Базовые принципы взрывобезопасности

 

Область применения — взрывоопасные зоны согласно маркировке взрывозащиты и в соответствии с гл. 7.3 ПУЭ и другим нормативным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.

 

Расследование техногенных катастроф последнего времени зачастую указывает на такую причину последних, как элементарное несоблюдение требований безопасности. Иногда виной всему являются неправильные действия персонала, однако велик процент аварий, причина которых кроется в применении оборудования, полностью безопасного в обычных условиях, но недопустимого к использованию на данном объекте. Для России, как для страны нефте- и газодобывающей, имеющей большое число атомных электростанций, актуальность данного вопроса высока, как ни для какого другого государства в мире. Настоящая статья посвящена вопросам применения систем радиосвязи на объектах, содержащих взрывоопасные среды.

 

Взрыв является химической реакцией с быстрым выделением большой тепловой энергии. Для того, чтобы эта химическая реакция произошла, требуются три составных части:
1. Горючий материал - в виде газа, взвеси, пыли и т.д.
2. Атмосферный или иного происхождения кислород
3. Источник искрения

Базовым принципом взрывобезопасности является стремление к уменьшению вероятности одновременного сочетания этих трех составных частей. Однако в промышленности и вооруженных силах есть немало объектов, где горючие материалы присутствуют по определению, и есть определенная вероятность их контакта с кислородом. В этих условиях важнейшее значение приобретает уменьшение действия третьего фактора - источника искрения.

Любое электронное оборудование является в той или иной степени источником искрения, и если есть необходимость его применения на объектах, где по определению уже присутствуют или есть потенциальный риск возникновения первых двух вышеупомянутых составных частей взрыва, то к выбору этого оборудования следует подходить с особой тщательностью. Не являются исключением из этого правила и радиостанции, применяемые в составе систем голосовой радиосвязи или систем беспроводной передачи данных. В радиостанциях для использования во взрывоопасных средах должны быть использованы специальные схемотехнические и конструктивные решения, предотвращающие образование высоких напряжений и больших токов в контурах станций, в переключателях, регуляторах, разъемах и контактах. Кроме электрических, существуют и многие другие требования к технике связи, без соотвествия которым радиостанции того или иного типа не могут быть использованы на объектах с повышенной потенциальной взрывоопасностью. Документально свод требований к технике связи оформлен в виде стандартов, принятых в различных странах мира, в том числе и в Российской Федерации. Таким образом, техника связи, применяемая во взрывоопасных средах, должна иметь сертификат на соотвествование Российскому стандарту взрывобезопасности (в дополнение к обязательной сертификации по линии Министерства связи РФ). Для радиостанций зарубежного производства процедура получения отечественного сертификата во многом упрощается, если тот или иной тип станций уже сертифицирован одной из уполномоченных международных тестовых организаций на соотвествие стандартам взрывобезопасности, принятым в Европе или США.

 

 

Классы защиты корпусов электрооборудования

Степень защиты обозначается буквами IP и двумя цифрами.

=IP44 =IP67 =IP68

 

Классификация взрывоопасных зон

Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно со специалистами проектной или эксплуатирующей организации.

Согласно российским нормативным документам выделяют следующие классы взрывоопасных зон:

Нормативные документы содержат определение геометрических размеров каждого класса зон.

 

Оборудование, предназначенное для работы в пределах зоны того или иного класса, должно иметь соответствующий уровень взрывозащищенности.


Уровень взрывозащищенности оборудования

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

Степень взрывозащищенности оборудования (2, 1, или 0) ставится в РФ как первая цифра перед европейской маркировкой взрывозащищенности оборудования.


Методы обеспечения взрывобезопасности оборудования

Существует несколько методов обеспечения взрывобезопасности, цель которых - предотвратить возможность контакта внутренних искрообразующих или тепловыделяющих элементов аппаратуры с внешней взрывоопасной средой, либо препятствовать выходу наружу взрыва, возникшего внутри наружной оболочки аппаратуры путем его локализации:

В европейской классификации приводится детализация примененного в оборудовании типа взрывозащиты (она признается в РФ и встречается в сертификатах на взрывозащищенное оборудование):

 

Действует следующая российская классификация уровней взрывозащиты оборудования:

 

Категория взрывоопасности смеси		Требуемый уровень взрывозащиты
I (рудничный метан)	II (все газы)
Иа	ia	Особо взрывобезопасный
Иb	ib	Взрывобезопасный
Иc	ic	Повышенная надежность против взрыва

 

 

 

Пример маркировки:

1ExdIIAT3

 

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

 

 

Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно со специалистами проектной или эксплуатирующей организации.

