Instalacje wykrywania pożaru w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (cz. 2)

W pierwszej części artykułu (Zabezpieczenia nr 1/2011) przedstawiono charakterystykę i podział stref zagrożonych wybuchem oraz rodzaje obudów urządzeń mogących pracować w poszczególnych strefach. W niniejszej części artykułu omówione zostaną zasady doboru urządzeń i projektowania instalacji sygnalizacji pożarowej w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

Dobór urządzeń Ex

Zadaniem projektanta instalacji sygnalizacji pożarowej (ISP) jest właściwy dobór urządzeń do sklasyfikowanej strefy zagrożonej wybuchem. Od tego zależy bezpieczna praca urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym. Lokalizacji i klasyfikacji stref zagrożonych wybuchem dokonuje (i przedstawia na piśmie) inwestor w porozumieniu z projektantem procesu technologicznego lub użytkownikiem. Informacja ta jest podstawą prac projektanta ISP. Projektant ISP w oparciu o otrzymane dane, a także rozeznanie co do potencjalnych źródeł pożaru określa, jakiego rodzaju czujki pożarowe (dymu, ciepła, płomienia) należy zastosować. Poszukuje więc określonego rodzaju czujek wśród mających certyfikaty badania typu WE, mogących pracować w danej strefie.

Projektant ISP powinien też brać pod uwagę warunki środowiskowe w zagrożonej wybuchem strefie, które mogą wpływać na czujkę: temperaturę otoczenia, wilgotność, korozję, promieniowanie UV, osiadanie pyłu, oddziaływanie chemiczne.

Dobór urządzeń odpowiedniej kategorii i podgrupy w zależności od sklasyfikowanej strefy i grupy wybuchowości atmosfery przedstawiają tab. 1 i 2.

Tab. 1. Dobór urządzeń odpowiedniej kategorii w zależności od sklasyfikowanej strefy wybuchowości atmosfery

2) Część I art. w czasopiśmie Zabezpieczenia Nr 1/2011

Tab. 2. Dobór urządzeń odpowiedniej podgrupy w zależności od sklasyfikowanej grupy wybuchowości atmosfery

3) Część I art. w czasopiśmie Zabezpieczenia Nr 1/2011

Klasę temperaturową urządzenia należy dobrać tak, aby maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni lub jakiejkolwiek części urządzenia (element oznakowania na poz. 8 wg tabeli 3¹) była co najwyżej równa temperaturze samozapłonu substancji palnej.

W poradniku [11] można znaleźć wykaz 270 substancji i ich parametrów fizykochemicznych mających wpływ na powstanie zagrożenia wybuchowego oraz na dobór instalacji i urządzeń elektrycznych.

Instalacje wykrywania pożaru są najczęściej projektowane dla stref 2 i obszarów przyległych. Rzadko montuje się je w strefach 1, a jeszcze rzadziej w strefach pyłowych. W strefach 0 zwykle nie występują.

Urządzenia Ex stosowane w sygnalizacji pożarowej

Do wykrywania pożaru w strefach i pomieszczeniach zagrożonych wybuchem stosowane są:

• czujki pożarowe, głównie dymu i płomienia,
• ręczne ostrzegacze pożarowe,
• sygnalizatory alarmowe.

Jeżeli są to urządzenia w wykonaniu iskrobezpiecznym i, to do połączenia ich z centralą sygnalizacji pożarowej, instalowanej zwykle w strefie bezpiecznej, niezbędne są:

• bariery iskrobezpieczne,
• lub separatory iskrobezpieczne.

Ograniczają one energię (prąd i napięcie) w obwodzie iskrobezpiecznym do wartości bezpiecznych, tj. takich, przy których ewentualny łuk elektryczny nie jest w stanie spowodować zapłonu atmosfery wybuchowej.

