inż. Michał Świerżewski

Stowarzyszenie Elektryków Polskich

Sekcja Instalacji i Urządzeń Elektrycznych

Wybrane zagadnienia dotyczące urządzeń elektrycznych

w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

Wprowadzenie

W przestrzeniach, w których produkuje się, użytkuje lub przechowuje ciecze łatwo

zapalne, np. benzynę alkohole, eter, toluen, ksylen, rozcieńczalniki organiczne, gazy palne,

np. propan-butan, wodór, acetylen jest zupełnie oczywiste, że istnieje możliwość przenikania

par tych cieczy do otaczającej przestrzeni i tworzenia z powietrzem (z tlenem z powietrza)

mieszanin. Podobnie w czasie obróbki ciał stałych lub produkcji i transportu materiałów

sypkich mogą do otaczającego powietrza przedostawać się ich pyły i tworzyć z nim

mieszaniny.

Gdy w mieszaninie z powietrzem zawarta jest dostateczna ilość czynnika palnego

(pary cieczy palnej, gazu palnego lub pyłu) o stężeniu powyżej dolnej granicy wybuchowości,

powstaje tzw. mieszanina wybuchowa. Mieszanina wybuchowa pod wpływem dostarczonej

energii cieplnej zapala się. Proces spalania tej mieszaniny przebiega bardzo szybko i

towarzyszy mu gwałtowny wzrost ciśnienia.

Tego rodzaju szybki proces spalania nazywa się wybuchem.

Mieszanina

wybuchowa

może być zapalona – pobudzona do wybuchu,

najrozmaitszymi czynnikami zewnętrznymi, które dostarczą dostateczną ilość energii do

zapoczątkowania reakcji. Czynników tych może być wiele działających pojedynczo lub

współdziałających, można do nich zaliczyć:

* nagrzane powierzchnie,

* iskry w obwodach elektrycznych,

* wyładowania atmosferyczne,

* wyładowania elektryczności statycznej,

* otwarty płomień,

* iskry mechaniczne.

* różnego rodzaju promieniowanie

2

Każda iskra wywołana zarówno czynnikami elektrycznymi, jak i mechanicznymi jest

nośnikiem energii cieplnej. Największą zdolność zapalenia mieszanin wybuchowych mają

jednak iskry elektryczne bowiem towarzyszy im szereg dodatkowych zjawisk ułatwiających

zapalenie mieszaniny, np. jonizacja.

Wiele substancji chemicznych w mieszaninie z powietrzem zapalanych przez iskry

elektryczne w ogóle nie reaguje na iskry mechaniczne.

Również nie każda iskra elektryczna jest zdolna do zapalenia mieszaniny

wybuchowej. Aby mogło nastąpić zapalenie mieszaniny wybuchowej, iskra elektryczna musi

mieć pewną minimalną energię, poniżej której zapalenie mieszaniny nie jest możliwe.

Energia wydzielona w iskrze elektrycznej zależy od szeregu parametrów obwodu

elektrycznego, w którym powstaje – od napięcia, natężenia prądu, indukcyjności, pojemności,

szybkości przerywania obwodu, materiału elektrod. Znajomość minimalnej energii iskier

elektrycznych potrzebnej do zapalenia określonej mieszaniny wybuchowej oraz czynników

zwiększających i zmniejszających jej zdolność zapalającą pozwala na konstruowanie

urządzeń i obwodów z bezpieczną iskrą (iskrobezpiecznych). W tablicy 1. Podano

przykładowo energię zapalającą iskier elektrycznych kilku wybranych mieszanin

wybuchowych

Tablica 1. Przykłady minimalnej wartości energii iskier elektrycznych niezbędnej do

zapalenia mieszanin niektórych gazów i par z powietrzem

Nazwa substancji

Minimalna energia
iskier mJ

Wodór

0,019

Acetylen

0,19

Benzen

0,20

Propan

0,26

Metan

0,28

Aceton

0,6

Alkohol etylowy

0,65

Zapalenie mieszaniny wybuchowej może również nastąpić pod wpływem

podwyższonej temperatury powierzchni bez udziału płomienia lub iskry, jeżeli ta temperatura

przekroczy tzw. temperaturę samozapalenia (samozapłonu) charakterystyczną dla każdej

substancji.

3

Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem

Podstawowymi warunkami bezpieczeństwa w przestrzeniach potencjalnie

zagrożonych wybuchem jest zastosowanie środków przeciwdziałających powstawaniu

mieszanin wybuchowych. Może to być osiągnięte przez zastosowanie podstawowych

środków ochrony:

• eliminację substancji palnych – zmianę technologii,
• zobojętnienie – dodanie gazu niepalnego – azotu, tlenku węgla,
• ograniczenie stężenia substancji palnej,
• wentylację naturalną lub sztuczną.
Jeżeli tych środków nie można zastosować lub użyte nie dają oczekiwanych

rezultatów i zagrożenie wybuchem może nadal wystąpić trzeba zastosować środki wtórne

polegające na użyciu urządzeń, które mogą bezpiecznie pracować w obecności mieszanin

wybuchowych.

Byłoby nieekonomiczne, a czasami wręcz niemożliwe instalowanie we wszystkich

przestrzeniach zagrożonych wybuchem urządzeń o najwyższym stopniu zabezpieczenia. Dlatego,

w celu umożliwienia doboru urządzeń elektrycznych o konstrukcji – stopniu zabezpieczenia,

adekwatnej do stopnia zagrożenia wybuchem wszystkie pomieszczenia i przestrzenie zewnętrzne

potencjalnie zagrożone wybuchem dzieli się na strefy zagrożenia, w zależności od warunków

występowania i czasu utrzymywania się mieszanin wybuchowych.

