Электрооборудование в опасных зонах

В электротехнике и технике безопасности опасные места (HazLoc, произносится как haz·lōk ) — это места, где может существовать опасность пожара или взрыва . Источниками таких опасностей являются газы , пары , пыль , волокна и летучие частицы, которые являются горючими или легковоспламеняющимися . Электрооборудование, установленное в таких местах, может стать источником возгорания из-за электрической дуги или высоких температур. Существуют стандарты и правила для определения таких мест, классификации опасностей и проектирования оборудования для безопасного использования в таких местах.

Выключатель света может вызвать небольшую, безвредную искру при включении или выключении. В обычном домашнем хозяйстве это не имеет значения, но если присутствует огнеопасная атмосфера, дуга может вызвать взрыв. Во многих промышленных, коммерческих и научных условиях наличие такой атмосферы является обычным или, по крайней мере, обычно возможным явлением. Защита от пожара и взрыва представляет интерес как для безопасности персонала , так и для надежности .

Существует несколько стратегий защиты. Самая простая из них — минимизировать количество электрооборудования, установленного в опасном месте, либо полностью убрав оборудование из зоны, либо сделав зону менее опасной (например, путем изменения процесса или вентиляции чистым воздухом).

Если оборудование необходимо разместить в опасном месте, его можно спроектировать так, чтобы снизить риск возгорания или взрыва. Искробезопасность проектирует оборудование для работы с использованием минимальной энергии, недостаточной для возгорания. Взрывозащищенность проектирует оборудование, чтобы сдерживать опасность возгорания, предотвращать проникновение опасных веществ и сдерживать любой пожар или взрыв, которые могут возникнуть.

Разные страны по-разному подошли к стандартизации и тестированию оборудования для опасных зон. Терминология как для опасностей, так и для защитных мер может различаться. Требования к документации также различаются. Поскольку мировая торговля становится все более глобализированной, международные стандарты постепенно сближаются , так что более широкий спектр приемлемых методов может быть одобрен национальными регулирующими органами.

Процесс определения типа и размера опасных мест называется классификацией . Классификация мест, тестирование и составление перечня оборудования, а также проверка установки, как правило, контролируются государственными органами. Например, в США Управлением по охране труда и промышленной безопасности .

В США независимая Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) публикует несколько соответствующих стандартов, и они часто принимаются государственными органами. Руководство по оценке опасностей дано в NFPA  497 (взрывоопасный газ) и NFPA  499 (пыль). Американский институт нефти публикует аналогичные стандарты в RP  500 и  RP505.

NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс (NEC), определяет принципы классификации зон и установки. ^[1] Статья 500 NEC описывает систему классификации подразделений NEC, а статьи 505 и 506 описывают систему классификации зон NEC. Система зон NEC была создана для согласования с системой классификации IEC и, следовательно, для упрощения управления.

В Канаде есть похожая система со стандартом CSA Group C22.1, Канадский электрический кодекс , который определяет классификацию зон и принципы установки. Две возможные классификации описаны в Разделе 18 (Зоны) и Приложении J (Подразделения).

Международная электротехническая комиссия публикует серию стандартов 60079 ^[2] , которая определяет систему классификации мест, а также категоризацию и тестирование оборудования, предназначенного для использования в опасных местах, известного как «Ex-оборудование». IEC 60079-10-1 охватывает классификацию взрывоопасных газовых сред, а IEC 60079-10-2 — взрывоопасную пыль. Оборудование помещается в категории уровней защиты в соответствии с методом производства и пригодностью для различных ситуаций. В отличие от ATEX, который использует числа для определения «категории» безопасности оборудования (а именно 1, 2 и 3), IEC продолжила использовать метод, используемый для определения безопасных уровней искробезопасности, а именно «a» для зоны 0, «b» для зоны 1 и «c» для зоны 2, и применяет этот уровень защиты оборудования ко всему оборудованию для использования в опасных зонах с 2009 года. <IEC 60079.14>

Набор стандартов IEC 60079 был адаптирован для использования в Австралии и Новой Зеландии и опубликован как набор стандартов AS/NZS 60079.

На промышленном предприятии, таком как нефтеперерабатывающий завод или химический завод , обращение с большими объемами легковоспламеняющихся жидкостей и газов создает риск воздействия. Угольные шахты, зерновые мельницы , элеваторы и аналогичные объекты также представляют риск образования облаков пыли. В некоторых случаях опасная атмосфера присутствует все время или в течение длительных периодов. В других случаях атмосфера обычно неопасна, но опасную концентрацию можно разумно предвидеть, например, ошибку оператора или отказ оборудования. Таким образом, места классифицируются по типу и риску выброса газа, пара или пыли. Различные правила используют такие термины, как класс , раздел , зона и группа , чтобы различать различные опасности.

