Obudowa ognioszczelna Ex d: zasada działania, zalety, ograniczenia

Obudowa Ex d to jedno z dostępnych rozwiązań w ochronie przeciwwybuchowej – ale nie zawsze jest optymalnym wyborem. W tym artykule pokazujemy, kiedy warto ją wybrać, jakie daje korzyści oraz gdzie pojawiają się jej realne ograniczenia projektowe i eksploatacyjne.

Podstawowe założenia ochrony Ex d

Obudowa Ex d to zabezpieczenie polegające na zastosowaniu specjalnej metalowej obudowy. Nie jest ona jednak idealnie szczelna – do jej wnętrza może wniknąć atmosfera wybuchowa.

Co więcej, wewnątrz obudowy można stosować wyposażenie w wykonaniu zwykłym (non-Ex). Co za tym idzie, dopuszcza się, że we wnętrzu takiego metalowego pancerza mogą wystąpić źródła zapłonu, np. podwyższona temperatura czy iskry, a przez to może dojść do wybuchu. Zadaniem obudowy Ex d jest wytrzymać ciśnienie tego wybuchu oraz zapobiec jego propagacji na zewnątrz urządzenia.

Warto pamiętać, że w przeciwieństwie do rygorystycznych wymogów europejskich Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC), standardy amerykańskie UL i FM dopuszczają wiercenie otworów w obudowie przez użytkownika, o czym możesz dowiedzieć się więcej z artykułu „Obudowy Ex d i Ex e: porównanie koncepcji, korzyści z połączenia.”

Zasada działania ochrony Ex d

Obudowa typu Ex d jest odporna na ciśnienie wybuchu w jej wnętrzu i jednocześnie eliminuje ryzyko zapłonu wtórnego na zewnątrz.

Kluczową rolę odgrywają połączenia mechaniczne, w szczególności między korpusem a pokrywą, które tworzą tzw. szczelinę gaszącą. Jest to przestrzeń, która w kontrolowany sposób:

• uwalnia nadmiarowe ciśnienie,
• gasi płomienie,
• chłodzi wydostające się gazy.

Maksymalną temperaturę zewnętrznej powierzchni obudowy – zarówno podczas normalnej pracy, jak i w chwili wybuchu – określa producent nadając urządzeniu klasę temperaturową (od T1 do T6). Powinna ona być nie wyższa od klasy temperaturowej substancji tworzącej otaczającą obudowę atmosferę wybuchową.

Dzięki temu ani wybuch wewnętrzny, ani nagrzana obudowa nie stają się źródłem zapłonu dla otoczenia. Więcej o roli temperatury w projektowaniu zabezpieczeń ognioszczelnych przeczytasz w artykule: „Obudowy Ex d: temperatura i dobór urządzeń”.

Szczelina gasząca: co to jest i jaką pełni rolę?

Obudowa typu Ex d posiada precyzyjnie zaprojektowane połączenia – tzw. szczeliny gaszące, które mają uwolnić do otoczenia ciśnienie wybuchu, zgasić płomienie i schłodzić gazy spalinowe.

Jest to element wrażliwy eksploatacyjnie – jego stan bezpośrednio wpływa na skuteczność zabezpieczenia. Jeśli szczelina zostanie uszkodzona np. poprzez różnego typu wżery lub rysy zabezpieczenie traci swoją skuteczność (!).

Grozi to wybuchem wtórnym na zewnątrz obudowy jak zaprezentowano to na poniższej animacji:

• fragment 1/3: wybuch w nieuszkodzonej obudowie zostaje ograniczony do jej wnętrza
• fragment 2/3: tworzenie rysy na połączeniu korpus obudowy – pokrywa
• fragment 3/3: transmisja wybuchu poprzez rysę na zewnątrz, gdzie dochodzi do wybuchu wtórnego

Kiedy i gdzie stosuje się obudowę Ex d?

Technika zabezpieczenia Ex d (obudowa ognioszczelna) umożliwia stosowanie w urządzeniu komponentów w wykonaniu przemysłowym (non-Ex). To jedna z kluczowych zalet tego rozwiązania, ponieważ dzięki niej w obszarach zakładów, gdzie występuje strefa zagrożenia wybuchem można zastosować rozdzielnice i panele sterownicze z wyposażeniem w środku, które oryginalnie nie jest przeznaczone do stref Ex.

Choć w niniejszym artykule wiele wątków będzie się odnosić do obudów służących do montażu różnego rodzaju aparatury, w tym łączeniowej, pomiarowej, sterującej, to należy podkreślić, że zastosowanie tej koncepcji ochrony stosuje się do szerokiej gamy produktów.