Dotychczas klasyfikację przestrzeni zagrożonych wybuchem przeprowadzało się

w oparciu o postanowienia rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych z dnia 3 listopada

1992r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych

i terenów. W ostatnim czasie, w ramach przystosowywania naszego prawa do przepisów Unii

Europejskiej, nastąpiła zmiana podstawy prawnej klasyfikacji przestrzeni zagrożonych

wybuchem. W nowym rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia

16 czerwca 2003 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów

budowlanych i terenów stwierdza się, że „klasyfikację stref zagrożenia wybuchem określa

Polska Norma dotycząca zapobiegania wybuchowi i ochrony przed wybuchem”. Normą tą

jest ustanowiona w roku 2002 norma PN-EN 60079-10:2002 Urządzenia elektryczne

w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Część 10: Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych

wybuchem.

Norma ta jest tłumaczeniem normy europejskiej EN 60079-10 i jest zharmonizowana

z dyrektywą Unii Europejskiej 94/9/EC, nazywaną dyrektywą ATEX 100. Dyrektywa ta nie

4

jest jeszcze wprowadzona do polskiego prawa odpowiednim rozporządzeniem ministra.

Należy się spodziewać tego w najbliższym czasie.

Odnośnie do urządzeń elektrycznych norma stanowi podstawę właściwego doboru

i instalowania urządzeń przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

Podstawą uznania przestrzeni za potencjalnie zagrożoną wybuchem jest stopień emisji

czynników tworzących z powietrzem mieszaniny wybuchowe i wentylacja.

Przestrzenie zagrożone wybuchem mieszanin gazów palnych i par cieczy palnych z

powietrzem klasyfikuje się na strefy według częstości i czasu występowania gazowej

atmosfery wybuchowej w następujący sposób:

- strefa 0 – jest to przestrzeń, w której gazowa atmosfera wybuchowa

występuje ciągle lub w dłuższych okresach czasu,

- strefa 1 – jest to przestrzeń, w której pojawienie się gazowej atmosfery wybuchowej

jest prawdopodobne w warunkach normalnej pracy (urządzeń technologicznych),

- strefa 2 – jest to przestrzeń, w której w warunkach normalnej pracy

pojawienie się gazowej atmosfery wybuchowej jest bardzo mało prawdopodobne.

Jeżeli jednak gazowa atmosfera wybuchowa pojawi się rzeczywiście, to tylko na

krótki okres czasu.

Nowe oznakowanie stref zagrożonych wybuchem w stosunku do oznakowania

dotychczasowego przedstawia się następująco:

strefa Z0 strefa 0

strefa Z1 strefa 1

strefa Z2 strefa 2

Nie są jeszcze opublikowane zasady klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem

mieszanin pyłów z powietrzem. Muszą one jednak odpowiadać ściśle zasadom wynikającym

z dyrektywy Unii Europejskiej 94/9/EC. Według tej dyrektywy dotychczasowe strefy

zagrożenia wybuchem mieszanin pyłów z powietrzem oraz wg rozporządzenia Ministra

Infrastruktury (porównanie dotychczasowego i nowego oznakowania stref zagrożonych

wybuchem) powinny być oznaczone: strefa 20, strefa 21 i strefa 22, co w porównaniu

z oznaczeniami dotychczasowymi przedstawia się następująco:

strefa Z10 strefa 20

strefa Z11 strefa 21

- strefa 22

Definicje stopnia zagrożenia poszczególnych stref są identyczne, jak w

przypadku zagrożenia wybuchem mieszanin gazów i par z powietrzem.

5

Przeniesienie zasad klasyfikacji zagrożenia wybuchem z rozporządzenia Ministra

Spraw Wewnętrznych i Administracji do Polskiej Normy w zasadzie nie zmienia procedur

określania i definicji poszczególnych stref zagrożenia wybuchem.

Zasady doboru urządzeń elektrycznych oraz zasady projektowania i wykonania

instalacji elektrycznych wynikają z norm:

- PN-EN 50014U Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych

wybuchem. Wymagania ogólne i metody badań,

- PN-EN 60079 – 14U Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych

wybuchem. Elektryczne instalacje w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

innych niż w kopalniach.

Normy te zostały przyjęte przez Polski Komitet Normalizacyjny w drodze uznania

(oznacza to, że uznano daną normę EN za normę polską) i są, do czasu przetłumaczenia,

dostępne tylko w języku angielskim.

Przy klasyfikacji przestrzeni do odpowiedniej strefy zagrożenia wybuchem oraz przy

doborze urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym trzeba brać pod uwagę:

*właściwości fizyko-chemiczne czynników palnych występujących w danej

przestrzeni;

*charakter procesu technologicznego;

*możliwości przedostawania się czynników palnych do otaczającej przestrzeni;

*wentylację danej przestrzeni;

*przewidywany czas utrzymywania się mieszaniny wybuchowej.

Pomieszczenia i przestrzenie zewnętrzne określa się jako zagrożone wybuchem, jeżeli

może się w nich utworzyć mieszanina wybuchowa powstała z wydzielającej się takiej ilości:

gazów palnych, par, mgieł, aerozoli lub pyłów, której wybuch mógłby spowodować przyrost

ciśnienia przekraczający 5 kPa.

