Dobór urządzeń elektrycznych do przestrzeni potencjalnie zagrożonych wybuchem – zagadnienia wybrane (cz. 2.)

Jeśli jest to możliwe ze względów funkcjonalnych, urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym powinny być instalowane w przestrzeniach niezagrożonych wybuchem lub w strefach o mniejszym stopniu zagrożenia (o niższej klasyfikacji).

Instalacje elektryczne w strefach zagrożonych wybuchem powinny odpowiadać wymaganiom określonym w stosunku do instalacji w przestrzeniach niezagrożonych wybuchem i dodatkowo w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, z uwzględnieniem wymagań określonych w certyfikatach, deklaracjach zgodności i zaleceniach producenta.

Urządzenia elektryczne powinno się instalować zgodnie z ich przeznaczeniem, parametrami znamionowymi – napięciem, częstotliwością, prądem, mocą, temperaturą pracy i zabezpieczeniami przeciwwybuchowymi, określonymi na tabliczce znamionowej urządzenia oraz w certyfikatach (deklaracjach zgodności).

W strefach zagrożonych wybuchem mogą być instalowane urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym lub innym o odpowiednich parametrach, oznakowane zgodnie z certyfikatem. Na tabliczce znamionowej każdego urządzenia w wykonaniu przeciwwybuchowym, dopuszczonego do pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, podaje się jego parametry przeciwwybuchowe Ex, stopień ochrony IP, znak CE oraz logo stacji badawczej i numer certyfikatu, a na urządzeniach prostych – oznakowanie producenta.

W strefach zagrożonych wybuchem mogą być instalowane urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym certyfikowane – kategorii 1, 2 i 3 (z wyjątkiem kabli i przewodów, które nie podlegają certyfikacji), urządzenia przeciwwybuchowe niecertyfikowane, ale ze świadectwem zgodności – kategorii 3, urządzenia proste w obwodach iskrobezpiecznych.

Urządzenia elektryczne certyfikowane według wymagań Rozporządzenia Ministra Rozwoju z dnia 6 czerwca 2016 r. w sprawie wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej oraz serii norm PN-EN 60079 spełniają wymagania w stosunku do stref zagrożonych wybuchem, jeżeli są dobrane i zainstalowane zgodnie z normą PN-EN 60079-14.

Urządzenia niecertyfikowane (z wyjątkiem urządzeń w prostych obwodach iskrobezpiecznych) mogą być instalowane tylko w specyficznych okolicznościach – np. do celów naukowych, doświadczalnych, w instalacjach pilotujących i innych o podobnych warunkach użytkowania – i w określonym czasie, pod nadzorem przeszkolonych i upoważnionych pracowników, gdy istnieje pewność, że personel i środowisko nie są narażone na ogień lub wybuch.

Pracownicy powinni być zapoznani z normami i przepisami dotyczącymi bezpieczeństwa pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem i powinni mieć stały dostęp do wszelkich niezbędnych informacji w tym zakresie.

Stosowanie urządzeń certyfikowanych gwarantuje, że spełniają one wymagania bezpieczeństwa. Przed instalacją urządzeń elektrycznych w strefach potencjalnie zagrożonych wybuchem należy porównać oznakowania zawarte w deklaracji zgodności (w certyfikacie) i na tabliczce znamionowej urządzenia. W przypadku niezgodności tych danych urządzenie należy wycofać z montażu do czasu ich wyjaśnienia i usunięcia.

Urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym aktualnie eksploatowane (w przypadku modernizacji instalacji), używane (z drugiej ręki) lub naprawiane mogą być instalowane w nowej instalacji, jednak pod warunkami sprawdzenia, czy:

• urządzenie nie było modyfikowane i przerabiane – jego stan techniczny musi odpowiadać wymaganiom oryginalnego certyfikatu,
• nie nastąpiła zmiana norm w stosunku do przedmiotowego urządzenia i nie są wymagane dodatkowe zabezpieczenia.

