DimSolve - Dimensionare instrumentatie

TIPURI DE PROTECTII ANTIEXPLOZIVE PENTRU APARATURA ELECTRICA. GRUPA a II-a

Nota: In randurile de mai jos se face referire doar la grupa a II-a de aparatura electrica, cea utilizata in industriile de la suprafata. Aparatura electrica utilizata in medii explozive se imparte in doua grupe:

• grupa I: aparatura electrica pentru mine grizutoase;
• grupa a II-a: aparatura electrica pentru locuri cu o atmosfera potential exploziva, altele decat minele grizutoase.

CLASIFICAREA ATMOSFERELOR EXPLOZIVE. PERICOL DE EXPLOZIE

Pentru producerea unei explozii trebuie sa existe simultan trei factori in acelasi timp si in acelasi spatiu (triunghiul de aprindere) :

• Substante inflamabile: gaze si pulberi inflamabile care se afla in concentratie critica;
• Substanta oxidanta ca suport al combustiei violente (explozie): aer (21% oxigen), oxigen pur, substante oxidante (permanganat de potasiu, etc.);
• Sursa de aprindere: suprafete fierbinti, flacari si gaze fierbinti, scantei produse mecanic, instalatii electrice, curenti de compensatie, electricitate statica, fulgere, ultra-sunete.

Energia minima de aprindere a atmosferei explozive depinde de substanta inflamabila, conditiile de temperatura, presiune si umiditate. In documentele care clasifica atmosferele explozive este mentionata energia minima de aprindere in conditii normale de temperatura, presiune si umiditate.

In functie de criteriul curentului minim de aprindere (MIC) atmosfera exploziva din grupa a II-a a fost divizata in trei subgrupe: IIA, IIB si IIC.

In functie de criteriul temperaturii echipamentului electric aprinderea atmosferelor datorata suprafetelor fiebinti a impus aditional o noua clasificare. Temperatura maxima de suprafata trebuie sa nu depaseasca valorile din tabelul de mai jos sau alta valoare precizata in standardul tehnic de produs si marcata pe eticheta acestuia.

ZONARE

Zona cu pericol de expozie - spatiul (locul) in care se pot acumula, permanent sau temporar, gaze sau ceturi de lichide inflamabile, precum si praf, in cantitati suficiente, care pot crea atmosfere explozive.

Pe langa factorii prezentati mai sus (energia minima de aprindere si temperatura de suprafata) un factor foarte important este cel care tine cont de probabilitatea (frecventa) de aparitie a atmosferei explozive intr-un spatiu. Clasificarea spatiilor in functie de acest factor conduce la trei tipuri de zone:

• Zona 0 - spatiile in care atmosfera exploziva exista permanent sau pentru intervale lungi de timp;
• Zona 1 - spatiile in care este probabila aparitia unei atmosfere gazoase exploziva in timpul functionarii normale a instalatiilor tehnologice producatoare de gaze inflamabile;
• Zona 2 - spatiile in care nu este probabila aparitia unei atmosfere gazoase exploziva in functionarea normala a instalatiilor explozive si in care, daca totusi apare, este probabil sa apara numai rareori si doar pentru o perioada scurta de timp. datorita unor defecte previzibile.

TIPURI DE PROTECTII ANTIEXPLOZIVE

Fiecare tip de protectie standardizat are la baza cel putin o solutie tehnica care consta in inlaturarea/izolarea unui factor prezent in triunghiul de aprindere.

RELATIA TIP DE PROTECTIE - INDICELE ZONEI

Alegerea echipamentului electric destinat a fi folosit in zone cu pericol de atmosfera exploziva trebuie sa se faca tinand cont de zonarea locului unde urmeaza a fi amplasat.

MARCAREA APARATURII ELECTRICE CU PROTECTIE ANTIEXPLOZIVA

Marcarea aparaturii electrice cu protectie antiexploziva se face astfel:

Exemple: EEx d IIC T4, EEx ia IIC T6, EEx e IIC T4

Nota: In practica se utilizeaza cel mai frecvent pentru aparatura de automatizare amplasata in medii potential explozive urmatoarele tipuri de protectii antiexplozive: EEx d si EEx i. In continuare se vor prezenta doar aceste tipuri de protectie, deoarece celelalte tipuri se utilizeaza mai rar si doar in anumite aplicatii. Precizam ca in majoritatea cazurilor protectia antiexploziva EEx d IIB T4 sau EEx ia IIB T4 este acoperitoare ( de ajuns), tinand cont de relatia tip protectie - indicele zonei. Totusi, datorita diferentei de pret reduse, majoritatea producatorilor ofera unele echipamente de automatizare doar cu protectie antiexploziva EEx d IIC T6 sau EEx ia IIC T6.

TIPUL DE PROTECTIE CAPSULARE ANTIDEFLAGRANTA

Capsulare antideflagranta EEx d - tip de protectie antiexploziva a aparaturii electrice in care partile care pot aprinde atmosfera exploziva sunt plasate intr-o capsulare ce poate sa suporte presiunea dezvoltata pe durata exploziei interioare a unui amestec exploziv si care previne transmiterea exploziei la atmosfera exploziva ce inconjoara capsularea.