W pomieszczeniach o dużych powierzchniach i na zewnątrz budynków należy

wyznaczać strefy zagrożenia wybuchem, jeżeli mogą wystąpić mieszaniny wybuchowe o

objętości co najmniej 0,01 m

3

w wolnej przestrzeni.

Istnieje szereg prac, przy których a priori zakłada się wystąpienie zagrożenia

wybuchem, np. przy malowaniu, lakierowaniu, klejeniu, myciu, suszeniu przy użyciu

materiałów, których pary mogą tworzyć z powietrzem mieszaniny wybuchowe.

6

Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 czerwca

2003 r. wchodzi w życie z dniem 11 stycznia 2004 r. Do tego czasu formalnie obowiązuje

poprzednie rozporządzenie. Po dniu 11 stycznia 2004r. i po wprowadzeniu do polskiego

prawa dyrektywy ATEX 100A klasyfikację przestrzeni zagrożonych wybuchem będzie się

przeprowadzać zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 60079 10: 2002U.

W przestrzeniach zaliczonych do poszczególnych stref zagrożenia wybuchem mogą

być instalowane tylko urządzenia elektryczne w odpowiednim wykonaniu

przeciwwybuchowym dostosowane do pracy w obecności mieszanin wybuchowych

występujących w tych przestrzeniach.

Adaptacja do polskiego systemu normalizacyjnego norm europejskich

zharmonizowanych z dyrektywą ATEX 100A

Jedną z dyrektyw nowego podejścia i najważniejszą w zakresie urządzeń i instalacji

elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem mieszanin gazów palnych, par cieczy

łatwo zapalnych, aerozoli, mgieł oraz pyłów i włókien z powietrzem jest dyrektywa Wspólnot

Europejskich 94/9/EC z dnia 23 marca 1994r. nazywana dyrektywą ATEX 100A.

W Polsce dyrektywa ATEX 100A zacznie obowiązywać po wprowadzeniu jej do

polskiego prawa w drodze wydania rozporządzenia przez odpowiedniego ministra, podobnie

jak inne dyrektywy Wspólnot Europejskich, np. „dyrektywa niskonapięciowa”

W dyrektywie ATEX 100A sformułowane są zasady integralnego bezpieczeństwa

przeciwwybuchowego i dotyczy ona ujednolicenia (harmonizacji) przepisów prawnych

państw członkowskich Unii Europejskiej w zakresie urządzeń i systemów ochronnych

przeznaczonych do stosowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem w górnictwie i poza

górnictwem. Dyrektywa ta dotyczy zarówno urządzeń elektrycznych, jak i mechanicznych i

była opublikowana w OJEC nr L 100/1 z dnia 19 kwietnia 1994r ( w Dzienniku Urzędowym

Wspólnoty Europejskiej - the Officjal Journal of the European Communities).

Dyrektywa ATEX 100A, podobnie jak każda dyrektywa nowego podejścia zawiera

podstawowe elementy:

- określenie wyrobów, których dotyczy,

- wyszczególnienie wyrobów wyłączonych z jej zakresu działania,

- podział urządzeń na grupy i kategorie,

- podstawowe wymagania bezpieczeństwa i ochrony zdrowia,

- określenie procedur oceny zgodności,

- określenie roli norm zharmonizowanych oraz jednostek notyfikowanych w

procesie oceny zgodności,

7

- wprowadzenie wymagania oznakowania wyrobów symbolem zgodności CE

- terminy obowiązywania dyrektywy i okresu przejściowego.

Dyrektywa ATEX 100A podaje wymagania bezpieczeństwa i ochrony zdrowia w

stosunku do:

- urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach

zagrożonych wybuchem,

- urządzeń zabezpieczających, sterujących i regulacyjnych przeznaczonych do

stosowania na zewnątrz przestrzeni zagrożonych wybuchem, które współpracują z

urządzeniami i systemami wewnątrz stref zagrożonych lub przyczyniają się do ich

bezpiecznej pracy,

- części i podzespołów bez samodzielnych funkcji ale istotnych z punktu widzenia

bezpiecznego funkcjonowania urządzeń i systemów ochronnych,

- urządzeń nieelektrycznych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach

potencjalnie zagrożonych wybuchem.

Wymagania dyrektywy nie dotyczą:

- aparatury elektromedycznej użytkowanej w środowisku medycznym,

- urządzeń i systemów ochronnych w przestrzeniach, w których zagrożenie

wybuchem spowodowane jest przez materiały wybuchowe lub substancje

chemicznie niestabilne,

- urządzeń gospodarstwa domowego, gdy mieszanina wybuchowa może powstać w

wyniku przypadkowego wypływu gazu,

- statków pełnomorskich i ruchomych platform wraz z wyposażeniem pokładowym .

Stałe platformy wraz z wyposażeniem oraz statki nie przeznaczone do żeglugi

dalekomorskiej (poniżej 500T) lecz do żeglugi śródlądowej wchodzą w zakres tej

dyrektywy,

- pojazdów i ich przyczep przeznaczonych do przewozu pasażerów lub towarów

drogą lądową, powietrzną lub wodną z wyjątkiem pojazdów przeznaczonych do

użytkowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem,

- sprzętu zaprojektowanego l wykonanego specjalnie na potrzeby wojska i policji.

