Budowa wzmocniona Ex e – zasada działania, zalety, ograniczenia
Ochrona przeciwwybuchowa typu Ex e jest zdefiniowana w międzynarodowej normie IEC EN 60079-7. Poniżej wyjaśnimy zasadę działania tego zabezpieczenia, pokażemy przykładowe zastosowania, a przede wszystkim damy garść wskazówek przydatnych dla użytkowników oraz kupujących urządzenia Ex.
Jedno zabezpieczenie, różne nazwy
Zabezpieczenie Ex e w języku angielskim określane jest mianem increased safty, co można przetłumaczyć jako zwiększone bezpieczeństwo. Choć nazwa ta funkcjonuje w języku polskim, to znacznie częściej stosuje się termin budowa wzmocniona, która pojawia się w polskim tytule normy EN 60079-7 pt.: Atmosfery wybuchowe — Część 7: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą budowy wzmocnionej „e”.
Część osób stosuje także określenie urządzenie w obudowie wzmocnionej, co jest pewnym – nie do końca poprawnym – skrótem myślowym.
Warto zatem pamiętać, że nazwy te występują zamiennie.
Zastosowanie ochrony Ex e
Zabezpieczenie Ex e jest przeznaczona do stosowania w 1 oraz 2 strefie zagrożonych wybuchem, czyli w atmosferach generowanych przez obecność palnych gazów oraz par cieczy palnych. Nie stosuje się jej natomiast dla gazowej strefy 0 oraz dla 20, 21 oraz 22 strefy pyłowej.
Ochrona poprzez budowę wzmocnioną jest jednym z najpopularniejszym zabezpieczeń stosowanych w urządzeniach przeznaczonych do pracy w gazowych strefach zagrożonych wybuchem. Możesz ją spotkać m.in. w urządzeniach takich jak:
- oprawy oświetleniowe,
- wyłącznik izolacyjne i główne / wyłączniki bezpieczeństwa,
- skrzynki łączeniowe,
- panele sterujące,
- rozdzielnice elektryczne,
- dławnice kablowe,
- czujniki i detektory,
- silniki.
Zasada działania ochrony typu Ex e
Koncepcja tego zabezpieczenia dopuszcza, że atmosfera wybuchowa pojawi się we wnętrzu obudowy, co odróżnia ją m.in. od zabezpieczenia Ex m (ochrona przez zalanie masą), czy Ex p (ochrona przez osłonę gazową z nadciśnieniem). Jednocześnie, w odróżnieniu od zabezpieczenia typu Ex d urządzenia budowy wzmocnionej Ex e nie są odporne na ciśnienie wybuchu w ich wnętrzu.
Na czym zatem polega zabezpieczenie Ex e?
Koncepcja zabezpieczenia Ex e zakłada ograniczenie prawdopodobieństwa wystąpienia źródeł zapłonu (np. temperatura, iskry, łuki elektryczne) zarówno na powierzchni obudowy urządzenia jak i w jego wnętrzu. Zadanie to jest realizowane głównie poprzez:
- zapewnienie, że temperatura na powierzchni komponentów montowanych wewnątrz urządzenia jak i na samej obudowie nie przekroczy temperatury samozapłonu atmosfery wybuchowej, w której urządzenie będzie mogło być zamontowane. Należy to potwierdzić w toku obliczeń termicznych, które uwzględnią parametry elektryczne zastosowanych w urządzeniu komponentów (w zależności od urządzenia mogą to być złącza, wyłączniki, lampki kontrolne, amperomierze, woltomierze, przewody, komponenty sterujące itd.),
