Взривозащитени електродвигатели

• Електродвигателите, проектирани за среди с взривоопасни газове и пари, се използват в рискови производства като химическата, минната, петролната промишленост и др.
  
  
• Термисторни сензори може да се вградят на всяка намотка, за да защитават електродвигателите чрез директно измерване на действителната температура
  
  
• Най-критичната част на един корпус със защита “Ex d” е пътят за отвеждане на газовете при експлозия

Стандартът ATEX е законодателният инструмент на Европейския съюз (ЕС) за контрол и осигуряване на безопасност във връзка с експлоатацията на съоръжения и системи за защита, предназначени за използване в потенциално експлозивна атмосфера. Такава атмосфера съществува, когато въздух, газове, пари, аерозоли или прах се комбинират по начин, който може да доведе до възпламеняване при определени оперативни условия.
Основният нормативен акт, който определя изискванията за производство и категориите на защита на оборудването, е Директива 2014/34/EС на Европейския парламент и на Съвета от 26 февруари 2014 година за хармонизиране на законодателствата на държавите членки относно съоръженията и системите за защита, предназначени за използване в потенциално експлозивна атмосфера.

Критерии и стандарти за взривозащита

Директивата определя единни, общи за ЕС правила относно продажбата и пускането в експлоатация на съоръжения и системи за защита, предназначени за използване в потенциално експлозивна атмосфера. Целта й е да гарантира, че продуктите отговарят на определени изисквания, за да се осигури висока степен на защита на здравето и безопасността на хората, по-специално на работниците, и където е уместно, защита на имущество. Нейното приложение обхваща широк набор от оборудване, сред което съоръжения, използвани в петролната и газодобивната промишленост, мини, мелници и в други области, където има риск от потенциално експлозивна атмосфера. С нея също така се определят отговорностите на производителите, вносителите и доставчиците на съоръжения и защитни системи, предназначени за използване в потенциално експлозивна атмосфера.

Нивото на защита на електрическото оборудване се определя от точката, при която то не допуска възможност за възпламеняване или отделяне на искри при специфични условия на експлоатация. За всяка степен на защита са определени критерии, на които то трябва да отговаря. В това число то трябва да не отделя искри и да не предизвиква електрическа дъга, както и да не допуска възможност за достигане на критична температура върху повърхността си. Взривобезопасното оборудване се произвежда от материали, които не акумулират електростатични заряди. Освен изброените критерии, за да бъде одобрено за безопасно ползване в среда с опасност от експлозия, оборудването трябва да притежава набор от характеристики, които производителят трябва да гарантира. В зависимост от нивото на опасност на зоната, за която е предназначено, електрооборудването има различни нива на защита. Те се обозначават с буква според вида на експлозивното вещество във въздуха, като се използва първата буква G (gas) и D (dust). Нивото на защита е много важно, тъй като чрез него може да се разбере в кои опасни зони какво взривозащитено оборудване трябва да бъде инсталирано.

Новата директива ATEX, 2014/34/ЕС относно оборудването е в сила от 30 март 2014 г., като тя заменя досегашната Директива 94/9/ЕC и не води до съществени промени в техническите спецификации на 94/9/ЕС. Основната разлика със старата директива е разширяването на задълженията на производители, упълномощени представители, вносители и дистрибутори. Оборудването, което отговаря на стандарта за взривозащита, се обозначава с маркировката за взривозащитен дизайн Ex. Освен това всички продукти, продавани в ЕС, трябва да имат знак за съответствие “CE”, който показва, че те отговарят на всички основни изисквания за безопасност на законодателството на ЕС. Преди да получат знака “СЕ” производителите трябва да извършат оценка на безопасността и съответствието и да изготвят техническа документация за продуктите.