Часто предоставляется вид плана классификации зон для определения рейтингов оборудования и методов установки, которые будут использоваться для каждой классифицированной зоны. План может содержать список химикатов с их группой и температурным рейтингом. Процесс классификации требует участия специалистов по эксплуатации , техническому обслуживанию , безопасности, электрике и приборам ; а также использования схем процессов, потоков материалов , паспортов безопасности и других соответствующих документов. Документация по классификации зон пересматривается и обновляется для отражения изменений процесса.

Опасность представляют, как правило, углеводородные соединения, однако водород и аммиак также являются распространенными промышленными газами, которые являются легковоспламеняющимися.

Класс I, Подразделение 1 классифицированные местоположения

Зона, в которой воспламеняющиеся концентрации горючих газов, паров или жидкостей могут существовать все время или некоторое время при нормальных условиях эксплуатации. Зона Класса I, Раздела 1 охватывает комбинацию зон Зоны 0 и Зоны 1.

Зона 0 классифицированные локации

Зона, в которой воспламеняющиеся концентрации горючих газов, паров или жидкостей присутствуют постоянно или в течение длительных периодов времени при нормальных условиях эксплуатации. Примером этого может служить паровое пространство над жидкостью в верхней части резервуара или бочки. Метод классификации ANSI/NEC рассматривает эту среду как зону Класса I, Раздела 1. В качестве ориентира для Зоны 0 это можно определить как более 1000 часов в год или более 10% времени. ^[3]

Зона 1, секретное местоположение

Зона, где воспламеняющиеся концентрации горючих газов, паров или жидкостей, вероятно, будут существовать при нормальных условиях эксплуатации. В качестве ориентира для Зоны 1 это можно определить как 10–1000 часов в год или 0,1–10% времени. ^[3]

Места, классифицированные как Класс I, Раздел 2 или Зона 2

Зона, где воспламеняющиеся концентрации горючих газов, паров или жидкостей вряд ли будут существовать при нормальных условиях эксплуатации. В этой зоне газ, пар или жидкости будут присутствовать только в ненормальных условиях (чаще всего утечки в ненормальных условиях). В качестве общего руководства для Зоны 2 нежелательные вещества должны присутствовать только менее 10 часов в год или 0–0,1% времени. ^[3]

Несекретные местоположения

Также известные как неопасные или обычные места, эти места определяются как не относящиеся ни к Классу I, Разделу 1 или Разделу 2; Зоне 0, Зоне 1 или Зоне 2; или любой их комбинации. Такие зоны включают жилые дома или офисы, где единственным риском выброса взрывоопасного или легковоспламеняющегося газа будут такие вещи, как пропеллент в аэрозольном спрее . Единственными взрывоопасными или легковоспламеняющимися жидкостями являются краска и очиститель для кистей. Они обозначены как очень низкорисковые с точки зрения возникновения взрыва и более пожароопасны (хотя взрывы газа в жилых зданиях случаются). Неклассифицированные места на химических и других заводах присутствуют, где абсолютно точно, что опасный газ разбавлен до концентрации ниже 25% от его нижнего предела воспламеняемости (или нижнего предела взрываемости (НПВ)).

Пыль или другие мелкие частицы, взвешенные в воздухе, могут взорваться .

Старый британский стандарт использовал буквы для обозначения зон. Это было заменено европейской числовой системой, как установлено в директиве 1999/92/EU, внедренной в Великобритании как Правила по опасным веществам и взрывчатым средам 2002 года. ^[3]

Различные взрывоопасные среды имеют химические свойства, которые влияют на вероятность и серьезность взрыва. К таким свойствам относятся температура пламени , минимальная энергия воспламенения, верхний и нижний пределы взрываемости и молекулярный вес . Эмпирические испытания проводятся для определения таких параметров, как максимальный экспериментальный безопасный зазор (MESG), минимальное отношение тока воспламенения (MIC), давление взрыва и время до пикового давления, температура самовоспламенения и максимальная скорость нарастания давления. Каждое вещество имеет различную комбинацию свойств, но обнаружено, что их можно ранжировать по схожим диапазонам, что упрощает выбор оборудования для опасных зон. ^[4]

Воспламеняемость горючих жидкостей определяется их температурой вспышки. Температура вспышки — это температура, при которой материал будет выделять достаточное количество паров для образования воспламеняющейся смеси. Температура вспышки определяет, нужно ли классифицировать область. Материал может иметь относительно низкую температуру самовоспламенения, но если его температура вспышки выше температуры окружающей среды, то область может не нуждаться в классификации. И наоборот, если тот же материал нагревается и обрабатывается при температуре выше его температуры вспышки, область должна быть классифицирована для правильного проектирования электрической системы, так как тогда она образует воспламеняющуюся смесь. ^[5]

Каждый химический газ или пар, используемый в промышленности, классифицируется по газовой группе.