8

Certyfikacja, akredytacja, notyfikacja

Zgodnie z dyrektywą ATEX 100A i ustawą z dnia 30 sierpnia 2002r. o systemie oceny

zgodności certyfikację urządzeń przeznaczonych do stosowania w przestrzeniach

zagrożonych wybuchem przeprowadzają jednostki notyfikowane (o których oficjalnie

zawiadomiono inne państwo lub grupę państw), które są przez poszczególne państwa

członkowskie zgłaszane do Komisji Europejskiej. Organom tym Komisja Europejska nadaje

numery identyfikacyjne i publikuje ich listy w dzienniku urzędowym. Organ notyfikowany

musi spełniać wymagania określone w normie EN 45011 (PN-EN 45011:1993) „Ogólne

kryteria dotyczące jednostek certyfikujących wyroby”.

Stan harmonizacji polskich norm w zakresie elektrycznych urządzeń

przeciwwybuchowych

Adaptacją zharmonizowanych norm europejskich zajmuje się Normalizacyjna

Komisja Problemowa nr 64 PKN ds. urządzeń w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

Wynikiem jej prac jest stan adaptacji norm europejskich przedstawiony w tablicy 2.

Tablica 2.

Stan adaptacji norm europejskich w Polsce w zakresie elektrycznych urządzeń

przeciwwybuchowych

Nr normy EN

CENELEC

Nr normy PN

Przedmiot normy:
Urządzenia elektryczne w przestrzeniach
zagrożonych wybuchem

Stan
adaptacji

EN 50014

PN-EN 50014:
2002U

Wymagania ogólne i metody badań uznana

EN 50015

PN-EN 50015:
2002U

Osłona olejowa „o”

uznana

EN 50016

PN-EN 50016:
2002U

Osłona gazowa z nadciśnieniem „p”

uznana

EN 50017

PN-EN 50017:
2002U

Osłona piaskowa „q”

uznana

EN 50018

PN-EN 50018:
2002U

Osłona ognioszczelna „d”

uznana

EN 50019

PN-EN 50019:
2002U

Budowa wzmocniona „e”

uznana

EN 50020

PN-EN 50020:

Budowa iskrobezpieczna „i”

w przygoto-
waniu

EN 50021

PN-EN 50021:
2002U

Zabezpieczenia typu n „n”

uznana

EN 50028

PN-EN 50028

Urządzenia hermetyzowane masą
izolacyjną „m”

w przygoto-
waniu

EN 50033

PN-EN 50033:
2002U

Lampy nahełmne stosowane w
kopalniach metanowych

uznana

9

EN 50039

PN-EN 50039:
2002U

Systemy iskrobezpieczne „i”

uznana

EN 50284

PN-EN 50284:
2002U

Wymagania szczegółowe do budowy,
badań i oznaczania urządzeń grupy II

1)

,

kategorii 1G

2)

uznana

EN 60079-10

PN-EN 60079
-10: 2002U

Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych
wybuchem

ustanowiona

EN 61779-1

PN-EN 61779-1:
2002U

Elektryczne przyrządy do wykrywania
i pomiaru gazów palnych. Wymagania
i badania

uznana

EN 61779-2 PN-EN 61779-2:

2002U

Elektryczne przyrządy do wykrywania
i pomiaru gazów palnych. Wymagania
dla przyrządów grupy I

3)

o zakresie

pomiarowym do 5% (V/V)metanu
w powietrzu

uznana

EN 61779-3

PN-EN 61779-3:
2002U

Elektryczne przyrządy do wykrywania
i pomiaru gazów palnych. Wymagania
dla przyrządów grupy I o zakresie
pomiarowym do 100% metanu

uznana

EN 61779-4

PN-EN 61779-4 Elektryczne przyrządy do wykrywania

i pomiaru gazów palnych. Wymagania
dla przyrządów grupy II

o zakresie

pomiarowym do 100% (V/V) dolnej
granicy wybuchowości

uznana

EN 61779-5

PN-EN 61779-5:
2002U

Elektryczne przyrządy do wykrywania i
pomiaru gazów palnych. Wymagania dla
przyrządów grupy II o zakresie
pomiarowym do 100% gazu

uznana

EN 50104

PN-EN 50104:
2002U

Elektryczne przyrządy do wykrywania i
pomiaru tlenu. Wymagania i metody
badań

uznana

EN 60079-14

PN-EN 60079
-14: 2002U

Elektryczne instalacje w przestrzeniach
zagrożonych wybuchem innych niż w
kopalniach

uznana

EN 60079-17

PN-EN 60079
-17:

Przeglądy i konserwacja instalacji
elektrycznych w przestrzeniach
zagrożonych wybuchem innych niż w
kopalniach

w przygoto-
waniu

EN 50284

PL-EN 50284:
2002U

Wymagania szczegółowe dla budowy,
badań i oznaczania urządzeń grupy II,
kategorii 1G

uznana

1) Przyrządy (urządzenia) elektryczne grupy II są przeznaczone do przestrzeni zagrożonych

wybuchem innych niż kopalnie metanowe.

2) Urządzenia kategorii 1G powinny być zdolne do pracy zgodnie ze swym przeznaczeniem

w przestrzeniach, w których mieszanina wybuchowa gazów i par z powietrzem występuje
stale, długotrwale lub często zapewniając bardzo wysoki stopień bezpieczeństwa.

3) Przyrządy (urządzenia) grupy I są przeznaczone do pracy w podziemiach kopalń

metanowych.

10

W ostatnim czasie prace adaptacyjne zharmonizowanych norm europejskich do

polskiego systemu normalizacji rzeczywiście nabrały tempa. Niepokojące jest jednak

adoptowanie norm europejskich głównie metodą uznania to znaczy przyjmowanie ich za

własne ale wydawanie w języku oryginału – angielskim. Może to w znacznym stopniu

utrudnić, a niekiedy uniemożliwić wprowadzenie ich do codziennej praktyki.

