Instalacje wykrywania pożaru w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (cz. 1)

Rodzaje stref zagrożenia wybuchem

Aby właściwie dobrać i zainstalować urządzenia do bezpiecznego stosowania w środowisku, w którym może pojawić się atmosfera wybuchowa, należy dokonać klasyfikacji pomieszczeń i przestrzeni zewnętrznych (stref) zagrożonych wybuchem – uwzględniając rodzaj strefy, grupę wybuchowości i klasę temperaturową w przypadku stref gazowych oraz rodzaj strefy i maksymalną temperaturę na powierzchni urządzenia w przypadku stref pyłowych.

Tab. 1. Strefy zagrożenia wybuchem

Norma [8] definiuje trzy strefy zagrożenia wybuchem dla mieszanin substancji palnych w postaci gazu, pary lub mgły z powietrzem oraz trzy strefy dla atmosfer wybuchowych w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu.

Strefa 0 i strefa 20 to miejsca, w których atmosfera wybuchowa występuje stale, przez długie okresy lub często, np. wewnątrz pojemników, rurociągów, zbiorników.

Strefa 1 i strefa 21 to miejsca, w których atmosfera wybuchowa może czasami wystąpić w trakcie normalnych działań, np. bezpośrednie otoczenie miejsc napełniania i opróżniania (pojemników, zbiorników, rurociągów itp.) lub nasypywania i wysypywania (materiałów i substancji, które w zawiesinie powietrznej tworzą mieszankę wybuchową).

Strefa 2 i strefa 22 to miejsca, w których atmosfera wybuchowa nie pojawia się w trakcie normalnego działania, a w przypadku pojawienia się trwa krótko (może obejmować miejsca otaczające strefę 0 lub 1 albo miejsca w bezpośrednim otoczeniu urządzeń, np. pomieszczenia z młynami, w których osiada pył).

Tab. 2. Przykładowe oznaczenie strefy

Klasyfikację stref zagrożenia wybuchem powinny przeprowadzić osoby, które znają właściwości substancji palnych, technologię produkcji i wyposażenie instalacji technologicznej oraz ­potrafią przewidzieć zachowanie się gazów i cieczy palnych po ich uwolnieniu z potencjalnych źródeł emisji. Przeprowadzona klasyfikacja obszarów niebezpiecznych powinna być zapisana w odpowiednim dokumencie, podpisanym zarówno przez projektanta – technologa, jak i użytkownika, zawierającym m.in. rysunki z poziomymi i pionowymi rzutami, pokazującymi rodzaj i zasięg stref, grupy wybuchowości i klasy temperaturowe.

Projektant instalacji sygnalizacji pożarowej, dobierając urządzenia, korzysta z tak podanej informacji dotyczącej strefy zagrożonej wybuchem.

Urządzenia stosowane w przestrzeniach zagrożonych wybuchem mają w swojej konstrukcji lub sposobie działania odpowiednie zabezpieczenia przeciwwybuchowe, czyli takie, które wykluczają lub znacznie ograniczają możliwość zainicjowania wybuchu przez iskrę lub temperaturę powstające w czasie pracy lub podczas awarii. Urządzenia te będziemy dalej nazywać urządzeniami Ex.

Podział urządzeń Ex na grupy i podgrupy

Urządzenia elektryczne przeznaczone do stosowania w pomieszczeniach i przestrzeniach zewnętrznych zagrożonych wybuchem (urządzenia Ex) dzieli się [1] na dwie grupy:

• grupa I – urządzenia przeznaczone do użytku w kopalniach o zagrożeniu metanowym;
• grupa II – urządzenia przeznaczone do użytku w innych miejscach niż kopalnie o zagrożeniu metanowym.

Ten podział urządzeń odpowiada podziałowi atmosfer wybuchowych:

• metan w wyrobiskach podziemnych – grupa I;
• gazy palne i pary cieczy palnych, z wyjątkiem metanu w wyrobiskach podziemnych – grupa II.