Dokumentacja techniczna (projekt instalacji elektrycznych)

W celu prawidłowego wykonania instalacji elektrycznych lub ich modernizacji w przestrzeniach zagrożonych wybuchem projekt instalacji elektrycznych powinien dodatkowo – w stosunku do projektu instalacji elektrycznych w przestrzeniach niezagrożonych wybuchem – zawierać:

• dokumenty klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem do stref zagrożenia wraz z charakterystyką czynników palnych, mogących utworzyć z powietrzem atmosfery wybuchowe oraz ich podziałem na grupy, podgrupy i klasy temperaturowe z przewidywaną grubością warstw pyłu zleżałego (jeżeli klasyfikacja zagrożenia wybuchem dotyczy przestrzeni z pyłem materiałów palnych),
• szacunkową ocenę konsekwencji ewentualnego wybuchu,
• instrukcje budowy, połączeń instalacji, odbioru i jej rozruchu,
• dokumentacje urządzeń elektrycznych w wykonaniu przeciwwybuchowym (deklaracje zgodności, świadectwa zgodności) – zwłaszcza urządzeń, których numer certyfikatu jest opatrzony literą X lub innymi odnośnikami,
• opisy systemów iskrobezpiecznych,
• informacje niezbędne do sprawdzenia i odbioru urządzeń, np. wykaz ich lokalizacji,
• informacje i dokumenty niezbędne do prowadzenia eksploatacji zainstalowanych urządzeń, ich konserwacji i napraw zgodnie z normami [13 i 14],
• dokumenty stwierdzające przydatność urządzeń do stosowania w rozpatrywanych strefach zagrożonych wybuchem, np. temperatury powierzchni, rodzaj budowy przeciwwybuchowej, wymagany stopień ochrony urządzeń (IP), odporność na korozję,
• niezbędne informacje do prawidłowego montażu urządzeń i przewodów,
• plany ukazujące dobór typów przewodów i szczegóły ich prowadzenia,
• szczegóły dotyczące uszczelnień przejść przewodów przez ściany i stropy oraz wprowadzeń do urządzeń,
• system identyfikacji obwodów,
• analizę wpływu na instalacje elektryczne czynników zewnętrznych.

Dobór urządzeń elektrycznych

Urządzenia elektryczne do stref zagrożonych wybuchem dobiera się na podstawie projektu technicznego instalacji elektrycznych, z uwzględnieniem:

• klasyfikacji przestrzeni do stref zagrożenia wybuchem zawierającej wymagany poziom zabezpieczenia urządzeń (EPL),
• klasyfikacji gazów, par i pyłów w stosunku do grup i podgrup urządzeń elektrycznych,
• klas temperaturowych lub temperatury samozapłonu gazów i par,
• minimalnych temperatur samozapłonu chmur pyłowych i warstw pyłu,
• przewidywanych wpływów zewnętrznych i temperatur otoczenia.

Zależności pomiędzy poziomem zabezpieczenia urządzeń (EPL) i strefami zagrożenia wybuchem

W poszczególnych strefach zagrożonych wybuchem instaluje się urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym o poziomie zabezpieczenia urządzeń (EPL) adekwatnym do potencjalnego zagrożenia wybuchem w określonej strefie. Wzajemny związek między poziomem zabezpieczenia urządzeń i strefami zagrożenia wybuchem podany jest w tabeli 1. Stosuje się go wówczas, gdy wymagany poziom zabezpieczenia urządzeń (EPL) nie jest określony w dokumentacji klasyfikacyjnej.

Dobór urządzeń elektrycznych według wymaganego poziomu zabezpieczenia urządzeń (EPL)

Jeżeli w dokumentacji klasyfikacyjnej podany jest wymagany poziom zabezpieczenia urządzeń w poszczególnych strefach zagrożenia wybuchem, to dobór urządzeń przeprowadza się zgodnie z zależnościami określonymi w tabeli 2.

