Работа электрических аппаратов во взрывоопасных зонах

Взрывоопасная атмосфера может возникнуть при соединении горючей пыли, горючих газов или паров с воздухом. Также должен присутствовать активный источник воспламенения, способный зажечь эту атмосферу. Таким источником может быть электрический аппарат, а точнее его разогретые токоведущие части, магнитная система, возникший разряд (искровой или дуговой) при размыкании контактов. Электрооборудование рекомендуется выносить за пределы взрывоопасных зон.

В настоящее время на территории РФ и Таможенного Союза одновременно действуют несколько нормативных документов, содержащих определения взрывоопасных зон и регламентирующих процесс выбора вида взрывозащиты допускаемого для использования в каждой из взрывоопасных зон - ПУЭ, глава 7.3. и серия стандартов
ГОСТ Р и ГОСТ ТС, разработанных на базе стандартов МЭК 60079 и МЭК 61241. Определения, действующие в ПУЭ и ГОСТ, значительно отличаются.

Согласно устаревшему, но действующему российскому нормативному документу ПУЭ Главе 7.3 и федеральному закону от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», выделяют следующие классы взрывоопасных зон:

· зоны класса В-1 – расположены в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и с такими свойствами, что могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы;

· зоны класса В-1а – расположены в помещениях, в которых взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются при нормальной эксплуатации, а только в результате аварий или неисправностей;

· зоны класса В-1б – аналогичны В-1а, но отличаются от них тем, что при авариях горючие газы обладают высоким нижним пределом воспламенения (15% и выше), а также при опасных концентрациях резким запахом. В этот класс входят зоны лабораторных и других помещений, в которых горючие газы и ЛВЖ имеются в малых концентрациях, недостаточных для создания взрывоопасной смеси и где работа производится без применения открытого пламени. Зоны не относятся к взрывоопасным, если работы с опасными веществами производятся в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтиками;

· зоны класса В-1г – пространства у наружных установок: технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ, открытых нефтеловушек, надземных и подземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеров), эстакад для слива и налива ЛВЖ, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой и т. п.

· зоны класса В-2 – расположены в помещениях, где выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна в таком количестве и с такими свойствами, что могут создавать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы;

· зоны класса В-2а – такие, где опасные условия при нормальной работе не возникают, но могут возникнуть в результате аварий или неисправностей.

Современная унифицированная классификация взрывоопасных зон описана в соответствии с Техническим регламентом 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах». Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно со специалистами проектной или эксплуатирующей организации. Нормативные документы содержат определение геометрических размеров каждого класса зон.

Таблица 1.6 – Классификация взрывоопасных зон по газу

Зона 0	Зона 1	Зона 2
Зона, в которой взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени	Зона, в которой существует вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации	Зона, в которой маловероятно присутствие взрывоопасной газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации, а если она возникает, то редко, и существует очень непродолжительное время

 

Таблица 1.7 – Классификация взрывоопасных зон по пыли

Зона 20	Зона 21	Зона 22
Зона, в которой горючая пыль в виде облака присутствует постоянно или частично при нормальном режиме работы оборудования в количестве, способном произвести концентрацию, достаточную для взрыва горючей или воспламеняемой пыли в смесях с воздухом, и/или где могут формироваться слои пыли произвольной или чрезмерной толщины. Это может быть облака внутри области содержания пыли, где пыль может образовывать взрывчатые смеси часто или на длительный период времени.	Зона, не классифицируемая как зона класса 20, в которой горючая пыль в виде облака не может присутствовать при нормальном режиме работы оборудования в количестве, способном произвести концентрацию, достаточную для взрыва горючей пыли в смесях с воздухом. Эта зона может включать кроме прочих, области в непосредственной близости от накопления пыли или мест освобождения и области, где присутствуют облака пыли, в которых при нормальном режиме работы может создаться концентрация, достаточная для взрыва горючей пыли в смесях с воздухом.	Зона, не классифицируемая как зона 21, в которой облака горючей пыли могут возникать редко и сохраняются только на короткий период или в которых накопление слоев горючей пыли может иметь место при ненормальном режиме работы, что может привести к возникновению способных воспламеняться смесей пыли в воздухе. Если, исходя из аномальных условий, устранение накоплений или слоев пыли не может быть гарантированно, тогда зону классифицируют как зону класса 21. Эта зона может включать, кроме прочих, области вблизи оборудования, содержащего пыль, из которого пыль может улетучиваться через места утечки и образовывать отложения (например помещения, в которых пыль может улетучиваться со станка (фрезы) и затем оседать).