 

Согласно российским нормативным документам выделяют следующие классы взрывоопасных зон:

Нормативные документы содержат определение геометрических размеров каждого класса зон.

 

	Зона 0, в которой взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени	Зона 1, в которой существует вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации	Зона 2, в которой маловероятно присутствие взрывоопасной газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации, а если она возникает, то редко, и существует очень непродолжительное время
CENELEC/IEC, ЕВРОПА	Зона 0	Зона 1	Зона 2
ГОСТР 51330.9-99, РОССИЯ	Зона 0	Зона 1	Зона 2
ПУЭ (2001), РОССИЯ		В-I	B-Iа, B-Iб, B-Iг

 

Оборудование, предназначенное для работы в пределах зоны того или иного класса, должно иметь соответствующий уровень взрывозащищенности.

 

 

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

Степень взрывозащищенности оборудования (2, 1, или 0) ставится в РФ как первая цифра перед европейской маркировкой взрывозащищенности оборудования.

 

 

Существует несколько методов обеспечения взрывобезопасности, цель которых - предотвратить возможность контакта внутренних искрообразующих или тепловыделяющих элементов аппаратуры с внешней взрывоопасной средой, либо препятствовать выходу наружу взрыва, возникшего внутри наружной оболочки аппаратуры путем его локализации:

В европейской классификации приводится детализация примененного в оборудовании типа взрывозащиты (она признается в РФ и встречается в сертификатах на взрывозащищенное оборудование):

 

Вид взрывозащиты		Основное применение				Стандарт
Защита вида е	е	Клеммные и соединительные коробки, светильники, посты управления, распределительные устройства				ГОСТ Р 51330.8-99
Взрывонепроницаемая оболочка	d	Коммутирующие приборы,  светильники, посты управления, распределительные устройства, пускатели электродвигателей, нагревательные элементы				ГОСТ Р 51330.1-99
Заполнение или продувка	p	Сильноточные распредшкафы, анализаторные приборы, двигатели				ГОСТ Р 51330.3-99
Искробезопасная электрическая цепь	i	Измерительная и регулирующая техника, техника сзязи, датчики, приводы				ГОСТ З 51330.10-99
		Уровни взрывозащиты Exi-- электрооборудования
		Взрывоопасная зона	0	1	2
		Россия	ia	ia,ib	ia,ib,ic
Масляное заполнение оболочки	o	Трансформаторы, пусковые сопротивления				ГОСТ З 51330.7-99
Кварцевое заполнение оболочки	q	Трансформаторы, конденсаторы				ГОСТ Р 51330.6-99
Герметизация компаундом	m	Коммутирующие приборы малой мощности, индикаторы, датчики				ГОСТ Р 51330.17-99
Отсутствие искрообразования	n	Зона 2 Этот вид взрывозащиты включает упрощенные варианты различных методов взрывозащиты		Все устройства для зоны 2, кроме коммутирующих устройств		ГОСТ Р 51330.17-99
Специальная защита	s	Этот вид взрывозащиты включает специальные  методы взрывозащиты		Датчики, разрядники		ГОСТ Р 51330.17-99
Герметическая изоляция	h					ГОСТ Р 51330.17-99

 

Действует следующая российская классификация уровней взрывозащиты оборудования:

 

Категория взрывоопасности смеси		Требуемый уровень взрывозащиты
I (рудничный метан)	II (все газы)
Иа	ia	Особо взрывобезопасный
Иb	ib	Взрывобезопасный
Иc	ic	Повышенная надежность против взрыва

 

Категории взрывоопасности смеси

 

В существующей классификации предусмотрены две категории: I и II.

 

Категория I определяет требования к оборудованию, предназначенному для работы в шахтах и рудниках, где имеется опасность взрыва рудничного метана.

 

К категории II относится оборудование, применяемое для работы в условиях возможного образования промышленных взрывоопасных смесей газов и взвесей.

 

Существуют три подкатегирии категории II: IIA, IIB, IIC. 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».  

 

Россия, Европа	Энергия поджига атмосферы(мкдж)		Типичный представитель
I			Метан (рудничный)
II A	Более 180	Возрастание опасности	Пропан
II B	60-180		Этилен
II C	менее 60		Ацетилен, Водород

 

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

 

Согласно ГОСТу, действует следующая классификация по температуре самовоспламенения:

 

Группа смеси	Температура самовоспламенения, °С
Т1	Более 450
Т2	От 300 до 450
Т3	От 200 до 300
Т4	От 135 до 200
Т5	От 100 до 135
Т6	От 85 до 100

 

Объединенные требования к аппаратуре по категориям взрывоопасности газовых смесей и температуре самовоспламенения смесей газов.