Dobór urządzeń elektrycznych do stref wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń Ga lub Da

W strefach zagrożonych wybuchem (0 i 20), wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń (EPL) odpowiednio Ga lub Da, instaluje się urządzenia elektryczne przeciwwybuchowe oznakowane symbolami Ga lub Da albo urządzenia o typie zabezpieczenia przeciwwybuchowego określonym w tabeli 2. Instalację tych urządzeń wykonuje się zgodnie z wymaganiami określonymi w normie [3].

Dobór urządzeń elektrycznych do stref wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń Gb lub Db

 W strefach zagrożonych wybuchem (1 i 21), wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń odpowiednio Gb lub Db, instaluje się urządzenia elektryczne przeciwwybuchowe oznakowane symbolami Ga lub Gb albo Da lub Db względnie urządzenia o typie zabezpieczenia przeciwwybuchowego określonym w tabeli 2. Jeżeli urządzenia elektryczne odpowiadające wymaganiom do urządzeń o poziomie zabezpieczenia (EPL) Ga lub Da są instalowane w przestrzeniach wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń (EPL) Gb lub Db, to przy ich instalowaniu muszą być przestrzegane wszystkie wymagania w stosunku do instalacji w przestrzeniach wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń Ga lub Da.

Dobór urządzeń elektrycznych do stref wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń Gc lub Dc

 W strefach zagrożonych wybuchem (2 i 22), wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń odpowiednio Gc lub Dc, instaluje się urządzenia elektryczne przeciwwybuchowe oznakowane symbolami Ga, Gb albo Gc lub Da, Db albo Dc względnie urządzenia o typie zabezpieczenia przeciwwybuchowego określonym w tabeli 2.

Jeżeli urządzenia elektryczne odpowiadające wymaganiom do urządzeń o poziomie zabezpieczenia (EPL) Ga lub Gb oraz Da lub Db są instalowane w przestrzeniach wymagających poziomu zabezpieczenia urządzeń (EPL) Gc lub Dc, to przy ich instalowaniu przestrzega się wymagań dotyczących instalacji urządzeń wszystkich poziomów zabezpieczenia urządzeń (EPL).

Dobór urządzeń elektrycznych według grup i podgrup

Urządzenia elektryczne powinny być dobierane według grup i podgrup urządzeń (tab. 5.).

Jeżeli urządzenie elektryczne jest oznakowane w sposób wskazujący na jego przeznaczenie do pracy w obecności określonego gazu, pary lub pyłu, to nie może być ono użytkowane w obecności innych substancji bez przeprowadzenia przez kompetentną instytucję analizy jego przydatności do pracy w obecności tych substancji.

Dobór urządzeń elektrycznych w zależności od temperatur samozapłonu gazów, par i pyłów oraz temperatury otoczenia

Urządzenia elektryczne dobiera się tak, aby temperatury ich powierzchni zewnętrznych w czasie pracy normalnej i w razie uszkodzenia nie przekraczały temperatur samozapłonu atmosfer gazowych lub pyłowych, znajdujących się w ich otoczeniu.

 Jeżeli na urządzeniach elektrycznych nie jest określony zakres dopuszczalnych temperatur otoczenia, oznacza to, że urządzenie jest przeznaczone do pracy w zakresie temperatur otoczenia od –20°C do 40°C. Jeżeli urządzenie jest przeznaczone do pracy w innym zakresie temperatur otoczenia, to jest to podane na jego tabliczce znamionowej lub w dokumentacji technicznej.

Dławnice kablowe nie mają zazwyczaj oznakowanych klas temperaturowych lub maksymalnych dopuszczalnych temperatur otoczenia. Normalnym zakresem ich pracy są temperatury od –20°C do 80°C.

Atmosfery gazowe

W tabeli 4. podane są zależności między klasami temperaturowymi określonymi przy klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem, temperaturami samozapłonu gazów i par oraz dopuszczonymi klasami temperaturowymi urządzeń elektrycznych.

