий период времени
Графические примеры классификации зон в газовом приложении
Зона 1
Зона, в которой при обычных условиях эксплуатации возникновение взрывоопасной среды возможно лишь иногда. Сюда относится близкое окружение зоны класса 0, а также участки вокруг сливных и заправочных терминалов.
Зона 0
Зона, в которой постоянно или в течение длительных периодов времени присутствует опасная, способная к взрыву газовая смесь. Как правило, эти условия существуют внутри емкостей, трубопроводов, аппаратов и резервуаров.
Зона 2
Зона, в которой взрывоопасная газовая среда при нормальной эксплуатации не может образоваться. Или только в очень редких и кратковременных случаях.

Категории оборудования или уровень защиты оборудования

Категории оборудования и уровень защиты оборудования описывают уровень безопасности или защиты устройств. Какие устройства подходит для той или иной зоны, указано в директиве ATEX 2014/34/EU в параметре категории оборудования (категории 1, 2, 3). В стандарте МЭК/EN 60079-0 возможность использования устройств в соответствующих зонах определяется уровнем защиты оборудования (EPL: a, b, c). Как в маркировке категории устройств, так и в уровне защиты оборудования буква G означает «газ», а D - «пыль» (на английском: Gas и Dust). Например, в газовой зоне устройство с маркировкой 1G и Ga, т.е. с очень высоким уровнем безопасности и защиты, подходит для опасной зоны 0 и, соответственно, для всех остальных газовых зон. Конструктивно устройство спроектировано таким образом, чтобы обеспечить безопасность даже в случае двух независимых неисправностей.

Уровень безопасности или защиты

Категория изделия

ATEX RL 2014/34/EU

Уровень защиты оборудования (EPL)

Стандарт МЭК/EN 60079-0

Классификация зон
ДР 1999/92/EC
Газовые зоны
Зона 0 Очень высокий - при двух независимых неисправностях устройство остается безопасным 1G Ga
Зона 1 Высокий - в случае независимой неисправности устройство остается безопасным 2G Gb
Зона 2 Нормальный - отсутствие защиты от неисправностей 3G Gc
Пылевые зоны
Зона 20 Очень высокий - при двух независимых неисправностях устройство остается безопасным 1D Da
Зона 21 Высокий - в случае независимой неисправности устройство остается безопасным 2D Db
Зона 22 Нормальный - отсутствие защиты от неисправностей 3D Dc

Маркировка изделий Ex

В Европе, помимо маркировки по стандарту МЭК/EN 60079-0, должна присутствовать маркировка согласно директиве ATEX 2014/EU/34.

В соответствии с директивой ATEX устройства необходимо разделять на группы и категории. К группе устройств I относятся установки, используемые в горной промышленности, в отношении которых существует угроза со стороны рудничного газа и/или пыли. Группа устройств II охватывает все другие взрывоопасные зоны, не относящиеся к горной промышленности, например, химическую промышленность, переработку нефти и газа, взрывоопасную пыль в мельницах и бункерах и т.д.

Маркировка согласно серии стандартов МЭК/EN 60079 включает информацию о классе искробезопасности, группах по газу и пыли, классе температуры и уровне защиты оборудования (EPL).

Маркировка искробезопасного электрооборудования для использования в газовой среде
Маркировка искробезопасного электрооборудования для использования в пылевой среде
Маркировка сопутствующего электрооборудования для использования в газовой среде
Пример маркировки соответствующего электрооборудования для использования в пылевой среде
Маркировка искробезопасного электрооборудования для использования в газовой среде

ATEX

II - группа устройств: I = горнодобывающая промышленность | II = все взрывоопасные зоны, не относящиеся к горной промышленности
1 - категория устройств: 1 = для зоны 0/зоны 20
G – среда: G = газ

МЭК/EN

i – класс искробезопасности: i = искробезопасность
a - уровень защиты: a = для зоны 0/зоны 20
II - группы: II = газ
C - подгруппы: C = водород, ацетилен, дисульфид углерода
T6 – класс температуры: T6 = 85 °C
Ga - уровень защиты оборудования: G = газ | a = для зоны 0