Mimo przyspieszenia tempa adaptacji norm do polskiego systemu normalizacji zostaje

jeszcze moc pracy. Od chwili, kiedy dyrektywa ATEX 100A zacznie obowiązywać w Polsce

będzie potrzeba adaptacji wielu nowych norm nieustannie edytowanych przez CENELEC

bowiem proces adaptacyjny tak naprawdę dopiero się zaczyna.

Obok prac prowadzonych przez europejskie organy normalizacyjne (CEN i

CENELEC) związanych z harmonizacją norm dotyczących elektrycznych urządzeń

przeciwwybuchowych, klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem, wykonania instalacji

elektrycznych i ich eksploatacji prowadzone są prace związane z opracowaniem zaleceń

dotyczących urządzeń laserowych i światłowodowych przeznaczonych do przestrzeni

zagrożonych wybuchem.

Konstrukcje urządzeń elektrycznych w wykonaniu przeciwwybuchowym

Elektryczne urządzenia przeciwwybuchowe są to urządzenia elektryczne, w których

budowie zastosowano środki (rozwiązania konstrukcyjne) zapobiegające zapaleniu

otaczającej je mieszaniny wybuchowej.

Urządzenia elektryczne przeznaczone do stosowania w przestrzeniach zagrożonych

wybuchem mieszanin gazów, par lub mgieł z powietrzem powinny być konstruowane, badane

i oznakowane zgodnie z normą PN-EN 50014 "Urządzenia elektryczne w przestrzeniach

zagrożonych wybuchem - wymagania ogólne" oraz z normami szczegółowymi dotyczącymi

poszczególnych rodzajów budowy przeciwwybuchowej (patrz tablica 3).

Tablica 3. Charakterystyka znormalizowanych rodzajów budowy elektrycznych urządzeń

przeciwwybuchowych

Rodzaj wykonania i
oznaczenie rodzaju wykonania
wg PN i EN

Ogólna charakterystyka

Przykłady zastosowań

Osłona olejowa „o”
PN-EN 50015: 2002U

Części urządzeń, które mogą
iskrzyć lub nagrzewać się są
zanurzone w oleju. Pozostałe
części mają budowę
ognioszczelną lub
wzmocnioną.

Transformatory, rozruszniki
oporowe, łączniki

11

Osłona gazowa z
nadciśnieniem
PN-EN 50016: 2002U „p”

Przedostawaniu się mieszaniny
wybuchowej do wnętrz
obudowy
zapobiega stałe nadciśnienie
gazu ochronnego w stosunku
do otaczającej atmosfery.
Może to być przewietrzanie lub
ciśnienie statyczne.

Aparatura łączeniowa,
analizatory, duże silniki, szafy
rozdzielcze

Osłona piaskowa „q”
PN-EN 50017:2002U

Części iskrzące i nagrzewające
się urządzenia elektrycznego
umieszczone są w obudowie
wypełnionej piaskiem.
W normalnych warunkach
eksploatacji uniemożliwia to
zapalenie mieszaniny
wybuchowej otaczającej to
urządzenie

Transformatory, kondensatory,
grzejniki, skrzynki zaciskowe
przewodów grzejnych.

Osłona ognioszczelna „d”

PN -EN 50018: 2002U

Części mogące zainicjować
wybuch mieszaniny wybucho-
wej umieszczone są w osłonie
ognioszczelnej zapobiegającej
przeniesieniu się wybuchu
powstałego wewnątrz osłony
do otaczającej atmosfery

Aparatura łączeniowa, skrzynki
rozdzielcze, silniki, transforma-
tory oprawy oświetleniowe

Budowa wzmocniona „e”
PN-EN 50019: 2002U

Zastosowane są środki
bezpieczeństwa zapobiegające
min. podniesieniu się
temperatury, powstaniu iskier i
łuku elektrycznego.

Silniki zwarte, oprawy
oświetleniowe, skrzynki
przyłączeniowe i łączeniowe,
skrzynki do instalowania
elementów Ex mających inny
rodzaj zabezpieczeń.

Budowa iskrobezpieczna „i”
PN-EN 50020: 2002U

Urządzenia te zawierają
wyłącznie obwody
iskrobezpieczne. Urządzenie
(obwód) jest iskrobezpieczny,
jeżeli nie powstają w nim iskry
i efekty termiczne podczas
normalnej eksploatacji i w
czasie prawdopodobnych
uszkodzeń.

Urządzenia pomiarów i
automatyki, czujniki,
urządzenia teletechniczne,
oscyloskopy.

Zabezpieczenia typu n „n”
PN-EN 50021: 2002U

Urządzenia elektryczne
niezdolne do zapalenia
mieszaniny wybuchowej w
normalnych warunkach pracy i
w zdefiniowanych
nienormalnych warunkach
pracy

Wszystkie rodzaje urządzeń
przeznaczonych do pracy w
strefie Z2. Mało przydatne do
skrzynek automatyki i
aparatury łączeniowej

Hermetyzowane masą
izolacyjną
PN-EN 50028 „m”

Części, które mogą zapalić
mieszaninę wybuchową zalane
są masą izolacyjną w sposób
uniemożliwiający zapalenie
mieszaniny.

Urządzenia automatyki,

czujniki.