Oczywiście projektantów i instalatorów sygnalizacji pożarowej interesować będą wyłącznie urządzenia należące do grupy II, dlatego w dalszej części artykułu ograniczymy się tylko do nich.

Urządzenia przeznaczone do użytku poza kopalniami (grupa II) dzielone są na grupy wybuchowości II (ochrona np. Exe, Exp) i podgrupy wybuchowości IIA, IIB i IIC (ochrona np. Exd oraz Exia/ib/ic) w zależności od właściwości gazów i par w przestrzeni zagrożonej wybuchem, w której będą użytkowane.

Uwaga! Urządzenia podgrupy IIB spełniają wymagania dla urządzeń podgrupy IIA, natomiast urządzenia podgrupy IIC mogą być stosowane zamiast urządzeń podgrup IIA i IIB, gdyż spełniają ich wymagania.

Klasy temperaturowe urządzeń Ex

Urządzenia grupy II klasyfikowane są dodatkowo według klas temperaturowych, określających maksymalną temperaturę osiąganą w czasie pracy przez dowolną część lub powierzchnię urządzenia elektrycznego mogącą zainicjować zapłon otaczającej atmosfery wybuchowej.

Klasyfikację tę ustalono po analizie temperatur zapłonu substancji palnych. Oczywiście urządzenie, które jest oznakowane klasą T6 (co oznacza, że jego obudowa i części nie przekraczają temperatury 85 °C), może być stosowane w atmosferach mających wyższe temperatury samozapłonu.

Urządzenia sygnalizacji pożarowej dla przestrzeni zagrożonych wybuchem zwykle mają klasę temperaturową T6, rzadziej T5 lub T4.

Tab. 3. Klasy temperaturowe urządzeń Ex

Standardowy zakres temperaturowy pracy urządzeń Ex wynosi od –30 °C do +40 °C. Jeżeli temperatura otoczenia, w którym pracuje urządzenie, wykracza poza zakres standardowy, zakres ten podaje się w oznakowaniu z towarzyszącym symbolem T_a.

Kategorie urządzeń Ex

Wśród urządzeń grupy II wyróżnia się kategorie 1, 2 i 3.

Kategoria 1 obejmuje urządzenia tak zaprojektowane, aby mogły poprawnie funkcjonować zgodnie z przeznaczeniem, zapewniając bardzo wysoki poziom zabezpieczenia. Przeznaczone są do użytkowania w miejscach, w których atmosfery wybuchowe są obecne stale lub często w długich okresach, a więc w strefach 0 (gazy) i 20 (pyły).

Kategoria 2 to urządzenia tak zaprojektowane, aby mogły działać poprawnie i zgodnie z przeznaczeniem, zapewniając wysoki poziom zabezpieczenia. Przeznaczone są do użytkowania w miejscach, w których występowanie atmosfer wybuchowych jest prawdopodobne, a więc w strefach 1 (gazy), 21 (pyły) i 22 (pyły przewodzące).

Kategoria 3 to urządzenia tak zaprojektowane, aby mogły poprawnie funkcjonować zgodnie z przeznaczeniem, zapewniając normalny poziom zabezpieczenia. Urządzenia tej kategorii są przeznaczone do użytkowania w miejscach, w których pojawienie się atmosfery wybuchowej jest mało prawdopodobne, a jeżeli się pojawi, to tylko w krótkim okresie – czyli w strefach 2 (gazy) i 22 (pyły nieprzewodzące).

Uwaga! Urządzenia wyższej kategorii (zapewniające wyższy stopień bezpieczeństwa) mogą być stosowane w strefach wymagających urządzeń niższej kategorii, tak więc urządzenie ­kategorii 1 może być stosowane w przypadku atmosfery gazowej we wszystkich strefach 0, 1 i 2, a w przypadku atmosfery pyłowej w strefach 20, 21 i 22.