Fot. 1. Przykłady czujek w wykonaniu iskrobezpiecznym

Czujka pożarowa PUO-35Ex firmy POLON-ALFA Ex II 2G Ex Ib IIC T6

Czujka pożarowa DUR-40Ex firmy POLON-ALFA Ex II 2G Ex Ib IIC T6

Bariery to proste elementy bierne, w których wyjściowe obwody iskrobezpieczne są chronione przez diody Zenera, rezystory i bezpieczniki.

Zalety barier:

• stanowią stosunkowo tanie rozwiązanie,
• mają małe wymiary,
• są proste w montażu,
• nie wymagają zasilania.

Wady barier:

• wymagają uziemienia – bezpieczeństwo jest uzależnione od jego jakości i poprawności,
• są bardzo wrażliwe na błędy montażu,
• trudno jest dobrać odpowiedni typ bariery,
• nie posiadają izolacji galwanicznej między obwodami wejściowym i wyjściowym.

Uziemienie bariery powinno być wykonane w ten sposób, aby rezystancja połączenia pomiędzy barierą a uziemieniem głównym była mniejsza niż 1 Ω.

Separatory są elementami aktywnymi, w których obwody iskrobezpieczne uzyskuje się poprzez:

• oddzielenie obwodu wejściowego za pomocą transformatora separującego,
• zastosowanie ogranicznika prądu (rezystory) oraz ogranicznika napięcia (diody Zenera).

Zalety separatorów:

• izolacja galwaniczna między wejściem, wyjściem i zasilaniem,
• brak konieczności uziemienia,
• łatwość doboru izolatora,
• odporność na interferencje,
• prosty montaż.

Wady separatorów:

• wyższy koszt niż w przypadku barier,
• większe wymiary (w porównaniu z barierami),
• niekiedy konieczne zewnętrzne zasilanie.

Zarówno bariery, jak izolatory powinny być instalowane w obszarze bezpiecznym i w obudowach zapewniających odpowiedni stopień ochrony IP.

Urządzenia o budowie iskrobezpiecznej ia lub ib są zwykle instalowane wewnątrz pomieszczeń zagrożonych wybuchem: w strefach niebezpiecznych na wolnym powietrzu przeważnie są instalowane urządzenia w obudowie ognioszczelnej d.

Okablowanie instalacji w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

W instalacjach sygnalizacji pożarowej, stosowanych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, „spotykają” się obwody zwykłe, instalowane w części bezpiecznej obiektu, oraz obwody pracujące w strefach 1 lub 2 (zagrożonych wybuchem). Dlatego oprócz wymagań podstawowych, stawianych obwodom „normalnym”, należy uwzględnić wymagania dodatkowe, zapewniające pożądany poziom bezpieczeństwa instalacji w strefie zagrożonej wybuchem.

Kable urządzeń „i” w strefach 1 i 2

W instalacjach z obwodami iskrobezpiecznymi dla stref 1 i 2 urządzenia iskrobezpieczne i towarzyszące im dodatkowe urządzenia zawierające elementy iskrobezpieczne powinny należeć przynajmniej do kategorii bezpieczeństwa ib.

Urządzenia towarzyszące, zawierające elementy (głównie wyjścia) iskrobezpieczne, powinny być zainstalowane poza strefą zagrożoną wybuchem.

Elementy oraz okablowanie urządzeń iskrobezpiecznych i urządzeń towarzyszących (np. barier iskrobezpiecznych) powinny być umieszczone w obudowie zapewniającej ochronę przynajmniej na poziomie IP20.

Przewody w iskrobezpiecznej części instalacji powinny być prowadzone tak, aby nie były narażone na działanie zewnętrznych pól elektrycznych lub elektromagnetycznych (np. wytwarzanych przez przebiegające w pobliżu przewody wysokiego napięcia). Można to osiągnąć przez używanie kabla ekranowanego i (lub) skręcanego bądź poprzez zapewnienie odpowiedniego odstępu od źródeł pola elektrycznego lub elektromagnetycznego.