12

Podział urządzeń na grypy i podgrupy

Urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym przeznaczone do

stosowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem podzielone są na grupy:

* grupa I - urządzenia przeznaczone do instalowania w podziemnych wyrobiskach

kopalń zagrożonych wybuchem mieszanin metanu z powietrzem i pyłem węglowym;

* grupa II - urządzenia przeznaczone do instalowania w pomieszczeniach i

przestrzeniach zewnętrznych zagrożonych wybuchem mieszanin gazów palnych lub

par cieczy łatwo zapalnych innych niż kopalnie metanowe.

Urządzenia elektryczne grupy II, w osłonach ognioszczelnych i w wykonaniu

iskrobezpiecznym, są podzielone na podgrupy A, B i C w zależności od właściwości gazów

i par występujących w przestrzeni, do której są przeznaczone (IIA, IIB i IIC).

Podział na podgrupy urządzeń w osłonach ognioszczelnych przeprowadzany jest na

podstawie maksymalnych doświadczalnych bezpiecznych prześwitów szczelin

ognioszczelnych - MESG* określonych za pomocą pojemnika doświadczalnego ze szczeliną

o długości 25mm.

Graniczne prześwity szczelin ognioszczelnych wynoszą:

podgrupa A - MESG powyżej 0,9 mm;

podgrupa B - MESG pomiędzy 0,5 mm i 0,9 mm;

podgrupa C - MESG poniżej 0,5 mm.

W przypadku urządzeń elektrycznych w wykonaniu iskrobezpiecznym gazy i pary

(a zatem i urządzenia elektryczne) podzielone są wg stosunku ich minimalnych prądów

zapalających MIC* do prądu zapalającego metan laboratoryjny.

Graniczne

stosunki

wynoszą:

podgrupa II A - stosunek MIC powyżej 0,8,

podgrupa IIB - stosunek MIC pomiędzy 0,45 i 0,8,

podgrupa II C - stosunek MIC poniżej 0,45.

*MESG i MIC są to skróty zaczerpnięte z oryginalnego tekstu normy w języku angielskim.

Aby zaliczyć gaz lub parę do odpowiedniej podgrupy wystarczy, w większości

przypadków, wyznaczenie jednej z tych wielkości - albo MESG, albo MIC

Urządzenia podgrupy IIB spełniają wymagania stawiane urządzeniom podgrupy IIA,

a urządzenia podgrupy IIC spełniają wymagania stawiane urządzeniom podgrupy IIA i IIB.

W tablicy 4 przedstawione są wzajemne zależności klasyfikacji urządzeń

przeciwwybuchowych ognioszczelnych i iskrobezpiecznych wg. MESG i MIC

13

Tablica 4. Wzajemne zależności klasyfikacji urządzeń przeciwwybuchowych

Klasa wybuchowości Maksymalny,

bezpieczny

prześwit szczeliny gaszącej

Minimalny prąd zapalający w
stosunku do metanu
laboratoryjnego.

IIA

> 0,9 mm

> 0,8

IIB

0,5 mm do o,9 mm

0,45 do 0,8

IIC

< 0,5 mm

< 0,45

Temperatury

Maksymalne temperatury powierzchni

W dokumentacji technicznej urządzeń grupy I powinna być podana maksymalna

dopuszczalna temperatura ich powierzchni. Maksymalna dopuszczalna temperatura urządzeń

grupy I nie może przekraczać:

*150 ºC dowolnej powierzchni, na której może osadzać się pył węglowy;

*450 ºC tam, gdzie osadzanie się pyłu węglowego jest wykluczone, pod warunkiem, że:

rzeczywista maksymalna temperatura powierzchni będzie podana na urządzeniu lub

po numerze certyfikatu będzie umieszczony symbol "X" w celu zaznaczenia

warunków specjalnych bezpiecznego użytkowania.

Przy doborze urządzeń grupy I należy brać pod uwagę wpływ pyłu węglowego i jego

temperaturę tlenia, jeżeli prawdopodobne jest jego osiadanie na powierzchniach o temperaturze

wyższej od 150 ºC.

Urządzenia elektryczne grupy II powinny być zaliczone do jednej z klas

temperaturowych podanych w tablicy 4, mogą one mieć również określoną rzeczywistą

maksymalną temperaturę powierzchni lub ograniczenie stosowania do jednego konkretnego gazu

albo pary.

Tablica. 5. Podział mieszanin wybuchowych na klasy temperaturowe

Klasa temperaturowa

Temperatura samozapalenia
mieszanin wybuchowych

o

C

Maksymalna temperatura
powierzchni urządzeń
elektrycznych

o

C

T1

>450

450

T2

300 ≤ 450

300

T3

>200 ≤ 300

200

T4

>135 ≤ 200

135

T5

>100 ≤ 135

100

T6

>85 ≤ 100

85

14

Najniższa temperatura samozapłonu (samozapalenia) mieszaniny wybuchowej

powinna być wyższa od maksymalnej dopuszczalnej temperatury powierzchni urządzeń

elektrycznych.

W tablicy 6. podane są przykłady klasyfikacji mieszanin wybuchowych par cieczy

palnych i gazów z powietrzem do grup wybuchowości i klas temperaturowych.