Do kategorii przyporządkowana jest litera G w przypadku stref gazowych, a D w przypadku stref pyłowych.

Rodzaje budowy przeciwwybuchowej urządzeń Ex

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe urządzeń elektrycznych można osiągnąć poprzez odpowiednią budowę urządzenia, np.:

• osłonięcie obwodów elektrycznych obudowami uniemożliwiającymi przeniesienie wybuchu z obudowy do otoczenia;
• wykonanie obwodów elektrycznych w sposób iskrobezpieczny, wykluczający możliwość, aby urządzenie stało się efektywnym źródłem zapłonu.

Poszczególne rodzaje budowy przeciwwybuchowej urządzeń Ex są objęte normami (międzynarodowymi IEC i europejskimi EN wprowadzonymi do polskich norm PN), szczegółowo określającymi wymagania dotyczące ich konstrukcji i badań elektrycznych. Każdy rodzaj budowy przeciwwybuchowej ma też przypisany jednoznaczny symbol, np.:

• d – osłona ognioszczelna,
• e – budowa wzmocniona,
• ia, ib, ic – wykonanie iskrobezpieczne o różnych poziomach zabezpieczenia,
• ma, mb – hermetyzacja o różnych poziomach zabezpieczenia.

Istnieją również inne rodzaje budowy przeciwwybuchowej, jednakże w dziedzinie sygnalizacji pożarowej raczej nie są one używane.

Budowę przeciwwybuchową d zapewnia osłona wytrzymująca ciśnienie wybuchu mieszaniny wybuchowej i zapobiegająca przeniesieniu się wybuchu do otaczającej osłonę atmosfery, w przypadku gdyby jakikolwiek zamknięty w niej element mógł wywołać zapłon.

Budowę wzmocnioną e zapewniają dodatkowe zabezpieczenia (np. zwiększenie szczelności, zwiększenie odstępów izolacyjnych) przed powstaniem nadmiernej temperatury oraz wystąpieniem łuków i iskier wewnątrz urządzeń elektrycznych i na ich zewnętrznych częściach, normalnie nie wytwarzających iskier i łuków.

Budowę iskrobezpieczną i zapewniają bezpieczne wartości napięć, prądów, rezystancji, indukcyjności, pojemności, wartości L/R oraz spełnienie wymogów materiałowych i konstrukcyjnych dotyczących przeciwdziałania powstaniu iskier o energii zdolnej do wywołania wybuchu.

Urządzenia iskrobezpieczne oraz iskrobezpieczne części urządzeń towarzyszących występują w trzech poziomach zabezpieczenia: ia, ib i ic, przy czym poziom zabezpieczenia ia jest najwyższy.

Budowę hermetyzowaną m zapewnia otoczenie zalewą części urządzenia zdolnych do zapalenia atmosfery wybuchowej wskutek iskrzenia bądź nagrzewania się. Dzięki temu atmosfera wybuchowa nie może zostać zapalona na skutek pracy lub instalowania urządzenia. Urządzenia hermetyzowane mają dwa poziomy zabezpieczenia: ma i mb, przy czym ma reprezentuje wyższy poziom zabezpieczenia.

Zadaniem producenta jest spełnienie wszystkich wymagań norm dotyczących produkowanego urządzenia elektrycznego Ex kategorii 1 i 2 oraz uzyskanie potwierdzającego ten fakt certyfikatu badania typu WE (po poddaniu urządzenia badaniom i próbom przez notyfikowane laboratorium z zachowaniem określonych procedur zgodnie z rozporządzeniem [9]). Jednostka notyfikowana na podstawie badań podaje w certyfikacie cechę przeciwwybuchowości urządzenia. Urządzenia elektryczne Ex kategorii 3 zgodnie z obowiązującymi przepisami muszą posiadać deklarację zgodności CE.