Маркировка искробезопасного электрооборудования для использования в пылевой среде

ATEX

II - группа устройств: I = горнодобывающая промышленность | II = все взрывоопасные зоны, не относящиеся к горной промышленности
1 - категория устройств: 1 = для зоны 0/зоны 20
D – среда: D = пыль

МЭК/EN

i – класс искробезопасности: i = искробезопасность
a - уровень защиты: a = для зоны 0/зоны 20
III - группы: III = пыль
C - подгруппы: C = проводящая пыль, например, алюминиевая пыль
125 °C - макс. температура поверхности: 125 °C = макс. температура поверхности 125 °C
Da - уровень защиты оборудования: D = пыль, a = для зоны 20

Маркировка сопутствующего электрооборудования для использования в газовой среде

ATEX

II - группа устройств: I = горнодобывающая промышленность | II = все взрывоопасные зоны, не относящиеся к горной промышленности
1 - категория устройств: 1 = для зоны 0/зоны 20
( ) - Зажим: сопутствующее электрооборудование (например, искробезопасный разделительный усилитель - находится в безопасной зоне, но искробезопасная цепь выведена во взрывоопасную зону)
G – среда: G = газ

МЭК/EN

i – класс искробезопасности: i = искробезопасность
a - уровень защиты: a = для зоны 0/зоны 20
Ga - уровень защиты оборудования: G = газ, a = для зоны 0
[ ] - Зажим: сопутствующее электрооборудование * (например, искробезопасный разделительный усилитель - находится в безопасной зоне, но искробезопасная цепь выведена во взрывоопасную зону)*
II - группы: II = газ
C - подгруппы: C = водород, ацетилен, дисульфид углерода

Пример маркировки соответствующего электрооборудования для использования в пылевой среде

ATEX

II - группа устройств: I = горнодобывающая промышленность | II = все взрывоопасные зоны, не относящиеся к горной промышленности
1 - категория устройств: 1 = для зоны 0/зоны 20
( ) - Зажим: сопутствующее электрооборудование (например, искробезопасный разделительный усилитель - находится в безопасной зоне, но искробезопасная цепь выведена во взрывоопасную зону)
D – среда: D = пыль

МЭК/EN

i – класс искробезопасности: i = искробезопасность
a - уровень защиты: a = для зоны 0/зоны 20
Da - уровень защиты оборудования: D = пыль, a = для зоны 20
[ ] - Зажим: сопутствующее электрооборудование * (например, искробезопасный разделительный усилитель - находится в безопасной зоне, но искробезопасная цепь выведена во взрывоопасную зону)*
III - группы: III = пыль
C - подгруппы: C = проводящая пыль, например, алюминиевая пыль

Классы искробезопасности (выдержка) На следующем изображении приведена выдержка из перечня классов искробезопасности.

Графическое изображение Ex d - огнестойкий корпус
Графическое изображение Ex e - повышенная безопасность
Графическое изображение Ex p - заполнение или продувка оболочки взрывобезопасным газом под избыточным давлением
Графическое изображение Ex m; Ex o; Ex q - герметизация компаундом, кварцевое и масляное заполнение оболочки
Графическое изображение Ex i - искробезопасность
Графическое изображение Ex n - класс искробезопасности «n»
Графическое изображение Ex d - огнестойкий корпус

Принцип:
Возможен источник воспламенения, взрыв безопасно контролируется

Концепция защиты:
Прочная конструкция корпуса, типовые испытания

Область применения:
Двигатели, коммутационные устройства, силовая электроника

Графическое изображение Ex e - повышенная безопасность

Принцип:
Безопасное исключение источников воспламенения

Концепция защиты:
Отсутствие производственных источников воспламенения, исключение неисправностей с помощью специальных мер

Область применения:
Двигатели, трансформаторы, светильники, клеммы, короба для сборных шин

Графическое изображение Ex p - заполнение или продувка оболочки взрывобезопасным газом под избыточным давлением

Принцип:
Безопасное исключение взрывоопасной среды

Концепция защиты:
Поддержание избыточного давления в корпусе при помощи защитного от воспламенения газа