Tablica 5. Przykłady klasyfikacji mieszanin wybuchowych do grup wybuchowości i klas

temperaturowych

T1 T2 T3 T4 T5 T6

I

Metan

IIA Aceton

Etan
Etyl
Amoniak
Benzen
Tlenek
węgla
Metan
Metanol
Propan
Toluen

Etanol
Octan
i-amylowy
n-Butan
Alkohol
n-butylowy

Benzyna
Olej
napędowy
Olej
opałowy
n-Hexan
Paliwo
lotnicze

Aldehyd
octowy
Eter
etylowy

IIB Gaz

świetlny

Etylen

IIC

Wodór

Acetylen

Dwusiarczek

węgla

Oznaczenia elektrycznych urządzeń przeciwwybuchowych zgodnie

z normami PN-EN 50014 i PN-83/E-08110

Obecnie produkowane w kraju urządzenia elektryczne przeciwwybuchowe oraz

importowane z krajów Unii Europejskiej oznaczane są zgodnie z wymaganiami normy

PN-EN 50014. Urządzenia znajdujące się w eksploatacji, wyprodukowane przed jej wejściem

w życie są oznaczone zgodnie z już unieważnioną normą PN-83/E- 08110. Oznaczenia te

różnią się od siebie tylko tym, że oznaczenia wg obowiązującej normy zaczynają się od

symbolu EEx, zaś wg normy poprzedniej od symbolu Ex.

Norma PN-EN 50014 podaje system oznakowania elektrycznych urządzeń

przeciwwybuchowych zgodny z normami europejskimi. Ważne jest, aby w celu zachowania

bezpieczeństwa, podany przez normę system oznaczania był stosowany tylko w przypadku

urządzeń elektrycznych, które spełniają wymagania norm europejskich określonego rodzaju

budowy przeciwwybuchowej.

15

Oznaczenie urządzenia elektrycznego przeciwwybuchowego powinno być

umieszczone w miejscu widocznym, na jego głównej części. Oznaczenie to powinno być

czytelne, trwałe i zabezpieczone przed korozją.

Oznaczenie

powinno

zawierać koleino:

*nazwę producenta lub zarejestrowany jego znak handlowy;

*określenie typu, nadane przez producenta;

*symbol EEx wskazujący, że urządzenie elektryczne odpowiada jednemu lub kilku

rodzajom budowy przeciwwybuchowej, spełniając wymagania norm europejskich;

* symbol każdego użytego rodzaju budowy przeciwwybuchowej (tablica)

*symbol grupy urządzenia elektrycznego przeciwwybuchowego:

I - urządzenia elektrycznego przeznaczonego do kopalń metanowych;

II, IIA, IIB lub IIC urządzenia elektrycznego przeznaczonego do przestrzeni innych

niż kopalnie metanowe.

*w przypadku urządzeń elektrycznych grupy II symbol klasy temperaturowej ,

*numer fabryczny;

*nazwę lub znak stacji badawczej oraz numer certyfikatu,

*jeżeli stacja badawcza uzna za potrzebne wskazanie specjalnych warunków

bezpiecznego użytkowania, to za numerem certyfikatu umieszcza się literę X

*wszelkie dodatkowe oznakowanie, opisane w normach europejskich dotyczących

poszczególnych rodzajów budowy przeciwwybuchowej;

*oznakowanie wymagane przez normy dotyczące urządzeń elektrycznych w

wykonaniu normalnym (oznakowanie to nie jest sprawdzane przez stację badawczą).

W podobny sposób oznaczane są części i podzespoły Ex.

Przykłady oznaczania urządzeń elektrycznych przeciwwybuchowych

Do czasu ustanowienia normy PN-EN 50014 elektryczne urządzenia

przeciwwybuchowe były konstruowane i znakowane zgodnie z wymaganiami normy PN-

83/E-08110 - unieważnionej. Poważne ilości tych urządzeń będą eksploatowane jeszcze

przez bardzo wiele lat, aż do ich technicznego zużycia. Dla tego niezbędna jest znajomość ich

cech charakterystycznych i oznaczeń.

Dotychczasowe oznaczenia elektrycznych urządzeń przeciwwybuchowych

zawierają dane wg kolejności przyjętej w normie PN – EN 50014. Wynika to stąd, że

obydwie normy były oparte o rekomendacje IEC..

Podział gazów palnych i par cieczy łatwo zapalnych na klasy temperaturowe wg

normy PN-83/E-08110 i wg normy PN-EN 50014 jest jednakowy.

16

Przykład oznaczenia elektrycznego urządzenia przeciwwybuchowego w osłonie

ognioszczelnej, podgrupy IIB, klasy temperaturowej T4 wyprodukowanego w okresie

obowiązywania normy PN-83/E –08110:

Ex d IIB T3

i normy PN-EN 50014:

EEx d IIB T4

Wymagania dotyczące wszystkich rodzajów urządzeń elektrycznych w wykonaniu

przeciwwybuchowym

Elementy mocujące

Elementy służące do osiągnięcia znormalizowanego rodzaju ochrony

przeciwwybuchowej lub uniemożliwiające dostęp do nieizolowanych części będących pod

napięciem powinny być tak umocowane aby ich poluzowanie lub usunięcie było możliwe

tylko przy użyciu narzędzia.

Wkręty mocujące części obudów zawierających metale lekkie mogą być wykonywane

z metali lekkich lub z tworzyw sztucznych, jeżeli materiał wkrętu jest dostosowany do

materiału obudowy.

Jeżeli któraś z norm europejskich wymaga do określonego rodzaju budowy

przeciwwybuchowej zamknięć specjalnych, to powinny one odpowiadać warunkom

określonym w normie PN-EN 50014 i w normach ISO.

W przypadku urządzeń grupy I łby śrub zamknięć specjalnych, narażonych w czasie

pracy na uszkodzenia mechaniczne, które mogłyby pozbawić urządzenie właściwości

przeciwwybuchowych, powinny być umieszczone w gniazdach ochronnych lub w otworach

wgłębionych.