Cecha przeciwwybuchowości jest dla projektanta wskazówką, gdzie i w jakiej atmosferze wybuchowej można użytkować dane urządzenie.

Oznakowanie urządzeń Ex

Zgodnie z rozporządzeniem [9], które wprowadziło do polskiego systemu prawnego dyrektywę 94/9/EC, urządzenia przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem powinny w oznakowaniu zawierać poniższe dane:

• nazwę (lub znak handlowy) i adres producenta;
• serię lub typ urządzenia;
• numer fabryczny (jeżeli jest stosowany);
• rok produkcji;
• oznaczenie (cechę) przeciwwybuchowości (według przykładów poniżej);
• numer certyfikatu badania typu WE, zawierający:
  
  • nazwę jednostki, która przeprowadziła badanie typu i wystawiła certyfikat,
  • dwie ostatnie cyfry roku, w którym przeprowadzono badanie typu WE,
  • skrót ATEX (z ang. ATmosphere EXplosible),
  • numer przeprowadzonego badania;
• oznakowanie CE;
• numer identyfikacyjny notyfikowanej jednostki przy oznakowaniu CE.

Poszczególne elementy oznaczenia (cechy) przeciwwybuchowości urządzenia wyjaśniono na przykładzie w tab. 4.

Tab. 4. Przykład dla (Ex) II 2G Ex ib IIC T6: poszczególne elementy oznaczenia (cechy) przeciwwybuchowości urządzenia
*) We wcześniejszym oznakowaniu można znaleźć zapis EEx, oznaczający zgodność z normami europejskimi; obecnie na całym świecie stosowany jest ujednolicony zapis

Przykłady oznakowania urządzeń Ex stosowanych w sygnalizacji pożarowej

Uniwersalna optyczna czujka dymu, typ DUR-40Ex: (Ex) II 2G Ex ib IIC T6 (producent POLON-ALFA, certyfikat nr KDB 05 ATEX 190X)

• człon II – urządzenie grupy II, przeznaczone do stosowania w przemyśle poza kopalniami
• człon 2G – urządzenie kategorii 2 mogące pracować w strefach 1 i 2 zagrożenia wybuchem, w których występuje atmosfera gazowa G
• człon Ex ib – urządzenie o budowie przeciwwybuchowej Ex, iskrobezpiecznej ib
• człon IIC – w strefach zagrożenia gazami i parami cieczy palnych podgrupa wybuchowości IIC (a więc także IIA i IIB)
• człon T6 – klasa temperaturowa T6 (a więc także T1–T5)

Czujka płomienia trójpasmowa podczerwieni X3301: (Ex) II 2GD EEx de IIC T5-T6 (producent DET-TRONICS, certyfikat nr DEMCO 01 ATEX 130204)

• człon II – urządzenie grupy II, przeznaczone do stosowania w przemyśle poza kopalniami
• człon 2GD – do stosowania w strefach 1 i 2 oraz 21 i 22 zagrożenia wybuchem, w których występuje atmosfera gazowa G lub pyłowa D
• człon EEx de – urządzenie o budowie przeciwwybuchowej EEx (stare oznaczenie), ognioszczelnej d i częściowo wzmocnionej (skrzynka zaciskowa) e
• człon IIC – w strefach zagrożenia gazami i pyłami palnymi podgrupa wybuchowości IIC (a więc także IIA i IIB)
• człon T5-T6 – klasa temperaturowa T5 (a więc także T1–T4) lub T6 (a więc także T1–T5) w zależności od tego, czy jest wykorzystywany grzejnik

Ręczny ostrzegacz pożarowy szeregu BG3:  (Ex) II 1G EEx ia IIC T4 (producent MEDC, certyfikat nr BAS 00 ATEX 1067X)