 

Пример маркировки ГОСТ Р для Категории смеси II по газу в соответствии со стандартом ГОСТ Р 51330: 1ExdIIAT3

1	Ex	d	IIA	T3
Знак уровня взрывозащиты	Знак соответствия стандартам	Знак вида взрывозащиты	Знак подгруппы (категория смеси)	Знак температурного класса (группа смеси)

На сегодняшний момент данный вид маркировки взрывозащищенного оборудования является основным и применяется на все взрывозащищенное оборудование, применяемое та территории РФ и стран Таможенного Союза.

Уровни взрывозащищенности электрооборудования имеют в Российской классификации обозначения 2, 1 и 0:

· Уровень 2 – электрооборудование повышенной надежности против взрыва: в нем взрывозащита обеспечивается только в нормальном режиме работы. Применяется в зонах 2 и 22;

· Уровень 1 – взрывобезопасное электрооборудование: взрывозащищенность обеспечивается как при нормальных режимах работы, так и при вероятных повреждениях, зависящих от условий эксплуатации, кроме повреждений средств, обеспечивающих взрывозащищенность. Применяется в зонах 1 и 21;

· Уровень 0 – особо взрывобезопасное оборудование, в котором применены специальные меры и средства защиты от взрыва. Применяется в зонах 0 и 20.

При классификации взрывоопасных зон по ПУЭ для выбора уровня взрывозащиты используют таблицу 1.8.

Таблица 1.8 – Допустимый уровень взрывозащиты или степень защиты оболочки электрических аппаратов и приборов

Класс взрывоопасной зоны	Уровень взрывозащиты или степень защиты
Стационарные установки
В-I	Уровень 1, уровень 0
В-Iа, В-Iг	Уровень 2 - для аппаратов и приборов, искрящих или подверженных нагреву выше 80ºС Без средств взрывозащиты - для аппаратов и приборов, не искрящих и не подверженных нагреву выше 80ºС. Оболочка со степенью защиты не менее IР54
В-Iб	Без средств взрывозащиты. Оболочка со степенью защиты не менее IР44
В-II	Уровень 1, уровень 0
В-IIа	Без средств взрывозащиты. Оболочка со степенью защиты не менее IР54
Установки передвижные или являющиеся частью передвижных и ручные переносные
В-I, В-Iа	Уровень 1, уровень 0
В-Iб, В-Iг	Уровень 2
В-II	Уровень 1, уровень 0
В-IIа	Без средств взрывозащиты. Оболочка со степенью защиты не менее IР54

Виды взрывозащиты:

· методы взрывозащиты, направленные на снижение вероятности возникновения электрической искры. По данному методу реализуются следующее виды защиты: взрывозащита вида «е» (повышенная безопасность); взрывозащита вида «n»; взрывозащита вида «s» (специальный)

· методы взрывозащиты, направленные на изоляцию электрических цепей от взрывоопасных смесей. Метод подразумевает заключение электрических цепей в специальные оболочки, заполненные газообразным, жидкостным или твердым диэлектриком так, чтобы взрывоопасная смесь не находилась в контакте с электрическими цепями. По данному методу реализуются следующие виды взрывозащиты: взрывозащита вида «m» - заливка специальным компаундом; взрывозащита вида «о» - масляное заполнение оболочки; взрывозащита вида «a» - заполнение оболочки кварцевым песком; взрывозащита вида «р» - заполнение или продувка оболочки взрывобезопасным газом под избыточным давлением.

· методы взрывозащиты, направленные на сдерживание взрыва. По данному методу реализована взрывозащита вида «d» (взрывозащитная оболочка).
Данный метод подразумевает, что электрические цепи помещены в специальную прочную оболочку с малым зазором. При этом не исключается контакт электрических цепей с взрывоопасной смесью и возможность ее воспламенения, но при этом гарантируется, что оболочка сдерживает возникшее в результате взрыва избыточное давление, т.е. вспышка не выходит за пределы ограничений взрывонепроницаемой оболочки.

· ограничение мощности искры. По данному методу реализована защита вида «i» (искробезопасная цепь). Данный метод подразумевает, что в случае возникновения искры ее мощности будет недостаточно для воспламенения взрывоопасной смеси. Однако данный метод не исключает контакта взрывоопасной смеси с электрическими цепями.

По области применения оборудование делится на следующие группы:

· I - оборудование, предназначенное для применения в подземных выработках шахт, рудников, опасных в отношении рудничного газа и (или) горючей пыли, а также в тех частях их наземных строений, в которых существует опасность присутствия рудничного газа и (или) горючей пыли (категория смеси - I);

· II - оборудование, предназначенное для применения во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок (категория смеси - II по газу);

· III - оборудование, предназначенное для применения во взрывоопасных пылевых средах (категория смеси - II по пыли).

