Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

1. Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem Opracował dr inż. K. Miśkiewicz Gliwice marzec 2009

2. Wprowadzenie urządzenia (elektrycznego) do obrotu • Spełnienie wymagań dyrektyw: • ATEX (przeciwwybuchowa - 94/9/WE) • EMC (kompatybilność elektromagnetyczna - 2004/108/WE) • LVD (niskonapięciowa - 2006/95/WE) • Maszynowa 2006/42/WE • ROHS (nieb. substancje w urządzeniach elektronicznych np. ołów w lutach– 2002/95/WE) • Telekomunikacyjna (1999/5/WE) • Oznakowanie CE (oraz ew. inne) • Deklaracja zgodności (producent lub importer)

3. Spełnienie wymagań dyrektyw • Spełnienie wymagań norm zharmonizowanych • Inny dowód – laboratorium notyfikowane

4. Przykład oznakowania CE

5. Przykład oznakowania CE

6. Przykład deklaracji zgodności ! Oznacza, że zastosowane częstotliwości są przedmiotem licencji – pozwolenia radiowe

7. Eksploatacja urządzeń elektrycznych w podziemnych zakładach górniczych • Na podstawie deklaracji zgodności z odpowiednimi dyrektywami (ATEX, EMC, LV) • Na podstawie dopuszczenia (rozporządzenie R. M. z dnia 30.04.2004 w sprawie dopuszczania wyrobów do stosowania w zakładach górniczych. Dz. U. Nr 99, poz. 1003 z późniejszymi zmianami)

8. Niektóre wyroby których stosowanie wymaga wydania dopuszczenia: • Urządzenia sygnalizacji i łączności szybowej • Maszyny i urządzenia elektryczne oraz aparatura łączeniowa na napięcie powyżej 1kV AC lub 1,5kV DC • Systemy łączności, bezpieczeństwa i alarmowania oraz zintegrowane systemy sterowania kompleksów wydobywczych i przodkowych

9. Klasyfikacja gazów po względem wybuchowości • Grupa I (górnictwo tylko metan) • Grupa II (poza górnictwem): • IIA, IIB, IIC • Klasy temperaturowe T1, T2, T3, T4, T5, T6 • Klasyfikacja gazów grupy II na podstawie pomiarów MESG (ognioszczelność) i MIC (iskrobezpieczeństwo)

10. Przykłady gazów grupy II

11. Stopnie niebezpieczeństwa wybuchu (kopalnie) • a – nagromadzenie metanu powyżej 0,5% wykluczone (wyrobisko niezagrożone wybuchem metanu) • b – w normalnych warunkach przewietrzania nagromadzenie metanu nie może przekraczać 1% • c – w normalnych warunkach nagromadzenie metanu może przekraczać 1% • Klasyfikację przeprowadza KRZG

12. Klasy zagrożeń wybuchem pyłu węglowego • do klasy A zagrożenia wybuchem pyłu węglowego zalicza się wyrobiska lub ich części, w których występuje pył węglowy zabezpieczony w sposób naturalny lub nie ma odcinków z pyłem kopalnianym niezabezpieczonym w sposób naturalny dłuższych niż 30 m przy czym odległość między tymi odcinkami nie może być mniejsza niż 100 m • do klasy B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego zalicza się te wyrobiska lub ich części, które nie spełniają wymagań dla wyrobisk klasy A.

13. Strefy zagrożenia wybuchem – gaz poza górnictwem • Strefa 0 –atmosfera wybuchowa występuje stale lub przez długie okresy lub często (wewnątrz pojemników, rurociągów, zbiorników, ) • Strefa 1 –atmosfera wybuchowa, może czasami wystąpić w trakcie normalnego działania (bezpośrednie otoczenie: strefy 0) • Strefa 2 –atmosfera wybuchowa nie występuje w trakcie normalnego działania, a w przypadku wystąpienia trwa krótko

14. Strefy zagrożenia wybuchem – pył poza górnictwem • Strefa 20 –obłok palnego pyłu występuje stale lub przez długie okresy lub często (wewnątrz pojemników, rurociągów, zbiorników, ) • Strefa 21 –obłok palnego pyłu może czasami wystąpić w trakcie normalnego działania (bezpośrednie otoczenie: strefy 0) • Strefa 22 –obłok palnego pyłu nie występuje w trakcie normalnego działania, a w przypadku wystąpienia trwa krótko

15. Budowa przeciwwybuchowa • Osłona ognioszczelna „d” • Osłona gazowa z nadciśnieniem „p” • Osłona piaskowa „q” • Osłona olejowa „o” • Budowa wzmocniona „e” • Urządzenia i obwody iskrobezpieczne „i” • Budowa przeciwwybuchowa n • Hermetyzacja „m” • Urządzenia z promieniowaniem optycznym „op is” „op pr” „op sh”