Pentru a selecta corect aparatura electrica cu tip de protectie capsulare antideflagranta trebuie avute in vedere urmatoarele:

• clasificarea gazelor si a vaporilor in functie de grupa aparaturii electice;
• clasa de temperatura sau temperatura de aprindere a gazelor sau vaporilor care formeaza amestecul exploziv;
• temperatura ambianta si influentele externe;
• acest tip de protectie este admis numai in zonele 1 si 2.

Capsularea antideflagranta reprezinta una din cele mai raspandite metode de asigurare a protectiei antiexplozive a echipamentelor electrice. Aceasta consta in inchiderea sau includerea partilor conducatoare de curent ale echipamentelor electrice in capsulari solide, rezistente, capabile sa retina presiunea exploziei fara deformarea remanenta si fara distrugerea capsularii si care nu transmit explozia in mediul exploziv.

Mediul cu pericol de explozie, care poate sa apara in procesul tehnologic, este capabil sa patrunda in interiorul vapsularii antideflagrante a echipamentelor electrice, unde poate sa produca aprinderea acestuia, urmata de explozie. Dar, datorita faptului ca toate jonctiunile (legaturile) capsularii sunt executate sub o forma speciala de fante si jocuri calibrate, explozia nu se transmite din capsulare in mediul exploziv.

Cu alte cuvinte, imbinarea capsularii se realizeaza prin interstitii de forme geometrice si dimensiuni precise. Aceste interstitii au rolul de a raci flacara si produsele rezultate dintr-o explozie interioara capsularii, datorita absorbtiei de caldura a materialului flanselor si a destinderii adiabatice. Astfel racite, gazele arse si particulele de metal produse si incinse de explozie, la iesirea lor din capsulare, nu sunt capabile sa produca aprinderea amestecului exploziv dn atmosfera inconjuratoeare. Capsularile antideflagrante si toate piesele de legatura sunt supuse calculului mecanic, care tine cont de presiunea maxima a exploziei ce apare in interioul capsularii.

TIPUL DE PROTECTIE SECURITATE INTRINSECA

Securitate intrinseca EEx i - tip de protectie antiexploziva a aparaturii electrice in care energia din circuit este limitata la valori care nu permit crearea de temperaturi ridicate si/sau scantei de aprindere, respectiv arc electric.

Clasificarea circuitelor cu securitate intrinseca

Din punctul de vedere al coeficientilor de siguranta realizati, echipamentele electrice cu siguranta intrinseca se impart in doua categorii:

• categoria "ia" - echipamentele electrice din catgoria "ia" trebuie sa nu produca aprinderea unei atmosfere explozive date, nici in functionarea normala, nici in cazul unui defect si nici in prezenta oricaror doua defecte, cu urmatorii coeficienti de siguranta: 1.5 in functionarea normala si cu un singur defect si 1.0 cu doua defecte. Categoria "ia" se poate utiliza in zona 0, zona 1 si zona 2;
• categoria "ib" - echipamentele electrice din catgoria "ib" trebuie sa nu produca aprinderea unei atmosfere explozive date, nici in functionarea normala, nici in cazul unui defect, oricare ar fi acesta, cu cu urmatorii coeficienti de siguranta: 1.5 in functionarea normala si cu un singur defect si 1.0 cu un singur defect, daca echipamentul nu contine contacte neprotejate ce produc scantei in partile susceptibile a fi expuse continuu pentru perioade indelungate in atmosfera exploziva. Categoria "ib" se poate utiliza doar in zona 1 si zona 2.

Un circuit cu tip de protectie securitate intrinseca este alcatuit din (vezi figura de mai jos):

• traductor, pozitioner, etc. (in zona exploziva);
• cablu intrinsec (realizeaza transmiterea semnalului din zona exploziva in zona neclasificata si este caracterizat de doi parametrii: capacitatea specifica Cc si inductanta specifica Lc) ;
• bariera de potential si sursa de alimentare (in zona neclasificata).

La instalarea circuitelor cu tip de protectie securitate intrinseca trebuie avute in vedere urmatoarele prescriptii:

Exemplu: Din figura de mai sus se cunosc capacitatile si inductantele necesare dimensionarii unui circuit cu tip de protectie securitate intrinseca. Se presupun pentru cabluri urmatoarele valori acoperitoare: Cc = 197 pF/m si Lc = 0.64 mH/m. In cazuri concrete, inductanta si capacitatea specifica a cablului trebuie luata din catalogul producatorului.

Relatiile de calcul care stau la baza acestei dimensionari sunt urmatoarele:

• Ci + d•Cc < Co
• Li + d•Lc < Lo

In functie de valorile cunoscute din relatiile de mai sus, rezulta necunoscutele pe care dorim sa le aflam. Daca dorim sa calculam distanta maxima d dintre traductor si bariera de potential, de obicei amplasata in camera de comanda, relatiile de mai sus devin urmatoarele:

• d < ( Co - Ci ) / Cc
• d < ( Lo - Li) / Lc

In cazul nostru, rezulta: d < 406 m si d < 5970 m. Se alege minimul dintre cele doua valori, care reprezinta raspunsul problemei: d < 406 m.