Существуют три подкатегории категорий II и III: A, B, C. Каждая последующая подкатегория включает (может заменить) предшествующую, то есть, подкатегория С является высшей и соответствует требованиям всех категорий – А, В и С. Она, таким образом, является самой «строгой».

Таблица 1.8 – Примеры взрывоопасных смесей

Взрывоопасные смеси	Классификация аппаратуры
Метан	Группа I (шахты)
Ацетилен	Группа IIC
Водород	Группа IIC
Этилен	Группа IIB
Пропан	Группа IIA
Металлическая пыль	Группа II
Угольная пыль	-
Зерновая пыль	Группа II

Категории взрывоопасности смеси детализируются в зависимости от температуры самовоспламенения взрывоопасных газов и смесей.

Классификация по температуре самовоспламенения указана в таблице 1.9. Температурный класс (группа смеси) указывает максимально допустимую температуру частей оборудования, которые контактируют со взрывоопасной смесью, при которой взрыва не происходит.

Таблица 1.9 – Классификация по температуре самовоспламенения

Группа смеси	Максимальная температура оборудования, °С	Температура самовоспламенения взрывоопасной среды, °С
Т1	до 450	свыше 450
Т2	до 300	свыше 300
Т3	до 200	свыше 200
Т4	до 135	свыше 135
Т5	до 100	свыше 100
Т6	до 85	свыше 85

 

1.4.4 Работа электрических аппаратов в пожароопасных зонах

Пожароопасная зона: часть замкнутого или открытого пространства, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие вещества и в котором они могут находиться при нормальном режиме технологического процесса или его нарушении (аварии).

Классификации пожароопасных зон:

· зоны класса П-I - зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61°C;

· зоны класса П-II - зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие пыль или волокна с нижним концентрационным пределом воспламенения более 65 г/м3 к объему воздуха;

· зоны класса П-IIа - зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые горючие вещества;

· зоны класса П-III - расположенные вне помещения зоны, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61°C или твердые горючие вещества.

Выбор степени защиты оболочки электрических аппаратов, устанавливаемых в пожароопасных зонах, ведется на основании требований раздела 7.4 ПУЭ.

Таблица 1.9 – Минимальные допустимые степени защиты оболочек электрических аппаратов в зависимости от класса пожароопасной зоны

Вид установки и условия работы	Степень защиты оболочки для пожароопасной зоны класса
	П-I	П-II	П-IIа	П-III
Установленные стационарно или на передвижных механизмах и установках (краны, тельферы, электротележки и т.п.), искрящие по условиям работы	IP44	IP54	IP44	IP44
Установленные стационарно или на передвижных механизмах и установках, не искрящие по условиям работы	IP44	IP44	IP44	IP44
Шкафы для размещения аппаратов и приборов	IP44	IP54 IP44	IP44	IP44
Коробки сборок зажимов силовых и вторичных цепей	IP44	IP44	IP44	IP44

 

Аппараты и приборы, устанавливаемые в шкафах, могут иметь меньшую степень защиты оболочки, чем указано в таблице 1.9 (в том числе исполнение IP00), при условии, что шкафы имеют степень защиты оболочки не ниже указанной в таблице 1.9 для данной пожароопасной зоны.

Требования предъявляемые к электрическим аппаратам

1. При номинальном режиме работы температура токоведущих элементов аппарата не должна превосходить значений, рекомендуемых соответствующим ГОСТ или другим нормативным документов. При КЗ токоведущие элементы аппарата подвергаются значительным термическим и динамическим нагрузкам, вызываемым большим током. Эти нагрузки не должны вызывать остаточных явлений, нарушающих работоспособность аппарата после устранения КЗ.

2. Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения, должны иметь высокую износостойкость.

3. Контакты аппаратов, предназначенных для отключений токов КЗ, должны быть рассчитаны на этот режим.

4. Изоляция электрических аппаратов должна выдерживать перенапряжения, которые имеют место в эксплуатации, и обладать определенным запасом, учитывающим ухудшение свойств изоляции с течением времени и вследствие осаждения пыли, грязи и влаги.

5. К каждому аппарату предъявляется ряд специфических требований, обусловленных его назначением. Так, например, выключатель высокого напряжения должен отключать ток КЗ за малое время (0,04 – 0,06 с). Трансформатор тока должен давать токовую и угловую погрешности, не превышающие определенного значения.

6. В связи с широкой автоматизацией производственных процессов, применением сложных схем автоматики увеличивается число аппаратов, участвующих в работе. Возможность отказа в работе электрических аппаратов требует их резервирования и создания специальной системы поиска неисправностей. В связи с этим электрические аппараты должны обладать высокой надежностью.

7. Масса, габаритные размеры, стоимость и время, необходимые для установки и обслуживания электрических аппаратов, должны быть минимальными.