Przykłady urządzeń w wykonaniu Ex d:

• łączniki i przyciski
• wyłączniki krańcowe
• skrzynki łączeniowe i rozdzielcze
• dławnice kablowe
• oprawy oświetleniowe
• panele sterownicze i aparaturę automatyki
• silniki

Zalety zabezpieczenia Ex d

• Stosunkowo niski koszt w przypadku rozwiązań typowych o niewielkich gabarytach,
• możliwość stosowania wewnątrz obudowy wyposażenia w wykonaniu zwykłym (non-Ex) co obniża koszt urządzenia,
• możliwość montażu wewnątrz urządzenia komponentów iskrzących lub nagrzewających się,
• możliwość zabudowy sprzętu o dużej mocy oraz nietypowych komponentów, które nie są dostępne w wykonaniu Ex.

Ograniczenia zabezpieczenia Ex d

• Bardzo wysoki koszt zakupu obudów o średnich i dużych rozmiarach i ograniczona ilość typoszeregu obudów
• bardzo wysoka waga urządzenia utrudniająca montaż i obsługę
• wysoka wrażliwość szczeliny gaszącej na uszkodzenia (utrata skuteczności zabezpieczenia)
• wysoki koszt naprawy urządzeń (konieczność demontażu i wysyłki do producenta),
• brak automatyki informującej o uszkodzeniach szczeliny gaszącej, a tym samym podwyższone koszty przeglądów (wymagana kontrola z bliska, kontrola szczegółowa szczeliny gaszącej)

Żeby ułatwić montaż i obsługę, standardem w nowoczesnych projektach jest zastosowanie elementów sterowniczych i okienek inspekcyjnych, o których dowiesz się więcej z artykułu „Obudowy Ex d: temperatura i dobór urządzeń”.

Flameproof vs explosion-proof: czy to to samo?

W kontekście obudów Ex d często pojawia się pytanie o różnicę między określeniami „flameproof” i „explosion-proof”. W praktyce oba terminy opisują bardzo podobną koncepcję ochrony – obudowę zdolną wytrzymać wewnętrzny wybuch i zapobiec zapłonowi atmosfery zewnętrznej.

Różnica wynika przede wszystkim z systemu normatywnego. W Europie, w oparciu o normy IEC/ATEX, stosuje się termin „flameproof” i oznaczenie Ex d. Natomiast w Ameryce Północnej, zgodnie z podejściem NEC/UL, używa się określenia „explosion-proof”.

Choć funkcjonalnie rozwiązania te są zbliżone, nie są identyczne. Różnią się wymaganiami testowymi, szczegółami konstrukcyjnymi oraz podejściem do eksploatacji – np. w standardach amerykańskich dopuszcza się większą elastyczność modyfikacji obudowy w terenie, podczas gdy w Europie nacisk kładzie się na integralność konstrukcji certyfikowanej przez producenta.

Kluczowe jest jednak to, że zarówno „flameproof”, jak i „explosion-proof” odnoszą się do tej samej filozofii bezpieczeństwa – kontrolowania skutków wybuchu wewnątrz obudowy. Nie należy ich utożsamiać z innymi metodami ochrony, takimi jak Ex e, które opierają się na zapobieganiu powstaniu zapłonu.

Obudowa Ex d: zaawansowane technologie w strefie zagrożenia wybuchem

Rosnąca złożoność systemów sterowania, cyfryzacja produkcji oraz upowszechnienie energoelektroniki sprawiają, że w strefach zagrożonych wybuchem coraz częściej pojawia się aparatura, która jeszcze niedawno była domeną wyłącznie środowisk przemysłowych bez wymagań Ex. Przemienniki częstotliwości, zasilacze impulsowe, sterowniki PLC czy systemy komunikacji przemysłowej stają się standardem – również tam, gdzie występuje atmosfera wybuchowa.

Ochrona przeciwwybuchowa nie może być więc jedynie końcowym etapem projektu. Dobór obudowy musi stanowić integralny element koncepcji technicznej. To właśnie na tym etapie rozstrzyga się, czy zaawansowana technologia rzeczywiście będzie mogła pracować w strefie Ex w sposób stabilny, efektywny i ekonomicznie uzasadniony.

W praktyce kluczowe pytanie nie będzie brzmiało: „czy można zastosować dane rozwiązanie w obudowie Ex d?”, lecz: „jak zaprojektować je świadomie, aby w pełni wykorzystać jego możliwości bez tworzenia nowych ograniczeń?”. Jeżeli chcesz skonsultować z naszymi ekspertami możliwości dostosowania Twoich rozwiązań do stref zagrożonych wybuchem, zapraszamy do kontaktu!