Електроинсталации в опасни зони

• Преди да се започне каквато и да е работа по електрически инсталации в опасни зони е необходимо да се направи класификация на зоната
  
  
• Сертифицираното електрическо оборудване е проектирано така, че да не бъде източник на запалване дори при възникване на неизправност
  
  
• Проектантите трябва да се стремят към създаване на възможно най-опростените системи, които да изпълняват целта си с възможно най-малко компоненти

Потенциално експлозивни атмосфери съществуват при наличието на риск от взрив на смеси от газ/въздух, пара/въздух, прах/въздух или други запалими комбинации. В такива зони е необходимо да се елиминират източниците на запалване, като искри, горещи повърхности или статично електричество, които могат да доведат до възпламеняване на тези смеси.

За да възникне взрив са необходими три елемента – гориво, кислород и източник на запалване. Кислородът във въздуха е в достатъчна концентрация за поддържане на горенето и обикновено не може да бъде изключен, което оставя само горивото и източника на запалване като елементи, които биха могли да бъдат контролирани. Това формира основите на съвременния подход, базиран на идентифициране на потенциалния риск от експлозивна атмосфера на определено място в комбинация с идентифициране на вероятността от възникване на неизправност в електрическото оборудване, която да го превърне в източник на запалване.

В исторически план

Използването на електрическо оборудване във взривоопасни атмосфери първоначално е в сферата на минната индустрия. Докато съвременният подход е да се сведе до минимум вероятността за отделяне на запалими газове или, ако все пак такива бъдат отделени, натрупването им в атмосферата да бъде минимизирано, изненадващо в ранните години на въгледобива практиката за справяне с отделянето на метан е включвала изгаряне на експлозивната атмосфера. Методът се е основавал на факта, че метанът е по-лек от въздуха (относителната плътност е около 0,55), като благодарение на това сместа от метан и въздух се е събирала в горната част на рудника. След подаване на предупреждение за евакуация чрез промяна на цвета на пламъците на използваните от миньорите лампи в облака от метан и въздух се подавала горелка, изгаряща метана. По очевидни причини тази техника впоследствие е отречена и е заменена от внедряването на вентилация, ограничаваща вероятността за формиране на експлозивна атмосфера и използването на лампа за безопасност (лампа на Дейви) за минимизиране на риска от запалване.

С въвеждането на електричеството през втората половина на 19-и век и първата половина на 20-и век се идентифицират значителни други рискове. Първоначално електрическият ток се използва за осветление и задвижване. Осветлението обикновено се осигурява от лампи с нажежаема жичка, а задвижващата сила – от постояннотокови или променливотокови машини с навит ротор. И за осветлението, и за машините е нужно оборудване за управление (често под формата на прост превключвател), но това оборудване довежда до рискове, свързани с нагрети повърхности и искри, в допълнение към вероятността за наличие на метан и въглищен прах.

Първоначалната техника за защита на електрическото оборудване е позната днес като взривобезопасен корпус и е предназначена за високомощна електроапаратура, при която нивото на електроенергия, необходимо за запалване при наличие на искра или топлина, винаги е достатъчно високо. Технологията е добре развита през 1905 г. и е последвана бързо от втора технология, позната сега като искробезопасна електрическа верига. Тя е разработена за сигнални системи в мини и се базира на факта, че информация може да се предава чрез много малки количества електроенергия, която, ако бъде отделена, не би била достатъчна за възпламеняване на потенциално експлозивна атмосфера. Предимството на тази техника се крие в гъвкавостта, която предлага тя, тъй като не се изисква използването на големи и тежки защитни корпуси.

Тези две техники първоначално са разработени за минната индустрия, където метанът е най-разпространеният запалим газ, но при започване на прилагането им и в други индустриални сектори бързо се идентифицират две съществени разлики в подхода. Първо се установява, че източник на запалими материали обикновено е инсталираното оборудване и че отделянето на такива материали е по-предвидимо по отношение на количество и честота. Втората разлика е, че за разлика от минната дейност, където проблемът са един вид газ и един вид прах, то в другите индустриални сектори присъстват разнообразие от различни материали, всеки от които се отличава със свои собствени характеристики. Тези фактори водят до разработването на зоновата класификация, дефинираща рисковете от формиране на експлозивни атмосфери на специфични места, както и до проектирането на допълнителни типове защита, които по-лесно да отразят различните нива на опасност.