- ograniczenie ryzyka przeskoku łuków elektrycznych, iskrzenia oraz temperatury m.in. poprzez zagwarantowanie pewnych połączeń elektrycznych, uziemienia, właściwie dobranych materiałów elektroizolacyjnych oraz odpowiednich odległości izolacyjnych i powierzchniowych zgodnie z normą En PN 60079-14 (odległość izolacyjna: najkrótsza odległość między dwoma przewodzącymi elementami lub między przewodzącym elementem, a powierzchnią ograniczającą urządzenia mierzona w powietrzu; odległość powierzchniowa: odległość między dwoma przewodnikami wzdłuż powierzchni izolacyjnej. Odległość powierzchniowa musi być większa lub równa odległości izolacyjnej),
- ograniczenie ryzyka wystąpienia wewnątrz obudowy źródeł zapłonu poprzez zastosowanie komponentów w wykonaniu przeciwwybuchowym (dopuszcza się stosowanie komponentów z innym zabezpieczeniem niż Ex e np. w obudowie Ex e może być zamontowany komponent elektroniczny z zabezpieczeniem Ex m (zalanie masą) – więcej informacji na ten temat znajdziesz w części: Urządzenia budowy mieszanej);
- stosowanie dławnic kablowych w wykonaniu przeciwwybuchowym (w obudowie Ex e dopuszcza się stosowanie dławnic Ex e lub Ex d),
- ograniczenie ryzyka uszkodzenia obudowy poprzez odpowiednie wykonanie materiałowe zgodnie z normą PN EN 60079-0.
Poziomy zabezpieczenia Ex e
Ten sam typ ochrony przeciwwybuchowej może zapewniać różne poziomy bezpieczeństwa, które zostały określone w normie PN EN 60079-14. Poniżej znajdziesz tabelę ze wspomnianymi poziomami wraz z odniesieniem ich do kategorii urządzenia oraz strefy zagrożenia wybuchem, w jakiej dane urządzenie może być stosowane.
| Oznaczenie EPL | Poziom ochrony | Kategoria urządzenia (ATEX) | Strefa zagrożenia wybuchem |
|---|---|---|---|
| Ga/Da | Bardzo wysoki | 1G/1D | 0/20 |
| Gb/Db | Wysoki | 2G/2D | 1/21 |
| Gc/Dc | Podwyższony | 3G/3D | 2/22 |
G – gazy. D – pyły.
Warto podkreślić, że urządzenia Ex e występują wyłącznie w wersji Gb i Gc co oznacza, że są przeznaczone do stosowania w 1 oraz 2 strefie zagrożenia wybuchem (gazy i pary).
Co jednak z pozostałymi strefami zagrożenia wybuchem?
Strefa 0: jeśli spojrzymy na listę urządzeń dla jakich stosuje się zabezpieczenie Ex e, to szybko wyciągniemy wniosek, że praktycznie nigdy nie stosuje się ich w strefie 0, czyli np. w zbiorniku, w którym w sposób stały występuje gazowa atmosfera wybuchowa. Bo jak często w takich warunkach potrzebujemy zastosować panel sterowania, silnik?
Strefy pyłowe 20, 21, 22: natomiast, aby móc stosować urządzenie w pyłowych strefach zagrożenia wybuchem (20, 21, 22) można zastosować inne zabezpieczenie np. Ex t, które stanowi swego rodzaju odpowiednik zabezpieczenia Ex e w strefach gazowych. To jak wygląda oznaczenie urządzenia posiadającego oba rodzaje zabezpieczenia pokazaliśmy poniżej na przykładzie przeciwwybuchowej oprawy oświetleniowej.
Historycznie urządzenia Ex e często konkurują z urządzeniami Ex d. Każdy z tych rozwiązań ma swoje zalety przy czym rozwiązaniem bardziej uniwersalnym są urządzenia budowy wzmocnionej. Porównajmy zatem oba typu zabezpieczenia:
| Ex e | Ex d | |
|---|---|---|
| Koszty zakupu | 🟢 | 🔴 |
| Koszty użytkowania | 🟢 | 🔴 |
| Niezawodność zabezpieczenia | 🟢 | 🔴 |
| Waga | 🟢 | 🔴 |
| Możliwość stosowania w strefie 0 | 🔴 | 🔴 |
| Łatwość i częstotliwość serwisu | 🟢 | 🔴 |
Dane w powyższej tabeli stanowią pewne uśrednienie, dlatego przed zakupem należy przeprowadzić niezależną analizę „za” i „przeciw”.