Atmosfery pyłowe

Warstwy pyłów zalegających na nagrzanych powierzchniach charakteryzują dwie właściwości związane z ich grubością: obniżanie się temperatury zapłonu wraz ze wzrostem ich grubości i zwiększanie się właściwości izolacyjnych. Maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni urządzeń jest określana w zależności od przyjętego współczynnika bezpieczeństwa w czasie badań metodami określonymi w normach – w odniesieniu do pyłu zleżałego na nagrzanych powierzchniach w warstwach o grubości większej od 5 mm na urządzeniach w wykonaniu przeciwwybuchowym o typie zabezpieczenia przeciwwybuchowego „t” i wszystkich innych rodzajach zabezpieczeń przeciwwybuchowych według procedury A i grubości 12,5 mm przy typie zabezpieczenia „t” według procedury B oraz chmur pyłowych (atmosfer pyłowych).

Maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni urządzeń elektrycznych w obecności atmosfer wybuchowych pyłów z powietrzem (atmosfer pyłowych) [15]

Maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni urządzeń ze względu na możliwość wystąpienia atmosfery pyłowej nie powinna przekraczać dwóch trzecich minimalnej temperatury zapłonu mieszaniny pyłu z powietrzem:

                                                 T_max = 2/3T_cl 

gdzie:

T_cl – minimalna temperatura samozapłonu mieszaniny pyłu z powietrzem.

Maksymalne dopuszczalne temperatury powierzchni urządzeń elektrycznych w odniesieniu do warstwy pyłu zleżałego:

Obudowy rodzaju „tD”A i wszystkich innych urządzeń

a) Przy grubości warstwy pyłu do 5 mm

Maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni urządzeń elektrycznych mierzona metodami określonymi w normach nie powinna przekroczyć wartości o 75°C mniejszej od minimalnej temperatury zapłonu warstwy pyłu zleżałego grubości do 5 mm na nagrzanej powierzchni:

                                               T_max = T_{5 mm} − 75°C

gdzie:

T_{5 mm} – minimalna temperatura zapłonu 5 mm warstwy pyłu.

b) Przy grubości warstwy pyłu powyżej 5 mm do 50 mm

 Jeżeli istnieje możliwość, że warstwa pyłu przekroczy grubość 5 mm w przypadku urządzeń rodzaju A, to maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni powinna być obniżona. Orientacyjne przykłady obniżenia maksymalnej dopuszczalnej temperatury powierzchni urządzeń używanych w obecności pyłu o minimalnej temperaturze zapłonu przekraczającej 250°C w warstwie powyżej 5 mm przedstawione są w tabeli 5. Dokładne wartości temperatur wynikają z wykresu w normie [3].

c) Przy grubości warstwy pyłu powyżej 50 mm

Obudowa „tD” rodzaju B przy warstwie pyłu o grubości ponad 12,5 mm

Maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni urządzeń elektrycznych nie może przekroczyć wartości o 25°C niższej od minimalnej temperatury zapalenia 12,5 mm warstwy pyłu przy badaniu urządzeń metodami określonymi w normach:

                                                 T_max = T_{12,5 mm} − 25°C

gdzie:

T_{12,5 mm} – temperatura zapłonu warstwy pyłu o grubości 12,5 mm.

Jeżeli jest nieuniknione tworzenie się warstw pyłu na bokach i spodzie urządzeń lub gdy urządzenia są całkowicie zanurzone w pyle, to ze względu na efekt izolacyjny konieczne jest znaczne obniżenie temperatury powierzchni urządzeń, zgodnie z wymaganiami określonymi w normach, z pomiarem lub bez pomiaru temperatury.