Группа IIC является наиболее опасной группой газовых зон. Опасности в этой группе газов действительно могут очень легко воспламениться. Оборудование, маркированное как подходящее для группы IIC, также подходит для IIB и IIA. Оборудование, маркированное как подходящее для IIB, также подходит для IIA, но НЕ для IIC. Если оборудование маркировано, например, Ex e II T4, то оно подходит для всех подгрупп IIA, IIB и IIC

Необходимо составить список всех взрывоопасных материалов, которые находятся на нефтеперерабатывающем заводе или химическом комплексе, и включить его в план классифицированных зон. Вышеуказанные группы сформированы в порядке того, насколько взрывоопасным будет материал, если его воспламенить, причем IIC является наиболее взрывоопасной группой газовой системы зоны, а IIA — наименее взрывоопасной. Группы также указывают, сколько энергии требуется для воспламенения материала за счет энергии или термического воздействия, причем IIA требует наибольшей энергии, а IIC — наименьшей для групп газовой системы зоны.

Оборудование должно быть испытано, чтобы гарантировать, что оно не превышает 80% ^{[ по мнению кого? ]} температуры самовоспламенения опасной атмосферы. Учитываются как внешние, так и внутренние температуры. Температура самовоспламенения — это самая низкая температура, при которой вещество воспламенится без дополнительного тепла или источника воспламенения (при атмосферном давлении). Эта температура используется для классификации для промышленных и технологических применений. ^[6]

Температурная классификация на этикетке электрооборудования будет одной из следующих (в градусах Цельсия ):

Приведенная выше таблица показывает, что температура поверхности электрооборудования с температурной классификацией T3 не поднимется выше 200 °C. Поверхность паропровода высокого давления может быть выше температуры самовоспламенения некоторых топливно-воздушных смесей.

Оборудование может быть спроектировано или модифицировано для безопасной эксплуатации в опасных местах. Два общих подхода:

Внутренняя безопасность

Искробезопасность , также называемая невоспламеняемостью, ограничивает энергию, присутствующую в системе, так что ее недостаточно для воспламенения опасной атмосферы при любых условиях. Сюда входят как низкие уровни мощности, так и низкая запасенная энергия. Общее с приборами.

Взрывозащищенный

Взрывозащищенное или огнестойкое оборудование герметично и прочно, так что оно не воспламенит опасную атмосферу, несмотря на любые искры или взрывы внутри. ^{[7] [8]}

Существует несколько методов огнезащиты, и часто они используются в сочетании:

• Корпус оборудования может быть герметизирован для предотвращения попадания внутрь горючего газа или пыли.
• Корпус может быть достаточно прочным, чтобы удерживать и охлаждать любые вырабатываемые внутри газообразные продукты сгорания.
• Корпуса могут быть заполнены чистым воздухом или инертным газом, вытесняя любые опасные вещества.
• Элементы, генерирующие дугу, могут быть изолированы от атмосферы путем инкапсуляции в смолу , погружения в масло или аналогичным способом.
• Тепловыделяющие элементы могут быть спроектированы таким образом, чтобы их максимальная температура не превышала температуру самовозгорания соответствующего материала.
• Средства управления могут быть установлены для обнаружения опасных концентраций опасного газа или отказа контрмер. При обнаружении автоматически предпринимаются соответствующие действия, такие как отключение питания или предоставление уведомления.

Типы защиты подразделяются на несколько подклассов, связанных с EPL: ma и mb, px, py и pz, ia, ib и ic. Подклассы a имеют самые строгие требования безопасности, учитывающие одновременно более одного независимого отказа компонента.

Многие элементы оборудования с рейтингом EEx будут использовать более одного метода защиты в различных компонентах аппарата. Затем они будут маркироваться каждым из отдельных методов. Например, розетка с маркировкой EEx'de' может иметь корпус, выполненный в соответствии с EEx 'e', ​​и выключатели, выполненные в соответствии с EEx 'd'.