Przykład cechy przeciwwybuchowej
Poniżej przedstawiamy kilka przykładów wraz z wyjaśnieniem. Skupimy się w tym miejscy wyłącznie na aspektach związanych z zastosowanymi w urządzeniu zabezpieczeniami.
Przykład 1 – Przeciwwybuchowa oprawa oświetleniowa OptiLine – wersja podstawowa
| Cecha przeciwwybuchowa | II 3 G Ex ec IIC T4 Gc |
- Gc – gdzie G oznacza możliwość stosowania w gazowych strefach zagrożenia wybuchem, natomiast c podwyższony poziom zabezpieczenia.
- Ex ec – gdzie Ex e oznacza ochronę poprzez budowę wzmocnioną, natomiast c stanowi powtórzenie informacji o podwyższonym poziomie zabezpieczenia.
W tym przypadku sytuacja jest dość prosta gdyż mamy do czynienia z urządzeniem, które posiada tylko jeden typ ochrony przeciwwybuchowej (Ex e) o poziomie c (możliwość stosowania w strefie 2). Wspomniane zabezpieczenie odnosi się do korpusu oprawy, we wnętrzu, której należy stosować komponenty w wykonaniu Ex.
Zabezpieczenie Ex e można łączyć w jednym urządzeniu z innymi zabezpieczeniami. W tym jednak przypadku cecha przeciwwybuchowa nie wskazuje na zastosowanie innych typów zabezpieczeń, co pozwala wnioskować, że zarówno obudowa urządzenia jak i komponenty wewnątrz (przyciski, amperomierze, dławnice, złącza itd.) posiadają zabezpieczenie Ex e.
Przykład 2 – Przeciwwybuchowy panel sterowania HARDO
| Cecha przeciwwybuchowa | II 2 G Ex db eb mb IIB T4 Gb |
- Gb – gdzie G oznacza możliwość stosowania w gazowych strefach zagrożenia wybuchem, natomiast b wysoki poziom zabezpieczenia.
- Ex db eb mb– gdzie Ex e oznacza ochronę poprzez budowę wzmocnioną, natomiast b stanowi powtórzenie informacji o wysokim poziomie zabezpieczenia.
- Ex db ebmb– gdzie Ex d oznacza ochronę poprzez osłonę ognioszczelną, natomiast b stanowi powtórzenie informacji o wysokim poziomie zabezpieczenia.
- Ex dbeb mb – gdzie Ex m oznacza ochronę poprzez uszczelnienie poprzez zalanie masą, natomiast b stanowi powtórzenie informacji o wysokim poziomie zabezpieczenia.
W tym przykładzie mieliśmy, aż trzy rodzaje zabezpieczeń skąd więc wiedzieliśmy, że zabezpieczenie Ex e odnosiło się do obudowy oprawy oświetleniowej (korpus + klosz) natomiast zabezpieczenia Ex d oraz Ex m do komponentów wewnątrz?
Aby móc samodzielnie, tj. bez udziału producenta lub dostawcy, rozszyfrować tę zagadkę potrzebna jest nam znajomość użytych typów zabezpieczeń przeciwwybuchowych oraz praktyczne doświadczenie.
Przeanalizujmy tę sytuację.
W powyższym przypadku mamy do czynienia z panelem sterowania, w którym co do zasady wykorzystuje się komponenty z ruchomymi elementami (np. przyciski) co eliminuje możliwość całkowitego wypełnienia wnętrza takiego urządzenia masą uszczelniającą. Stąd wnioskujemy, że zabezpieczenie Ex m nie odnosi się do obudowy panelu.
Idźmy dalej.