Класификация на зоните

Преди да се започне каквато и да е работа по електрически инсталации в опасни зони е необходимо да се направи класификация на зоната. Този процес е незаменим за гарантирането на безопасност и избора на оптимално оборудване. Зоновата класификация определя степента на опасност, която може да възникне в зоната.
Има три вида зони с различно ниво на риск: Зона 2 – опасността е минимална и появата на газообразна експлозивна смес може да е краткотрайна, например в резултат от инцидент; Зона 1 – има вероятност за формиране на експлозивна смес при нормален работен режим; Зона 0 – наличието на газообразна експлозивна смес е постоянно, дългосрочно или с голяма честота. Класификацията за прахообразни смеси е аналогична, като зоните се обозначават като 20, 21 и 22. Въз основа на тези класификации инженерите могат да изберат съответното оборудване, уверени, че използването му в конкретната среда ще бъде безопасно.

Използване на сертифицирано оборудване

Ключово изискване е в опасни зони да се използва само оборудване, сертифицирано в съответствие с ATEX директивата. Сертификацията гарантира, че всяка част от оборудването е преминала съответните тестове и отговаря на изискванията за безопасност в потенциално взривоопасни условия.
Сертифицираното електрическо оборудване е проектирано така, че да не бъде източник на запалване дори при възникване на неизправност. Изключение правят кабелите и проводниците, за които законодателството не изисква сертификация. Това обаче не означава, че се елиминира задължението те да бъдат избрани по подходящ начин за работните условия.

Всяка електрическа инсталация в експлозивна атмосфера трябва да е в съответствие със стандарт EN 60079-14 Експлозивни атмосфери. Част 14: Проектиране, избор и изграждане на електрически уредби. Този стандарт описва в детайли изискванията за проектиране, монтаж и работа с електрически инсталации и оборудване в такива зони. В допълнение стандартът отчита специфичните за дадена зона опасности и изисква използването на взривобезопасно оборудване с подходящото ниво на защита спрямо класификацията на зоната.

Ограничаване на ел. инсталациите и оптимизиране на дизайна

Всяка електрическа инсталация в опасна зона е потенциален източник на запалване. Дори всяка част от оборудването да отговаря на стандартите за безопасност и да разполага с подходящата защита и сертификация, самата й работа в зоната повишава потенциалния риск от експлозия.

Затова е изключително важно да се редуцира броят на електрическите инсталации до абсолютния минимум. Целта трябва да бъде да се минимизира не само броят на уредите, но и броят на проводниците и електрическите съединители в опасните зони. Намаляването на броя на компонентите в зоната ще понижи и вероятността от възникване на неизправност.

От началния етап на проектиране на една електрическа инсталация в опасна зона е жизненоважно да се обмисли кое оборудване и кои компоненти са необходими. Проектантите трябва да се стремят към създаване на възможно най-опростените системи, които да изпълняват целта си с възможно най-малко компоненти. В практиката това може да означава например свеждане на дължината на кабелните трасета до минимум и централизиране на контролните и разпределителните функции извън опасните зони.

По-малкият брой електрически инсталации и оборудване в опасни зони означава и по-ниски разходи за поддръжка. Всяка част от оборудването в такива зони изисква регулярна поддръжка, проверки на състоянието и евентуални ремонти. Изпълнението на всички тези дейности налага отстраняване на експлозивната атмосфера, което обикновено изисква спиране на производството. Редуцирането на броя инсталации и оборудване означава, че има по-малко компоненти за наблюдение, което понижава и оперативните разходи, и риска от възникване на неизправност по време на експлоатация.

Искробезопасност

Предотвратяването на появата на искри в електрически инсталации в опасни зони е една от основните цели при проектирането и експлоатацията на такива системи. Източниците на искри могат да варират от електростатичен или дъгов разряд до механични фактори, като повреда или вибрации. Всички проводници и кабели трябва да бъдат подходящо изолирани и присъединяванията трябва да бъдат направени с подходящи капаци. Важно е също да се избягват хлабави присъединявания, които биха могли да доведат до дъгов разряд.

Оборудването под напрежение следва да бъде изолирано от средата с цел предотвратяване на случаен контакт или повреда, които да доведат до искрене. Използването на допълнително екраниране и гарантирането, че взривобезопасното оборудване е херметично затворено са ключови елементи в минимизирането на риска от появата на искри.