Типовете взривозащита се различават в зависимост от вида на оборудването, естеството на експлозивната атмосфера и метода на предотвратяване на възпламеняването. За определяне на нивата на защита се вземат предвид и характеристиките на работните условия (нормална работа, предвидима неизправност и непредвидима неизправност). По отношение на групата оборудването се поделя на устройства за използване в мини, които са чувствителни към газ гризу, (I) в категории M1 и M2, и устройства за всички други приложения (II) в категории 1, 2 и 3, с приложение G за газ и D за прах, като категорията показва зоната, в която може да се използва оборудването. Освен това идентификационната маркировка включва информация за вида на защитата, групата газ или прах и температурния клас, ако устройството е било тествано в съответствие със стандарта. Съществуват няколко варианта за предотвратяване на експлозия и за електрическото оборудване са определени различни видове защита. Някои видове защита обаче не са подходящи за всички зони. Видът защита Ex n например може да се използва само в Зона 2. Видът защита Ex i (искробезопасност) за разлика от тях е одобрен за оборудване до Зона 0 и т.н.

Системата IECEx на Международната електротехническа комисия (IEC) е система, сертифицирането към която е пожелателно, а не задължително. Тази сертификация гарантира съответствие със стандартите на IEC, свързани с безопасността във взривоопасна атмосфера. IECEx обхваща четири основни области – сертифициране на съоръжения за обслужване, сертифициране на оборудване, съответствие с Ex маркировка и сертифициране на компетенциите на персонала.

Системи за защита на електродвигатели

Електродвигателите, проектирани за среди с взривоопасни газове и пари, се използват в рискови производства като химическата, минната, петролната промишленост и др. За да бъдат класифицирани като “взривозащитени”, електродвигателите се произвеждат според изискванията на Международната електротехническа комисия, според стандарта IEC 60079 и съгласно европейската директива ATEX 2014/34/ЕС.
Ако възникне искра в среда на летлив газ вътре в двигател, взривонепроницаемият корпус задържа експлозията, като така предотвратява по-голяма експлозия или пожар. Взривозащитените двигатели имат отличителна маркировка върху информационна табелка, която идентифицира тяхната пригодност за дадена опасна среда.

Представянето на информационната табела зависи от това кой е органът, който сертифицира електромотора. Тя посочва ясно класа, раздела и групата на опасно приложение, за които е подходящ моторът. Сертифициращите организации, които имат право да издават сертификация за мотори, са UL (САЩ), ATEX (Европейски съюз) и CCC (Китай).

Тези електромотори са по-тежки и здрави от стандартните с еквивалентен товар и са с по-висока издръжливост на корозия, температури и прегряване. В производството на взривозащитени електродвигатели се влагат високонадеждни уплътнения, усилени конструкции на корпуса и специално проектирани канали за отвеждане на пламъка при възникване на вътрешна експлозия, които заедно осигуряват безопасно и надеждно решение, отговарящо на повечето приложения или на персонализирани нужди.

При проектирането им се цели да не се допусне изобщо възпламеняване на взривоопасни газове и пари, които могат да проникнат в корпуса. За тази цел те се изграждат със захващане на капаците, клемната кутия и други части с много по-дълбоки засечки и малки междини, така че евентуални искри и загрети газове в случай на късо съединение или авария в електродвигателя да не излизат в заобикалящата среда. Характеризират се с безискрови охлаждащи вентилатори, валове и други части и взривозащитен дизайн. Тези електродвигатели се оборудват с двойно капсуловани лагери, а за смазване се прилагат високотемпературни греси. Класът им на защита обикновено е не по-нисък от IP65. Материалът на корпуса най-често е чугун.
Фабрично вградени термисторни сензори на всяка намотка защитават електродвигателите чрез директно измерване на действителната температура в намотките.

Системата се състои от термисторни сензори и електронно реле. Термисторните сензори имат положителен температурен коефициент. Те са пасивни елементи, чието съпротивление нараства много бързо, когато температурата им достигне прага на номиналната работна температура. Благодарение на малките си размери те имат малка температурна инертност и могат бързо да проследят промените в температурата. Изборът на термисторни сонди за вграждане в намотките на двигателя зависи от класа на изолация, типа на двигателя и от избраното място, където ще се монтират сондите.

