Введение
Электрическое оборудование в местах с возможной пожарной или взрывоопасной средой
В электротехнике и технике безопасности взрывоопасные зоны (HazLoc, произносится haz·lōk) – это места, где существует риск возникновения пожара или взрыва. Источниками таких рисков могут быть газы, пары, пыль, волокна и искрящиеся частицы, которые являются горючими или легковоспламеняющимися. Электрическое оборудование, установленное в таких зонах, может служить источником воспламенения из-за электрической дуги или высоких температур. Существуют стандарты и нормативные документы для идентификации таких зон, классификации опасностей и разработки оборудования, предназначенного для безопасной эксплуатации в этих условиях.
Обзор
Выключатель может вызывать небольшую, безвредную искру при включении или выключении. В обычном жилом помещении это не представляет опасности, но в присутствии взрывоопасной среды дуга может спровоцировать взрыв. Во многих промышленных, коммерческих и научных условиях наличие такой среды является обычным явлением или, по крайней мере, вполне вероятным. Защита от пожара и взрыва важна как для безопасности персонала, так и для обеспечения надежности. Существует несколько стратегий защиты. Самая простая – минимизировать количество электрооборудования, установленного в опасной зоне, либо полностью исключив оборудование из этой зоны, либо снизив степень опасности этой зоны (например, путем изменения технологического процесса или вентиляции чистым воздухом). Если оборудование необходимо разместить в опасной зоне, его можно спроектировать таким образом, чтобы снизить риск возникновения пожара или взрыва. Конструкция, основанная на искробезопасности, обеспечивает работу оборудования с минимальной энергией, недостаточной для воспламенения. Взрывозащищенная конструкция предназначена для локализации источников воспламенения, предотвращения проникновения взрывоопасных веществ и сдерживания любого возможного пожара или взрыва. Разные страны по-разному подходят к стандартизации и испытаниям оборудования для опасных зон. Терминология, используемая для обозначения опасностей и мер защиты, может различаться. Требования к документации также могут отличаться. По мере глобализации мировой торговли международные стандарты постепенно сходятся, что позволяет национальным регулирующим органам одобрять более широкий спектр допустимых методов. Процесс определения типа и размера опасных зон называется классификацией. Классификация зон, испытания и сертификация оборудования, а также проверка правильности монтажа обычно осуществляются государственными органами. Например, в США – Управлением по охране труда и технике безопасности.
Северная Америка
В США независимая Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) публикует несколько соответствующих стандартов, которые часто принимаются государственными органами. Рекомендации по оценке опасностей приведены в NFPA 497 (взрывоопасные газы) и NFPA 499 (пыль). Американский институт нефти публикует аналогичные стандарты в RP 500 и RP 505. NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс (NEC), определяет принципы классификации зон и правила монтажа. Статья 500 NEC описывает систему классификации классов NEC, а статьи 505 и 506 – систему классификации зон NEC. Система зон NEC была разработана для гармонизации с системой классификации IEC и, следовательно, для упрощения управления. В Канаде действует аналогичная система, основанная на стандарте C22.1 группы CSA, Канадском электротехническом кодексе, который определяет принципы классификации зон и правила монтажа. Две возможные классификации описаны в разделе 18 (Зоны) и в приложении J (Классы).
Международная электротехническая комиссия
Международная электротехническая комиссия публикует серию стандартов 60079, которая определяет систему классификации зон, а также категоризацию и испытания оборудования, предназначенного для использования во взрывоопасных средах, известного как "оборудование Ex". IEC 60079-10-1 охватывает классификацию взрывоопасных газовых атмосфер, а IEC 60079-10-2 – взрывоопасных пылей. Оборудование классифицируется по уровням защиты в зависимости от способа изготовления и пригодности для различных условий применения. В отличие от ATEX, который использует цифры для определения категории безопасности оборудования, а именно (1, 2, 3), IEC продолжила использовать метод, применяемый для определения уровней взрывозащиты искробезопасным способом, 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 во взрывоопасных зонах с 2009 года. <IEC 60079-14>
Набор стандартов IEC 60079 был адаптирован для использования в Австралии и Новой Зеландии и опубликован в виде набора стандартов AS/NZS 60079.
Опасности
На промышленных предприятиях, таких как нефтеперерабатывающие или химические заводы, работа с большими объемами легковоспламеняющихся жидкостей и газов создает риск возникновения опасной обстановки. Угольные шахты, зерновые мельницы, элеваторы и аналогичные объекты также подвержены риску образования пылевых облаков. В некоторых случаях опасная атмосфера присутствует постоянно или в течение длительного времени. В других случаях атмосфера обычно не опасна, но возможность возникновения опасной концентрации может быть разумно предвидена – например, из-за ошибки оператора или отказа оборудования. Поэтому объекты классифицируются по типу и риску выброса газа, паров или пыли. Различные нормативные документы используют такие термины, как класс, категория, зона и группа для дифференциации различных опасностей. Часто предоставляется план классификации зон для определения требуемых характеристик оборудования и методов его установки в каждой классифицированной зоне. План может содержать перечень химических веществ с указанием их группы и температурного класса. Процесс классификации требует участия специалистов в области эксплуатации, технического обслуживания, охраны труда, электротехники и приборостроения, а также использования технологических схем, схем движения материалов, паспортов безопасности и другой соответствующей документации. Документация по классификации зон регулярно пересматривается и обновляется с учетом изменений в технологическом процессе.