Zabezpieczenie Ex d zakłada, że we wnętrzu urządzenia mogą być stosowane urządzenia w wykonaniu zwykłym (non-Ex), zatem stosowanie tam urządzeń z zabezpieczeniem Ex e nie ma sensu zarówno z technicznego jak i ekonomicznego. Zatem i w tym przypadku zabezpieczenie Ex d nie odnosi się do obudowy panelu.
Na podstawie powyższej analizy możemy stwierdzić z bardzo dużą dozą pewności, że mamy do czynienie z urządzeniem z osłoną budowy wzmocnionej Ex e, we wnętrzu której zamontowano komponenty Ex m i Ex d.
Przykład 3 – przeciwwybuchowa oprawa OptiLine – wersja awaryjna
| Cecha przeciwwybuchowa | II 3 G Ex ec mc IIC T4 Gc |
- Ex ec mc – gdzie Ex e oznacza ochronę poprzez budowę wzmocnioną, natomiast c stanowi powtórzenie informacji o podwyższonym poziomie zabezpieczenia.
- Ex ec mc – gdzie Ex m oznacza ochronę poprzez hermetyzację masą, natomiast c stanowi powtórzenie informacji o podwyższonym poziomie ochrony.
- Gc – gdzie G oznacza możliwość stosowania w gazowych strefach zagrożenia wybuchem, natomiast c podwyższony poziom zabezpieczenia.
Jak wspomnieliśmy wcześniej w urządzeniach Ex e można stosować komponenty z innymi typami zabezpieczeń tworząc w ten sposób urządzenia budowy mieszanej. Dla przykładu awaryjna oprawa oświetleniowa OptiLine HARDO posiada zabezpieczenie Ex e, które odnosi się do jej obudowy. Z kolei w jej wnętrzu znajduje się komponent z ochroną Ex m (zabezpieczenie poprzez hermetyzację masą).
Warto w tym miejscu podkreślić, że dopuszcza się także inny zapis tej cechy:
II 3 G Ex em IIC T4 Gc
Jak widzisz tym razem obok liter symbolizujących dany typ zabezpieczenia nie występuje informacja o jego poziomie. Wiedzę na ten temat czerpiemy w tym przypadku z oznaczenia Gc.
Jeśli chcesz dowiedzieć się także jak rozumieć pozostałe składowe cechy sprawdź artykuł: Oznaczenia Ex, czyli jak prawidłowo dobrać urządzenie do strefy zagrożenia wybuchem [poradnik + zadania]
Ważne informacje dla firm kupujących sprzęt Ex
Należy pamiętać, że jako klient powinieneś wymagać od producenta prawidłowego wykonania urządzeń Ex. Z kolei po Twojej stronie jest dostarczenie mu kompletu poniższych informacji:
- strefa zagrożenia wybuchem, w której urządzenie będzie zamontowane,
- klasa temperaturowa substancji, która może utworzyć atmosferę wybuchową w strefie zagrożenia, w której urządzenie będzie zamontowane (na tej podstawie określisz możliwą klasę temperaturową urządzenia – jak to zrobić … artykuł o doborze…),
- maksymalna temperatura powierzchni w przypadku atmosfer tworzonych przez pyły obliczoną na podstawie temperatur zapłonu warstwy i obłoku pyłu, który może utworzyć atmosferę wybuchową w strefie zagrożenia, w której urządzenie będzie zamontowane,
- podgrupę wybuchowości gazu / par cieczy / pyłu tworzących atmosferę wybuchową,
- ilość, rodzaj oraz elektryczne parametry pracy komponentów w przypadku urządzeń tworzonych wg
.specyfikacji (np. paneli sterowania lub skrzynek łączeniowych), - miejsce pracy – podziemne kopalnie / pozostałe zakłady przemysłowe,
- parametry pracy (temperatura, czynniki zwiększające korozję, zapylenie, wilgoć, ekspozycja na promieniowanie UV, inne istotne z punktu widzenia użytkownika).