• człon II – urządzenie grupy II, przeznaczone do stosowania w przemyśle poza kopalniami
• człon 1G – do stosowania w strefach 0, 1 i 2 zagrożenia wybuchem, w których występuje atmosfera gazowa G
• człon Ex ia – urządzenie o budowie przeciwwybuchowej Ex, iskrobezpiecznej ia
• człon IIC – w strefach zagrożenia gazami palnymi podgrupa wybuchowości IIC (a więc także IIA i IIB)
• człon T4 – klasa temperaturowa T4 (a więc także T1–T3)

Separator, typ 9167/*3-11-00: (Ex) II (1)GD [EEx ia] IIC/IIB (producent STAHL, certyfikat nr BVS 04 ATEX E082X)

• człon II – urządzenie grupy II, przeznaczone do stosowania w przemyśle poza kopalniami
• człon (1)GD – urządzenie towarzyszące urządzeniom przeciwwybuchowym kategorii 1, aby mogły być instalowane w strefach 0, 1 i 2 oraz 20, 21 i 22 zagrożenia wybuchem, w których występuje atmosfera gazowa G lub pyłowa D
• człon [EEx ia] – urządzenie towarzyszące, do pracy poza strefami zagrożonymi wybuchem (symbol EEx i symbol rodzaju budowy przeciwwybuchowej w nawiasie kwadratowym), wyposażone w wejście iskrobezpieczne ia do współpracy z urządzeniem pracującym w strefie
• człon IIC/IIB – urządzenie podgrupy IIC, co oznacza także podgrupy IIB i IIA, lecz wymienienie niezależnie podgrupy IIB oznacza inne warunki użytkowania dla tych podgrup (w tym przypadku inne dopuszczalne maksymalne wartości parametrów indukcyjności L0 i pojemności C0)
• brak członu określającego klasę temperaturową – w przypadku urządzeń towarzyszących, nie przeznaczonych do instalowania w strefach zagrożonych wybuchem, nie oznacza się klasy temperaturowej

Uwaga! Jeżeli na końcu numeru certyfikatu umieszczony jest symbol X, oznacza to, że chcąc bezpiecznie eksploatować dane urządzenie, należy się zastosować do specjalnych warunków użytkowania wskazanych w certyfikacie, np. w przypadku czujki DUR-40Ex chodzi o inny niż standardowy zakres temperatury eksploatacji i parametry obwodu iskrobezpiecznego.

Część druga artykułu, omawiająca zasady doboru urządzeń i projektowania instalacji sygnalizacji pożarowej w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, ukaże się w następnym numerze Zabezpieczeń.

mgr inż. Władysław Markowski
POLON-ALFA ZUD

Zabezpieczenia 1/2011

Literatura

1. PN-EN 60079-0:2009 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem gazów, część 0: Wymagania ogólne.
2. PN-EN 60079-7:2010 Atmosfery wybuchowe, część 7: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą budowy wzmocnionej „e”.
3. PN-EN 60079-10:2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, część 10: Klasyfikacja obszarów niebezpiecznych (oryg)
4. PN-EN 60079-11:2010 Atmosfery wybuchowe, część 11: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą iskrobezpieczeństwa „i”.
5. PN-EN 60079-14:2009 Atmosfery wybuchowe, część 14: Projektowanie, dobór, montaż instalacji elektrycznych (oryg).
6. PN-EN 60079-17:2008 Atmosfery wybuchowe, część 17: Kontrola i konserwacja instalacji elektrycznych (oryg).
7. PN-EN 60079-25:2007 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, część 25: Systemy iskrobezpieczne.
8. PN-EN 1127-1:2007 Atmosfery wybuchowe – Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem – Pojęcia podstawowe i metodologia (oryg).
9. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 22 grudnia 2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (Dz. U. 2005, nr 263, poz. 2203).
10. S. Nowak, Elektryczne urządzenia Ex, wyd. II, Automatic Systems Engineering Sp. z o.o., Gdańsk 2009.
11. Praca zbiorowa, Instalacje elektryczne i teletechniczne, Dashofer, Warszawa 2010.