Електронното реле работи на променлив или постоянен ток и непрекъснато следи съпротивлението на свързаните с него термистори. При достигане на номинална работна температура се установява бързото нарастване на съпротивлението чрез прагова детекторна верига, която управлява релейните контакти. В зависимост от типа на използваните термистори тези контакти могат да се използват или за сигнализиране на аварийни условия без да се спира двигателят или за спиране на електродвигателя. Проводниците са капсуловани, така че да се осигури трайна изолация на свързването и да не се допусне проникване на замърсяване.

Отвеждане на взривни газове при двигатели със защита Ex d

Най-критичната част на един корпус със защита “Ex d” е пътят за отвеждане на газовете при експлозия. За да стане ясно какво представлява това отвеждане и как работи, трябва да се разгледа накратко принципът, на който се основава обезопасяването чрез метода за “Ex d” защита (устойчивост на пламък). Това е най-старият съществуващ метод за защита, първият използван и все още един от най-безопасните, тъй като се основава на много проста технология и следователно сработва винаги.

Този метод е предназначен за защита в системи, където може да е налична взривоопасна атмосфера под формата на газ, и се основава на предположението, че е невъзможно напълно да се предотврати проникването на газообразни взривни вещества.
Не съществува уплътнение, което да може да предотврати проникването на газове и пари във вътрешността на електромотора. Следователно, ако взривоопасна смес навлезе в корпуса и бъде възпламенена вследствие на искра, възниква експлозия, която обаче се ограничава в пространството на корпуса и не позволява разпространението на пламъка в околната среда, предотвратявайки опустошителна експлозия.

За да се гарантира това ограничаване на въздействието при експлозия, корпусът трябва да е конструиран с такава механична якост, че да издържи на свръхвисокото налягане, причинено от експлозията, и да позволи извеждането на образуваните газове. Това е и ролята на каналите за отвеждане на взривни газове, които свързват двете части на вътрешното пространство между тялото и външния корпус. Пътят за отвеждане позволява на газовете освен да напуснат кожуха на двигателя и да се охладят в процеса на преминаване, така че да не окажат експлозивно въздействие към външната атмосфера. Поради тази причина каналите за отвеждане трябва да бъдат достатъчно дълги и с достатъчно тесни междинни отвори, за да се гарантира охлаждането на взривните газове.

В зависимост от това какви са взривоопасните газове и какъв е обемът на корпуса има точни правила, които трябва да се спазват при оразмеряването и конструирането на оборудването. Те са посочени в стандарт EN 60079-1.
Каналите за отвеждане без нарези може да са цилиндрични или плоски. Цилиндричните са универсални, използват се за всякакъв тип приложение за газове от всяка група. Обикновено те се намират по-трудно на пазара поради по-голямата сложност на производство, което се отразява и на цената. Плоските канали за отвеждане са често срещани, но са забранени в приложения, където има наличие на ацетилен (газове от група II C).

Каналите с нарези са разделени на две групи – цилиндрични и заострени. По отношение на цилиндричните се прилагат нарези, които отговарят на допуските, посочени в стандарт ISO 956-1. Нарезите трябва да са повече от 5 за корпус с обем до 100 cm3 и повече от 8 за конструкции с обем по-голям от 100 cm3. За заострени канали нарезите се правят в съответствие със стандарт NPT ANSI/ASME B1.20.1 в Европа.

Електродвигателите с взривозащита “Ex e” са с повишена безопасност по отношение на случайното възпламеняване. Принципите на конструкцията за повишена безопасност от това ниво включват използване на висококачествени изолационни материали и сигурни електрически връзки, които не допускат утечки, минимално ниво на защита на корпуса IP54 и др.