Область применения:
Машины, электродвигатели, шкафы управления (электроника)

Графическое изображение Ex m; Ex o; Ex q - герметизация компаундом, кварцевое и масляное заполнение оболочки

Принцип:
Источник воспламенения присутствует, но надежно контролируется

Концепция защиты:
Погружение электрооборудования в компаунд, минеральное масло или кварц

Область применения:
Электроника, трансформаторы, конденсаторы, реле

Графическое изображение Ex i - искробезопасность

Принцип:
Возможны искры или тепловые эффекты, но которые не приводят к воспламенению

Концепция защиты:
Безопасное ограничение энергии с учетом погрешностей и эффектов накопления энергии

Область применения:
Контрольно-измерительные приборы и автоматика, датчики, исполнительные элементы, контрольно-измерительная аппаратура

Графическое изображение Ex n - класс искробезопасности «n»

Упрощение всех классов искробезопасности для пониженных требований зоны 2/зоны 22. Не требуется сертификат ЕС об утверждении типа. Возможны следующие классы искробезопасности:

  • nA: неискрящее электрооборудование (было перенесено в 60079-7 как Ex ec, но сохраняет свою актуальность)
  • nC: искрящее электрооборудование или электрооборудование с защищенными контактами
  • nR: корпус, защищенный от горения
  • nL: электрооборудование с ограничением энергопотребления (было перенесено в 60079-11 как Ex ic)
  • nZ: упрощенное заполнение или продувка оболочки взрывобезопасным газом под избыточным давлением (было перенесено в 60079-2 как Ex pzc)

Схематическое изображение искробезопасности от зоны 0 до безопасной зоны

Ex i – искробезопасность

Для контрольно-измерительных приборов и автоматики в установках, в которых есть взрывоопасные зоны, во всем мире применяется класс искробезопасности (Ex i). 
Искробезопасная цепь обычно состоит из следующих компонентов:

  • искробезопасное электрооборудование, т.е. потребитель, установленный во взрывоопасной зоне (например, датчик температуры Ex i)
  • сопутствующее электрооборудование, при этом оно является источником, установленным в зоне, не являющейся взрывоопасной (искробезопасный разъединитель)
  • соединительная линия (кабель).

Принцип защиты согласно классу искробезопасности Ex i предполагает ограничение энергии, передающейся и накапливающейся во взрывоопасной зоне. Энергия возможной искры всегда должна быть меньше минимальной энергии воспламенения окружающей взрывоопасной среды.
Чтобы гарантировать, что соответствующее соединение не может генерировать воспламеняющиеся искры и горячие поверхности, пользователь или оператор установки должен выполнить и задокументировать «Подтверждение искробезопасности» в соответствии со стандартом EN/МЭК 60079-11 и стандартом установщика EN/МЭК 60079-14. Преимущество такого подхода заключается в том, что искробезопасные полевые устройства и разъединители можно выбрать и скомбинировать независимо от производителя в соответствии с конкретными требованиями.

Схема применения искробезопасности от зоны 0, зоны 1 и зоны 2 к безопасной зоне

В отличие от всех других классов искробезопасности, Ex i в соответствии с МЭК/EN 60079-11 относится не только к отдельной единице электрооборудования, но и ко всей искробезопасной цепи.

Преимущества класса искробезопасности «Ex i - искробезопасность»:

  • Модернизация в процессе эксплуатации
  • Экономичнее, чем другие классы искробезопасности
  • Использование простого электрооборудования
  • Использование в зоне 0/зоне 20
Загрузка
Основы взрывозащиты
Документ написан для планировщиков и производителей комплектного оборудования для взрывоопасных зон. В нем рассматриваются международные нормы, стандарты и директивы. Эксплуатационники электрооборудования во взрывоопасных зонах получают информацию о том, каким критериям взрывозащиты должно соответствовать их оборудование. Кроме того, Вы получите базовые технические знания по группам I и II, по взрывоопасным зонам, по КИПиА и функциональной безопасности.
Просмотреть сейчас
Фото на обложке документа «Основы взрывозащиты»