W przypadku ryzyka gromadzenia się pyłu w warstwie grubszej od 50 mm na obudowach rodzaju A i wszystkich innych urządzeń lub powyżej 12,5 mm na obudowach rodzaju B, najwyższa dopuszczalna temperatura powierzchni powinna być oznaczona jako najwyższa dopuszczalna temperatura powierzchni TL w odniesieniu do przewidywanej grubości warstwy pyłu. Najwyższa dopuszczalna temperatura powierzchni T_L powinna być co najmniej o 75°C niższa od temperatury samozapłonu pyłu palnego w warstwie o grubości L.

Przy ustalaniu dopuszczalnych temperatur powierzchni stykających się z mieszaninami gazów palnych, par cieczy palnych i pyłów z powietrzem należy przyjmować ten materiał palny znajdujący się w danym pomieszczeniu, który ma najniższą temperaturę samozapłonu, a przy tlących się pyłach – najniższą temperaturę tlenia. Jako maksymalną dopuszczalną temperaturę powierzchni należy przyjmować najniższą z otrzymanych w przypadku obudowy rodzaju A, rodzaju B i warstwy pyłu grubszej od 50 mm [15].

Urządzenia ruchome i przenośne

Atmosfery gazowe

W przeciwieństwie do urządzeń instalowanych na stałe, urządzenia ruchome i przenośne w strefach zagrożonych wybuchem używane są okresowo. Do tych urządzeń przykładowo należą: generatory awaryjne, elektryczne zgrzewarki łukowe, podnośniki przemysłowe, sprężarki powietrza, elektronarzędzia, lampy przenośne, urządzenia pomiarowe. Urządzenia te, wnoszone lub transportowane do stref zagrożonych wybuchem mieszanin gazowych, powinny mieć odpowiedni do strefy zagrożenia wybuchem poziom zabezpieczenia urządzeń (EPL). Gdy konieczne jest użycie urządzeń ruchomych lub przenośnych w przestrzeniach, w których normalnie wymagany poziom zabezpieczenia urządzeń nie jest możliwy do uzyskania, powinien być opracowany program przewidujący zastosowanie odpowiednich do istniejącego ryzyka środków bezpieczeństwa.

Jeżeli w przestrzeni zagrożonej wybuchem atmosfer gazowych są gniazda wtyczkowe i wtyczki, to powinny one mieć odpowiedni do tej przestrzeni poziom zabezpieczenia urządzeń (EPL). Alternatywnie mogą one być włączone pod napięcie – pod warunkiem zachowania procedur bezpieczeństwa. Należą do nich:

• określenie daty i godziny rozpoczęcia pracy,
• określenie miejsca wykonywania pracy,
• określenie rodzaju wykonywanej pracy i zastosowanych narzędzi (np. wiertarki czy zespołu prądotwórczego),
• określenie środków zabezpieczających przed pojawieniem się atmosfery wybuchowej i kontrolujących ewentualne źródła emisji gazów lub par,
• plan ewentualnej ewakuacji pracowników,
• określenie daty i godziny zakończenia pracy.

Atmosfery pyłowe

W przestrzeniach zagrożonych wybuchem mieszanin pyłowych przemysłowe urządzenia przenośne i ruchome w wykonaniu normalnym mogą być używane pod warunkiem ustalenia, że w czasie ich używania nie powstaną atmosfery wybuchowe pyłów z powietrzem.

Jeżeli w pomieszczeniu są zainstalowane gniazda wtyczkowe, to powinny być przystosowane do określonej strefy (powinny mieć odpowiedni poziom zabezpieczenia urządzeń EPL) oraz powinny mieć blokady elektryczne lub mechaniczne, zapobiegające powstawaniu źródeł zapłonu w czasie włączania i wyjmowania wtyczki. Alternatywnie mogą one być włączane pod napięcie w sytuacji braku niebezpieczeństwa powstania atmosfer pyłowych. Gniazda powinny być tak montowane, aby pył nie mógł do nich przenikać przy włączonej i wyłączonej wtyczce.