 

Категория IIC взрывоопасности смеси применяется к группам:

Категориям А и В соответствуют взрывоопасные смеси

 

IIA:

IIB:

Как видно из приведенных данных, категория IIC является избыточной для большинства случаев применения аппаратуры связи на реальных объектах.

 

Дополнительная информация.

 

Категории IIA, IIB и IIC определяются следующими параметрами: безопасным экспериментальным максимальным зазором (БЭМЗ – максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду) и величиной МТВ (отношением минимального тока воспламенения смеси взрывоопасного газа и минимального тока воспламенения метана). 

 

Категория взрывоопасной смеси	БЭМЗ (мм)	МТВ
I (рудничный метан)	более 1,0	1,0
IIA	0,9 и более	0,8
IIB	от 0,5 до 0,9	от 0,4 до 0,8
IIC	0,5 и менее	менее 0,45

 

Температурный класс электрооборудования определяется предельной температурой в градусах Цельсия, которую могут иметь при работе поверхности взрывозащищенного оборудования.

 

Температурный класс оборудования устанавливается исходя из минимальной температуры соответствующего температурного диапазона (его левой границы): оборудование, которое может применяться в среде газов с температурой самовоспламенения класса Т4, должно иметь максимальную температуру элементов поверхности ниже 135 градусов; Т5 – ниже 100, а Т6 – ниже 85.

 

Рассмотрим пример маркировки (применявшейся в Европе до 1 июля 2003 года)согласно стандарту “CENELEC”:

 

 

Ex – знак взрывозащищенного оборудования по стандарту CENELEC; d – тип взрывозащиты (взрывонепроницаемая оболочка); IIB – категория взрывоопасности газовой смеси II вариант В (см. выше); T4 - группа смеси по температуре воспламенения (температура не выше 135 С°)

 

 Factory Mutual (FM) по своей сути тождественны европейскому и российскому стандартам, но отличаются от них по форме записи. В американском стандарте также указываются условия применения аппаратуры: класс взрывоопасности среды (Class), условия эксплуатации (Division) и группы смеси по их температуре самовоспламенения (Group).

 

Class может иметь значения I, II, III: Class I – взрывоопасные смеси газов и паров, Class II – горючая пыль, Class III – горючие волокна.

 

Division может иметь значения 1 и 2: Division 1 – это полный аналог зоны В1(В2) - взрывоопасная смесь присутствует при нормальных условиях работы; Division 2 – аналог зоны В1А (В2А), в которой взрывоопасная смесь может появиться только в результате аварии или нарушений технологического процесса.

 

Для работы в зоне Div.1 требуется особо взрывобезопасное оборудование (в терминах стандарта - intrinsically safe), а для работы в зоне Div.2 - взрывобезопасное оборудование класса Non-Incendive.

 

Взрывоопасные воздушные смеси, газы, пары образуют 7 подгрупп, у которых есть прямые аналогии в российском и европейском стандартах:

Электрические аккумуляторы, имеющие сертификацию FM, могут применяться в следующих случаях:

 

В соответствии с директивой Евросоюза 94/9/EC с 01 июля 2003 года вводится новый стандарт АТЕХ. Новая классификация заменит старую CENELEC и вводится в действие на территории европейских стран.

 

АТЕХ – сокращение от ATmospheres Explosibles (взрывоопасные смеси газов). Требования АТЕХ распространяются на механическое, электрическое оборудование и защитные средства, которые предполагается использовать в потенциально взрывоопасной атмосфере, как под землей, так и на поверхности земли.

 

В стандарте АТЕХ ужесточены требования стандартов EN50020/EN50014 в части IS (Intrinsically Safe) оборудования. Эти ужесточения предусматривают:

Классификационную маркировку взрывозащищенного оборудования по АТЕХ рассмотрим на следующем примере: II 2 G EEx ib IIB T4

 

Ex в шестиграннике – маркировка взрывозащищенного оборудования по АТЕХ.

 

Следующий элемент маркировки определяет группу оборудования:

Четвертый элемент : G – для газов, D – для горючих пылей, волокон и взвесей.

 

Дальнейшие символы (после E Е х) были рассмотрены ранее.