В последние годы EPL также указывается для нескольких видов защиты. Требуемый уровень защиты связан с предполагаемым использованием в зонах, описанных ниже:

Категория оборудования указывает на уровень защиты, обеспечиваемый оборудованием.

• Оборудование категории 1 может использоваться в зонах 0, 1 или 2.
• Оборудование категории 2 может использоваться в зонах 1 или 2.
• Оборудование категории 3 можно использовать только в зонах 2.

В США Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определяет стандарты для типов корпусов для различных применений. ^{[10] [11]} Некоторые из них предназначены специально для опасных зон:

Все оборудование, сертифицированное для использования во взрывоопасных зонах, должно иметь маркировку, указывающую тип и уровень применяемой защиты.

В Европе этикетка должна содержать маркировку CE и кодовый номер сертифицирующего/уполномоченного органа . Маркировка CE дополняется маркировкой Ex: желтый шестиугольник с греческими буквами εχ (эпсилон хи), за которым следует Группа, Категория и, если Группа II, G или D (газ или пыль). Также будут маркированы конкретные типы используемой защиты.

Промышленное электрооборудование для опасных зон должно соответствовать соответствующим частям стандарта: IEC-60079 для газовой опасности и IEC-61241 для пылевой опасности. В некоторых случаях оно должно быть сертифицировано как соответствующее этому стандарту. Независимые испытательные центры — уполномоченные органы — созданы в большинстве европейских стран, и сертификат от любого из них будет принят на всей территории ЕС. В Соединенном Королевстве наиболее известными такими органами являются Sira и Baseefa.

В Австралии и Новой Зеландии используются те же стандарты IEC-60079 (принятые как AS/NZS  60079), однако маркировка CE не требуется.

В Северной Америке пригодность оборудования для конкретной опасной зоны должна быть проверена признанной на национальном уровне испытательной лабораторией , такой как UL , FM Global , CSA Group или Intertek (ETL).

На этикетке всегда будет указан класс, подразделение и может быть указана группа и температурный код. Непосредственно рядом на этикетке будет указан знак листингового агентства.

Некоторые производители заявляют в своей технической литературе о «пригодности» или «соответствии» опасным зонам, но на самом деле не имеют сертификата испытательного органа и, таким образом, не могут разрешить эксплуатацию электроустановки/системы AHJ ( органом, имеющим юрисдикцию ).

Все оборудование в зонах Division 1 должно иметь этикетку с одобрением, но некоторые материалы, такие как жесткий металлический кабелепровод, не имеют специальной этикетки, указывающей на пригодность Cl./Div.1, и их включение в список одобренных методов установки в NEC служит разрешением. Некоторое оборудование в зонах Division 2 не требует специальной этикетки, например стандартные трехфазные индукционные двигатели, которые не содержат обычно дугообразующих компонентов.

В маркировку также включены название производителя или торговая марка и адрес, тип аппарата, название и серийный номер, год изготовления и любые особые условия использования. Рейтинг корпуса NEMA или код IP также могут быть указаны, но они обычно не зависят от пригодности Классифицированной зоны.

С появлением электроэнергии электричество стало применяться в угольных шахтах для сигнализации , освещения и двигателей . Это сопровождалось электрически инициированными взрывами горючего газа, такого как рудничный газ (метан) и взвешенная угольная пыль.

По крайней мере два взрыва британских мин были приписаны системе электрических колокольных сигналов. В этой системе два оголенных провода были проложены вдоль всей длины штрека, и любой шахтер, желающий подать сигнал на поверхность, на мгновение касался проводов друг друга или соединял провода металлическим инструментом. Индуктивность катушек сигнальных колоколов в сочетании с разрывом контактов открытыми металлическими поверхностями приводили к искрам, вызывающим взрыв. ^[12]

• Вспышка дуги
• Директива ATEX
• Стандарт компетентности CompEx
• Электрический кабелепровод
• Комплект заземления
• Внутренняя безопасность
• Кабель с минеральной изоляцией и медной оболочкой
• Уполномоченный орган
• Напорное забивание свай

• "Двигатели для опасных зон". Dietz Electric . Получено 2018-04-04 .

• Алан Макмиллан, Электроустановки в опасных зонах , Butterworth-Heineman 1998, ISBN 0-7506-3768-4 
• Питер Шрам Электроустановки в опасных зонах , Джонс и Бартлетт, 1997, ISBN 0-87765-423-9 
• EEMUA, Практическое руководство по потенциально взрывоопасным атмосферам , Ассоциация пользователей инженерного оборудования и материалов, 2017, ISBN 978-0-85931-222-6