16. Osłona ognioszczelna Ex d(PN-EN 60079-1) Maksymalny prześwit i [mm] dla grupy I

17. Osłona ognioszczelna(złącze cylindryczne maszyny elektrycznej wirującej)

18. Osłona ognioszczelna (Ex d) • Cechy charakterystyczne: • szczeliny złącz o zdefiniowanej geometrii • wytrzymałość słony na wybuch • wpusty kablowe zapewniające szczelność • w górnictwie jeżeli stężenie metanu przekroczy wartość dopuszczalną urządzenie należy wyłączyć (nie może pracować przy dowolnym stężeniu metanu) • mogą być puste osłony ognioszczelne

19. Osłona ognioszczelna(przykład - wyłącznik stycznikowy OW)

20. Kryterium wybuchowości gazów • MESG – Maximum Experimental Safe Gap maksymalny doświadczalny bezpieczny prześwit, osłona ognioszczelna, objętość 20 cm3, szerokość szczeliny 25mm • Dla metanu MESG=1,14 mm • Podgrupa IIA – MESG>0.9mm • Podgrupa IIB – 0,5mm<MESG<0.9mm • Podgrupa IIC – MESG<0.5mm

21. Budowa wzmocniona (Ex e) (PN-EN 60079-7) • W normalnym stanie brak iskier • Zwiększone odstępy izolacyjne • Stopień ochrony IP54 (IP44) • Dwie warstwy izolacji • Konstrukcja zacisków

22. Osłona gazowa z nadciśnieniem Ex px, Ex py, Ex pz PN-EN 60079-2 • Obudowa we wnętrzu której utrzymywany jest gaz ochronny o ciśnieniu wyższym niż w atmosferze zewnętrznej • Gaz ochronny – powietrze lub gaz obojętny CO2, N2, Ar • Kontrola nadciśnienia • Rodzaje utrzymywania ndciśnienia: • px – grupa I (metan) oraz strefa 1 do niezagrożonej • py – strefa 1 do 2 • pz – strefa 2 do niezagrożonej

24. Osłona piaskowa (Ex q)PN-EN 60079-5 • Elementy zdolne do zapalenia mieszaniny wybuchowej są zamocowane i całkowicie otoczone wypełniaczem • Wypełniacz – piasek kwarcowy lub kulki szklane

25. Osłona olejowa (Ex o)PN-EN 60079-6 • Zanurzenie urządzenia elektrycznego w cieczy ochronnej tak że atmosfera wybuchowa powyżej cieczy lub na zewnątrz nie może zostać zapalona • Ciecz ochronna – olej mineralny

26. Hermetyzowanie (Ex ma lub Ex mb)(PN-EN 60079-18 • Części zdolne do zapalenia atmosfery wybuchowej są otaczane zalewą • ma – nie spowoduje zapłonu • W warunkach normalnych • W wyszczególnionych warunkach nienormalnych • W określonych warunkach uszkodzeń • mb – nie spowoduje zapłonu • W warunkach normalnych • W określonych warunkach uszkodzeń

27. Iskrobezpieczeństwo (PN-EN 60079-11, PN-EN 60079-25 Ex ia, Ex ib, Ex ic) • Ograniczenie energii w urządzeniu i w okablowaniu poniżej poziomu który powoduje zapłon od iskry lub efekt cieplny – obwód iskrobezpieczny • Urządzenie iskrobezpieczne – tylko obwody iskrobezpieczne • Urządzenie towarzyszące – obwody iskrobezpieczne i nieiskrobezpieczne

28. Poziomy zabezpieczenia • ia – brak zapłonu • w stanie normalnym (uszkodzenia niezliczalne) kb=1,5 • 1 uszkodzenie zliczalne kb=1,5 • 2 uszkodzenia zliczalne kb=1,0 • ib – brak zapłonu • w stanie normalnym (uszkodzenia niezliczalne) kb=1,5 • 1 uszkodzenie zliczalne kb=1,5 • ic – brak zapłonu • w stanie normalnym (uszkodzenia niezliczalne) - kb=1,0 • Kb - Współczynniki bezpieczeństwa 1 lub 1,5

29. Iskiernik Mieszanina wybuchowa (grupa I): 8,3% metanu z powietrzem - normalna 85% wodoru 15% tlenu – zastępcza Badanie – 400 lub 1000 obrotów tarczy Kryterium – brak zapłonu