Blokady stosowane w celu zapewnienia właściwości przeciwwybuchowych

charakterystyczne dla określonego rodzaju budowy powinny być tak skonstruowane, aby nie

można było ich zdemontować lub uszkodzić za pomocą prostych czynności, np. śrubokrętem

lub kleszczami.

Zaciski przyłączeniowe i skrzynki zaciskowe

Urządzenia elektryczne, które mają być przyłączane do obwodów zewnętrznych mogą

być wyposażone w zaciski przyłączeniowe lub w fabrycznie zamontowane na stałe odcinki

kabli. Zaciski przyłączeniowe powinny być chronione skrzynkami zaciskowymi w wykonaniu

przeciwwybuchowym zgodnie z odpowiednią normą europejską.

17

Zacisk do przyłączania przewodu ochronnego lub wyrównawczego powinien być

umieszczony wewnątrz skrzynki zaciskowej w pobliżu innych zacisków przyłączeniowych.

Jeżeli urządzenie elektryczne ma obudowę metalową, to powinno mieć dodatkowy

zewnętrzny zacisk ochronny połączony elektrycznie z zaciskiem w skrzynce

przyłączeniowej. Zaciski zewnętrzne nie są wymagane w urządzeniach elektrycznych

przeznaczonych do przemieszczania pod napięciem, zasilanych kablem zawierającym

przewód ochronny.

Zaciski ochronne wewnętrzne i zewnętrzne nie są wymagane w urządzeniach

elektrycznych II klasy ochronności oraz w urządzeniach w obudowach przewodzących w

systemach instalacji z metalowymi rurami kablowymi.

Zaciski ochronne powinny umożliwiać skuteczne przyłączenie co najmniej jednego

przewodu o przekroju podanym w tablicy 6, a zacisk ochronny zewnętrzny przyłączenie

przewodu o przekroju co najmniej 4 mm

2

.

Tablica 6 Minimalne przekroje przewodów ochronnych

Przekrój

przewodów

Minimalny

przekrój

fazowych

instalacji

przewodu

ochronnego

S mm

2

S mm

2

S ≤ 16

S

16 < S ≤ 35

16

S > 35

0,5 S

Zaciski przyłączeniowe powinny być, tak skonstruowane, aby:

*były skutecznie chronione przed korozją;

*przewody były zabezpieczone przed obluzowaniem i skręceniem;

Podstawowe wymagania w stosunku do wykonania instalacji elektrycznej

(oprzewodowania)

Znane są trzy sposoby wprowadzania przewodów do obudów urządzeń

przeciwwybuchowych i osprzętu: bezpośredni przez uszczelniony dławik, pośredni przez

skrzynkę przyłączeniową poprzedzającą właściwe urządzenie, przez uszczelniony metalowy

przepust (po angielsku ten sposób nazywa się conduit system). System ten polega na tym, że

przez przepust przeprowadzane są przewody pozbawione zewnętrznych powłok ochronnych.

Uszczelniane są one przez specjalne zaślepiane otwory, w korpusie przepustu, masą

uszczelniającą. Sposób ten jest szczególnie przydatny w sytuacji, w której powstaje

niebezpieczeństwo penetracji pary lub gazu wewnątrz kabla i przedostanie się tą drogą

czynnika palnego do wnętrza urządzenia.

18

Stosuje się jeszcze prowadzenie przewodów w rurach stalowych, ale ten sposób jest

w Europie rzadko spotykany.

Przy wykonywaniu instalacji elektrycznych muszą być stosowane co najmniej

następujące zasady:

- połączenia i rozgałęzienia przewodów mogą być wykonywane tylko wewnątrz

obudów urządzeń przeciwwybuchowych i w przeciwwybuchowym osprzęcie instalacyjnym,

- trzeba stosować przewody i kable z zewnętrznymi powłokami z materiałów nie

przenoszących płomienia i bezhalogenowych

- trzeba tak dobrać przewody i osprzęt aby w czasie eksploatacji nie dopuścić do

przekroczenia maksymalnych dopuszczalnych temperatur,

- instalacje powinny być zabezpieczone przed skutkami zwarć i przepięciami.

Eksploatacja elektrycznych urządzeń przeciwwybuchowych

Eksploatacja elektrycznych urządzeń przeciwwybuchowych powinna być prowadzona

zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 60079-17 Przeglądy i konserwacja instalacji

elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem innych niż w kopalniach

Literatura

- PN-EN 50014 + AC Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

Wymagania ogólne,

- PN-83/E-08110 Elektryczne urządzenia przeciwwybuchowe Wspólne wymagania i badania.

Norma zastąpiona normą PN-EN-- 50014,

- Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych z dnia 16 czerwca 2003 r. w sprawie

ochrony -przeciwpożarowej budynków i innych obiektów budowlanych i terenów /Dz. U.

nr 121, poz. 1138 /

Świerżewski M. Instalacje elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

WNT Warszawa 1978,

Świerżewski M. Elektryczne urządzenia przeciwwybuchowe w pytaniach i odpowiedziach

WNT Warszawa 1982

Świerżewski M. Wiadomości techniczne, dwutygodnik, cykl artykułów pt. Urządzenia

elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem Warszawa 1999

Świerżewski M. Elektrosystemy, cykl artykułów na temat elektrycznych urządzeń

przeciwwybuchowych w latach 2001 – 2002 - 2003

=========================