Dodatkowo kable (zarówno w części iskrobezpiecznej, jak i nieiskrobezpiecznej) powinny spełniać jedno z następujących wymagań:

• obwody iskrobezpieczne powinny być oddzielone od nieiskrobezpiecznych,
• obwody iskrobezpieczne powinny być zainstalowane tak, aby nie były narażone na uszkodzenia mechaniczne,
• obwody iskrobezpieczne i nieiskrobezpieczne powinny być ekranowane, w pancerzu lub w osłonie metalowej.

Obwody iskrobezpieczne i nieiskrobezpieczne nie mogą być prowadzone w jednym kablu. Dodatkowo kable z obwodami iskrobezpiecznymi i nieiskrobezpiecznymi nie powinny być prowadzone w tej samej wiązce lub rurce, chyba że są oddzielone przegrodą z materiału izolacyjnego lub uziemioną przegrodą metalową.

Jeżeli obwód iskrobezpieczny izolowany od ziemi (ze względu na zastosowany separator) jest prowadzony w kablu ekranowanym, ekran powinien być podłączony do ekwipotencjalnego systemu uziemiającego w jednym punkcie. Uziemienie należy wyprowadzić z obudowy, w której znajduje się separator. Część linii dozorowej normalnej (sprzed separatora) należy uziemić przy centrali.

Kable pozostałych urządzeń Ex

Rys. 1 Poglądowy schemat separatora a) i bariery b) iskrobezpiecznej

Połączenia kablowe w strefach Ex powinny być realizowane poprzez dodatkowe elementy połączeniowe (wpusty), przystosowane do danego kabla. Powinny one zapewnić bezpieczeństwo obudowy na poziomie e, dla osiągnięcia odpowiedniego stopnia ochrony tej obudowy (IP minimum 54). Może być również potrzebne użycie dodatkowych elementów uszczelniających (np. dławików) w miejscach wprowadzenia kabli do urządzeń Ex.

Wszędzie tam, gdzie jest to konieczne, należy stosować zabezpieczenia przewodów przed uszkodzeniami mechanicznymi, oddziaływaniem niekorzystnych temperatur, korozją czy też środkami chemicznymi. W sytuacji kiedy nie da się zastosować odpowiedniej osłony mechanicznej, należy poprowadzić okablowanie w rurkach albo zastosować kabel zbrojony, ekranowany, izolowany przy użyciu aluminium bez szwu, izolowany izolacjami mineralnymi lub półsztywnymi osłonami.

Tam, gdzie występują wibracje, należy użyć kabla, który jest na nie wytrzymały i w dłuższym czasie nie ulegnie uszkodzeniu.

W instalacjach należy stosować tylko izolowane kable miedziane, w których napięcie testowe (którym badane są przewody) uziemienia, ekranu wynosi przynajmniej 500 V_AC lub 750 V_DC.

Parametry elektryczne kabli (pojemność i indukcyjność lub pojemność i współczynnik indukcyjność/rezystancja) powinny być wyznaczane według jednego z poniższych warunków:

• najbardziej obciążonego parametru elektrycznego podawanego przez wytwórcę kabla,
• parametru elektrycznego wyznaczonego podczas badania próbki kabla,
• pojemności kabla 200 pF/m i: 1 µH/m lub 30 µH/Ω, kiedy połączenie obejmuje dwie lub trzy żyły zwykłego kabla (z ekranem lub bez).

Jeżeli w instalacji używa się przewodów ekranowanych, ekran należy uziemić w jednym punkcie (w przypadku przestrzeni bezpiecznej linię dozorową przy centrali).

Jeżeli obwód iskrobezpieczny izolowany od ziemi jest prowadzony w ekranowanym kablu, ekran powinien być podłączony do ekwipotencjalnego systemu uziemiającego w jednym punkcie.

mgr inż. Władysław Markowski
POLON-ALFA ZUD

Zabezpieczenia 2/2011

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.

Przypisy

1. Część I art. w czasopiśmie Zabezpieczenia Nr 1/2011).

2. Część I art. w czasopiśmie Zabezpieczenia Nr 1/2011).

3. Część I art. w czasopiśmie Zabezpieczenia Nr 1/2011).