30. Prosty obwód indukcyjny Przykład U=12V, R=18W, Lmax=? I=1.5*U/R=1A Dla I=1A i U=1.5*12=18V L=1mH

31. Klasyfikacja gazów ze względu na MIC (minimum igniting current) - minimalny prąd zapalający

32. Przykład systemu iskrobezpiecznego Kryteria iskrobezpieczeństwa systemu

33. Przykład systemu iskrobezpiecznego

34. Przykład systemu iskrobezpiecznego

35. System optyczny jako źródło zapłonu mieszaniny wybuchowej • Mechanizm: • Światło pada na absorber i podgrzewa go • Nagrzany absorber powoduje zapłon mieszaniny wybuchowej

36. Sposoby wykonania przeciwwybuchowego systemów optycznych • op is (inherently safe) – wewnętrznie bezpieczny – ograniczenie mocy optycznej (150mW dla metanu) • op pr (protected) – strumień światła nie może wydostać się z kabla światłowodowego (pancerz, rura) • op sh – system optyczny z blokadą – detekcja uszkodzenia włóka, wyłączenie nadajnika optycznego

37. Klasyfikacja grup i kategorii urządzeń • Grupa I (górnictwo – metan, pył węglowy) • Kategoria M1 – bardzo wysoki poziom zabezpieczenia (2 środki zabezpieczenia, bezpieczne w przypadku 2 uszkodzeń) – tylko Ex ia) – może pracować przy dowolnym stężeniu CH4 • Kategoria M2 – wysoki poziom zabezpieczenia – należy wyłączyć w przypadku stężenia metanu powyżej wartości dopuszczalnej • Grupa II (poza górnictwem) • Kategoria 1 – bardzo wysoki poziom zabezpieczenia • Kategoria 2 – wysoki poziom zabezpieczenia • Kategoria 3 – normalny poziom zabezpieczenia

38. 0 brak ochrony 1 ochrona przed ciałami o wielkości ponad 50 mm (dłoń) 2 ochrona przed ciałami o wielkości ponad 12,5 mm (palec) 3 ochrona przed ciałami o wielkości ponad 2,5 mm (drutem lub wkrętak) 4 ochrona przed ciałami o wielkości ponad 1 mm (cienkie narzędzie, cienki przewód) 5 ochrona przed wnikaniem pyłu w ilościach nie zakłócających pracy urządzenia 6 całkowita ochrona przed wnikaniem pyłu 0 brak ochrony 1 ochrona przed kroplami wody spadającymi pionowo (z kondensacji) 1 ochrona przed kroplami wody spadającymi pionowo (z kondensacji) 2 ochrona przed kroplami wody padającymi na obudowę pod kątem 15° od pionu 3 ochrona przed kroplami padającymi pod kątem 60° od pionu 4 ochrona przed kroplami padającymi pod dowolnym kątem, ze wszystkich stron (deszcz) 5 ochrona przed strumieniem wody z dowolnego kierunku 6 ochrona przed silnymi strumieniami wody lub zalewaniem falą z dowolnego kierunku 7 ochrona przed zalaniem przy zanurzeniu chwilowym 8 ochrona przed zalaniem przy ciągłym zanurzeniem Stopnie ochrony przed dotykiem IP (PN EN 60529)1 cyfra – ciało stałe (pył) 2 cyfra - woda IP54 IP67

39. Wprowadzanie do użytku urządzeń przeciwwybuchowych

40. Ceryfikat WE (fragment)

41. Przykład dopuszczenia

42. Przykład deklaracji zgodności

43. Przykład certyfikatu systemu zapewnienia jakości

44. Przykład znakowania (dla górnictwa)

45. Przykład znakowania (poza górnictwem)

46. Zakres stosowania urządzeń budowy przeciwwybuchowej (górnictwo) • kopalnie niemetanowe, oraz pomieszczenia „a” i „A” - urządzenia budowy zwykłej (nie przeciwwybuchowe) • pomieszczenia „b” i „c” oraz „B” urządzenia budowy przeciwwybuchowej: • kategorii M1 - mogą pracować przy dowolnym stężeniu metanu (Ex ia) • kategorii M2 - jeżeli stężenie metanu większe od dopuszczalnego urządzenie musi być automatycznie wyłączone (metanometria automatyczna)

47. Zakres stosowania urządzeń budowy przeciwwybuchowej (poza górnictwem) • Strefa 0 (gaz) lub 20 (pył) – urządzenia grupy II kategorii 1 • Strefa 1 (gaz) lub 21 (pył) – urządzenia grupy II kategorii 2 • Strefa 2 (gaz) lub 22 (pył) – urządzenia grupy II kategorii 3