›
›

Взрывоопасные зоны, cравнение видов взрывозащиты

26.05.2014
Технологические процессы с возможной опасностью возникновения взрыва или пожара в таких, например, отраслях, как нефте или газодобывающая, нефтехимическая, химическая, фармацевтическая и т.д., требуют определения заводских опасных зон с возможным на личием огнеопасных смесей. Понятие «взрывоопасная зона» в «Правилах устройств электроустановок» трактуется следующим образом: взрывоопасная зона — это помещение или ограниченное пространство в помещении и наружной обстановке, в которых имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси. В этих зонах для обеспечения безопасной эксплуатации электрооборудования и электротехнических установок должны применяться соответствующие виды взрывозащиты.

Критерии для классификации зон
 
Набор критериев для классификации взрывоопасных зон базируется на вероятности и продолжительности присутствия огнеопасных смесей, а также концентрации и типе огнеопасных веществ (газ, пар, жидкость, пыль) в совокупности с такими физическими параметрами, как
температура вспышки, температура самовоспламенения и минимальная электрическая энергия поджигания.
 
Международная Электротехническая Комиссия (МЭК,МЭК 7910 Сlassification of Hazardous Areas) и Европейское cообщество (Committee for Electrotechnical Standardization, CENELEC, EN 6007910 Classification of Hazardous Areas) рассматривают в своих стандартах три основных вида взрывоопасных зон размещения оборудования (в России согласно «Правилам устройства электроустановок» взрывоопасные зоны подразделяются на классы [1]).
 
  • Зоны 0 (зоны класса ВI) — зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) в таком количестве и обладающие такими свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы, например при загрузке или разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании ЛВЖ, находящихся в открытых емкостях, и т.д.;
  • Зоны 1 (зоны класса ВIa) – зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальньной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей;
  • Зоны 2 (зоны класса ВIб, зоны класса ВIг) – зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей. 
     
Стандартом EN 11271 «Machine safety/fire and explosion protection» Part 1: Explosion protection для смесей воздуха с мелкодисперсионными твердыми горючими веществами установлены следующие взрывоопасные зоны:
 
  • Зоны 20 — зоны, расположенные в помещениях, в которых длительный срок, часто или постоянно присутствует взрывоопасная газообразная атмосфера в форме облака пыли и в которых пыль может накапливаться и образовывать слой неопределимой или чрезмерной толщины. Отдельные отложения пыли не образуют Зону 20;
  • Зоны 21 (зоны класса ВII) — зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна в таком количестве и обладающие такими свойствами, что они способны образовать взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке и разгрузке технологических аппаратов);
  • Зоны 22 (зоны класса ВIIа) — зоны, расположенные в помещениях, в которых опасные состояния, указанные для зон класса ВII, не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

Естественно, что Зона 0 (зоны класса ВI) представляет собой более высокую степень опасности, чем Зона 1 (зоны класса ВIa) и соответственно Зона 2 (зоны класса ВIб, Iг). Участки с опасностью ниже, чем в Зоне 2, считаются неопасными, поэтому здесь могут быть применены обыкновенные правила по установке и эксплуатации электрооборудования.
Во взрывоопасных зонах классов ВII и ВIIa рекомендуется применять электрооборудование, специально предназначенное для работы во взрывоопасных смесях горючих волокон или пыли с воздухом. Допускается применять во взрывоопасных зонах класса ВII взрывозащищённое электрооборудование, предназначенное для работы в средах с газопаровоздушными смесями, а в зонах класса ВIIa – электрооборудование общего назначения (без средств взрывозащиты), но имеющее соответствующую защиту оболочки от проникновения пыли (ГОСТ 1425480 «Изделия электротехнические оболочки. Степени защиты. Обозначения. Методы испытаний»).
 
ДЕЙСТВУЮЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ
 
Рассмотрим кратко наиболее распространенные виды взрывозащиты: заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением, защита вида «e» (повышенная надежность) и искробезопасная электрическая цепь.
По ГОСТ 12.2.02076 «Электрооборудование взрывозащищенное. Термины и определения. Классификация. Маркировка» маркировка взрывозащищенного электрооборудования должна содержать знак Ex, указывающий, что электрооборудование соответствует указанному стандарту и стандартам на виды взрывозащиты; знаки видов взрывозащиты также регламентированы стандартом:
 
d – взрывонепроницаемая оболочка;
ia, ib, ic – искробезопасная электрическая цепь (ИБЦ);
e – защита вида «e» (повышенная надежность);
o – масляное заполнение оболочки;
p – заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением;
q – кварцевое заполнение оболочки;
s – специальный вид взрывозащиты.

В дальнейшем для краткости виды взрывозащиты будут обозначаться соответствующими знаками маркировки.
Виды взрывозащиты Ex p, Ex s, Ex q, Ex o применяются преимущественно для производственного оборудования и электротехнических устройств в сочетании с другими видами взрывозащиты.

Вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» (Ех d)
 
Вид взрывозащиты Ex d – это метод, в котором электротехническое оборудование помещается в прочную оболочку, cпособную выдержать внутренний взрыв без деформирования, а плоская фланцевая крышка или крышка c резьбовыми отверстиями по контуру с тщательно регулируемыми воздушными зазорами обеспечивают волне, образованной во время вспышки, выход во внешнюю атмосферу. Тщательно регулируемый воздушный зазор гасит волны выхлопных газов. Cовместное действие двух процессов: распространение газов с высокой скоростью и теплообмен со стенами щелей оболочки — приводит в результате к потере энергетики выхлопных газов до уровня, при котором становится невозможным воспламенение огнеопасной смеси во внешней окружающей среде.
Все электрические подключения по этому виду взрывозащиты проходят через прочные взрывонепроницаемые стальные трубы или кабельные трубопроводы и тщательно герметизированы в местах ввода в оболочку.
Этот метод применяется для соединительных коробок, осветительных электроустановок, коммутационной аппаратуры и электротехнического оборудования.

Защита вида «e» (повышенная надежность)
 
Вид взрывозащиты Ex e – это способ, заключающийся в том, что в электрооборудовании или его части, не имеющих нормально искрящихся частей, принят ряд мер дополнительно к используемым в электрооборудовании общего назначения, затрудняющих появление опасных нагревов, электрических искр и дуг, которые способны воспламенить взрывоопасные смеси. Так, например, чтобы взрывозащищённое электрооборудование с видом взрывозащиты «Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением», изготавливаемое по ГОСТ 22782.478, могло соответствовать уровню «Повышенная надёжность против взрыва», достаточно в электрооборудовании предусмотреть блокировку, отключающую его от всех электрических цепей при падении давления в оболочке ниже допустимого.
Этот вид взрывозащиты преимущественно применяется для электротехнических соединительных коробок, осветительного электрооборудования, а также в безыскровых электрических моторах (например, в асинхронных двигателях типа «беличье колесо» или синхронных шаговых и бесколлекторных двигателях).

Искробезопасная электрическая цепь (Ex i)
 
Вид взрывозащиты Ex i основан на принципе ограничения предельной энергии, накапливаемой или выделяемой электрической цепью в аварийном режиме, или рассеивания мощности до уровня значительно ниже минимальной энергии или температуры воспламенения.
Допустимые уровни энергии в искробезопасной электрической цепи простираются от 20 до 180 мкДж (максимальное напряжение разомкнутой электрической цепи 30 В, значение тока короткого замыкания 100 мА, допустимая мощность 0,45 Вт).

Cуществуют три уровня взрывозащиты Ex i:
  • Ex ia – особовзрывобезопасный,
  • Ex ib – взрывобезопасный,
  • Ex ic – повышенная надежность против взрыва.
Ex ia предполагает сохранение условий безопасности даже в случае одновременных и независимых повреждений, поэтому этот уровень взрывозащиты обеспечивает наибольшую безопасность и применим для Зоны 0, Зоны 1 и Зоны 2.
Ex ib допускает только одно повреждение и поэтому применим только для Зоны 1 и Зоны 2.
Ограничение энергии искробезопасныx электрическиx цепей производится, в основном, искробезопасными электрическими цепями связанного электрооборудования (блоками искрозащиты на стабилитронах – БИС,другое наименование – барьеры безопасности на шунтирующих диодах Зенера), которые при нормальном или аварийном режиме работы не отделены гальванически от ИБЦ.
В большинстве случаев связанное электрооборудование размещается в безопасной зоне и защищено в местах установки искробезопасными электрическими цепями. Это оборудование ограничивает максимальное напряжение и ток, протекающий через искробезопасные электрические цепи даже в случае аварии. Защита может быть выполнена с применением БИС или гальваничес
ки изолированных средств сопряжения — развязывающих устройств (преобразователей сигналов с универсальным входом, повторителей аналоговых сигналов, формирователей аналоговых выходных сигналов, устройств управления интеллектуальных электропневматических преобразователей, повторителей состояний переключателей и др.). В БИС применяются защищенные плавкими предохранителями стабилитроны для ограничения максимального напряжения шунтированием аварийного тока на землю. Последовательно с предохранителями включены ограничительные резисторы, лимитирующие ток до максимально допустимого для искробезопасных цепей значения.
Этот вид защиты требует отдельной точки заземления с низким значением сопротивления (изопотенциальная земля безопасности), с которой должны сопрягаться все защитные цепи.
Почти все стандарты по установке электрооборудования требуют, чтобы суммарное значение сопротивления от наиболее удаленного БИС до центральной шины аварийной защиты не превышало 1 Ом. Это позволяет ограничивать кратковременные перенапряжения в искробезопасных электрических цепях, вызванные аварийными бросками тока в контуре сопротивления заземления.
Особенность такого изопотенциального заземления — соединение с землёй должно выполняться в одной точке. Требуется надежная изоляция от земли всех прочих искробезопасных электрических цепей, чтобы препятствовать образованию опасных и неконтролируемых утечек контурных токов заземления во взрывоопасные участки.
Развязывающие устройства, в дополнение к ограничивающим напряжение стабилитронам, обеспечивают надежную электрическую изоляцию между искробезопасными электрическими цепями и неискробезопасными цепями посредством традиционных трансформаторов, оптопар, реле.
Обеспечение электроизоляции между двумя контурами в развязывающих устройствах не требует введения отдельной системы заземления для системы аварийной защиты и позволяет применять изолированные или заземленные искробезопасные цепи независимо.

По материалам статьи "Взрывоопасные зоны, cравнение видов взрывозащиты" В. Жданкин, СТА 1/2000, стр. 66-73.

Посмотреть полную статью



Читать другие публикации...