Gniazda powinny być montowane otworem do dołu, pod kątem do 60 stopni w stosunku do płaszczyzny pionowej i w takiej lokalizacji, aby przewidywany przewód elastyczny, zasilający urządzenia ruchome i przenośne, był jak najkrótszy.

Silniki elektryczne

Silniki elektryczne dobiera się według normy PN-EN 60034-1 [16], zgodnie z przewidywanymi cyklami pracy (od S1 do S10). Uwzględnia się następujące czynniki:

• cechy wykonania przeciwwybuchowego,
• cykle pracy,
• napięcie i częstotliwość znamionowe,
• temperaturę pracy,
• moc,
• klasę izolacji,
• możliwość podwyższenia temperatury silników zasilanych z przetwornic częstotliwości,
• czas T_E.

Oprawy oświetleniowe

Przy doborze opraw oświetleniowych bierze się pod uwagę:

• wymagany poziom zabezpieczenia urządzeń (EPL),
• grupy i podgrupy opraw,
• klasę temperaturową,
• możliwość zmiany klasy temperaturowej oprawy przy wymianie źródeł światła,
• zakaz  wnoszenia i instalowania w strefach potencjalnie zagrożonych wybuchem lamp sodowych niskoprężnych [3].

Ochrona przeciwporażeniowa

Dobór ochrony przeciwporażeniowej należy przeprowadzić zgodnie z wymaganiami normy [17].

Literatura

1. Rozporządzenie ministra rozwoju z dnia 9 czerwca 2016 r. w sprawie wymagań dla urządzeń systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie  wybuchowej, Dz.U. z 2016 r., poz. 817.
2. PN-EN 60079-26 Atmosfery wybuchowe. Część 26: Urządzenia o poziomie  zabezpieczenia urządzenia (EPL) Ga.
3. PN-EN 60079-14 Atmosfery wybuchowe. Część 14: Projektowanie, dobór i montaż instalacji elektrycznych.
4. PN-EN 60079-0 Atmosfery wybuchowe. Część 0: Sprzęt – podstawowe wymagania.
5. PN-EN 60079-10-1 Atmosfery wybuchowe. Część 10-1: Klasyfikacja przestrzeni. Gazowe atmosfery wybuchowe. 
6. PN-EN 60079-10-2 Atmosfery wybuchowe. Część 10-2: Klasyfikacja przestrzeni. Atmosfery zawierające pył palny.
7. PN-EN 60079-10-1 Atmosfery wybuchowe. Część 10-1: Klasyfikacja przestrzeni. Gazowe atmosfery wybuchowe. 
8. PN-EN 60079-11 Atmosfery wybuchowe. Część 11: Zabezpieczenia urządzeń za pomocą iskrobezpieczeństwa „i”.
9. PN-EN 60079-18 Atmosfery wybuchowe. Część 18: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą hermetyzacji „m”.
10. PN-EN 60079- 28 Atmosfery wybuchowe. Część 28: Ochrona sprzętu i systemów transmisji wykorzystujących promieniowanie optyczne.
11. PN-EN 60079-2 Atmosfery wybuchowe. Część 2: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą osłon gazowych z nadciśnieniem „p”.
12. PN-EN 60079-15 Atmosfery wybuchowe. Część 15: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą budowy typu „n”.
13. PN-EN 60079-17 Atmosfery wybuchowe. Część 17: Kontrola i konserwacja instalacji elektrycznych. 
14. PN-EN 60079-19 Atmosfery wybuchowe. Część 19: Naprawa, remont i regeneracja urządzeń.
15. PN-EN 60079-31 Atmosfery wybuchowe. Część 31: Zabezpieczenie urządzeń przed zapłonem pyłu za pomocą obudowy „t”.
16. PN-EN 60034-1 Maszyny elektryczne wirujące. Część 1: Dane znamionowe i parametry.
17. PN-HD 60364-4-41 Instalacje elektryczne niskiego napięcia Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.