Газовые взрывчатые вещества
Типичные газовые опасности обусловлены углеводородными соединениями, но водород и аммиак также являются распространенными промышленными газами, которые являются легковоспламеняющимися. Классифицированные места класса I, раздел 1 – это область, где воспламеняющиеся концентрации горючих газов, паров или жидкостей могут существовать постоянно или некоторое время в нормальных условиях эксплуатации. Область класса I, раздел 1 охватывает комбинацию зон 0 и 1. Классифицированные места зоны 0 – это область, где воспламеняющиеся концентрации горючих газов, паров или жидкостей присутствуют непрерывно или в течение длительного времени в нормальных условиях эксплуатации. Примером может служить паровое пространство над жидкостью в верхней части резервуара или бочки. Метод классификации ANSI/NEC рассматривает эту среду как область класса I, раздел 1. В качестве ориентира для зоны 0, это можно определить как более 1000 часов в год или более 10% времени. Неклассифицированные места, также известные как безопасные или обычные места, определяются как не относящиеся к классу I, разделу 1 или 2; зоне 0, 1 или 2; или любой их комбинации. К таким областям относятся жилые помещения или офисы, где единственным риском выброса взрывоопасного или горючего газа может быть, например, пропеллент в аэрозольном баллончике. Единственными взрывоопасными или горючими жидкостями являются краски и растворители для кистей. Они характеризуются как имеющие очень низкий риск взрыва и более высокий риск пожара (хотя взрывы газа в жилых зданиях все же случаются). Неклассифицированные места на химических и других предприятиях присутствуют там, где абсолютно точно известно, что концентрация опасного газа снижена до уровня ниже 25% нижнего предела воспламеняемости (или нижнего предела взрываемости (LEL)).
Взрывчатая пыль
Пыль или другие мелкие частицы, взвешенные в воздухе, могут взрываться.
НЭК
Описание разделения по классам Класс II Раздел 1 При нормальных условиях могут существовать взрывоопасные концентрации горючей пыли. Раздел 2 Взрывоопасные концентрации горючей пыли обычно не образуются. Класс III Раздел 1 Обрабатываются, производятся или используются взрывоопасные волокна или материалы, образующие горючую пыль. Раздел 2 Хранятся или обрабатываются легковоспламеняющиеся волокна. Не классифицировано. Неопасные или обычные помещения. Определено как не относящееся ни к одной из вышеперечисленных категорий.
Категория оборудования
Категория оборудования указывает на уровень защиты, который обеспечивает данное оборудование. Оборудование категории 1 может использоваться в зонах 0, 1 или 2. Оборудование категории 2 может использоваться в зонах 1 или 2. Оборудование категории 3 может использоваться только в зоне 2.
Маркировка
Все оборудование, сертифицированное для использования во взрывоопасных средах, должно быть промаркировано с указанием типа и уровня защиты.
Северная Америка
В Северной Америке соответствие оборудования конкретной взрывоопасной зоне должно быть подтверждено Национально признанной испытательной лабораторией, такой как UL, FM Global, CSA Group или Intertek (ETL). На маркировке всегда указывается класс, группа и может быть указан код температуры. Непосредственно рядом с маркировкой находится знак органа по сертификации. Некоторые производители заявляют о "соответствии" или "создании для" взрывоопасных зон в своей технической документации, но фактически не имеют сертификации испытательной лаборатории и, следовательно, не могут быть одобрены уполномоченным органом (AHJ) для эксплуатации электрической установки/системы. Все оборудование в зонах класса 1 должно иметь маркировку о допуске, но некоторые материалы, такие как жесткая металлическая гофра, не имеют специальной маркировки, указывающей на соответствие Cl./Div.1, и их включение в NEC в качестве одобренного метода установки служит разрешением. Некоторое оборудование в зонах класса 2 не требует специальной маркировки, например, стандартные трехфазные асинхронные двигатели, не содержащие компонентов, способных к образованию искры. Маркировка также включает наименование или товарный знак производителя и его адрес, тип аппарата, наименование и серийный номер, год изготовления и любые специальные условия эксплуатации. Рейтинг корпуса NEMA или код IP также могут быть указаны, но обычно не связаны с соответствием взрывоопасной зоне.
История
С появлением электричества, электричество стали использовать в угольных шахтах для сигнализации, освещения и привода двигателей. Это сопровождалось электрически инициированными взрывами горючих газов, таких как горный газ (метан) и взвешенная угольная пыль. По крайней мере два взрыва на британских шахтах были вызваны электрической системой сигнализации с помощью звонка. В этой системе два оголенных провода прокладывались вдоль выработки, и любой шахтер, желающий подать сигнал на поверхность, на мгновение замыкал провода между собой или перемыкал их металлическим инструментом. Индуктивность катушек сигнального звонка, в сочетании с размыканием контактов на открытых металлических поверхностях, приводила к образованию искр, вызывавших взрыв.