Wymagania dla instalacji elektrycznych w strefach zagrożonych wybuchem

W artykule omówimy, jakie wymagania stawiane są przed firmami i instalatorami podczas projektowania i montażu instalacji elektrycznych w strefach zagrożonych wybuchem.

Klasyfikacja stref zagrożenia wybuchem

Przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac związanych z instalacjami elektrycznymi w strefach zagrożonych wybuchem, konieczne jest przeprowadzenie klasyfikacji stref. Proces ten jest nieodzowny dla zapewnienia bezpieczeństwa i optymalnego doboru urządzeń. Klasyfikacja stref określa stopień zagrożenia, z jakim można się spotkać w danym obszarze, co w praktyce przekłada się na wyodrębnienie stref o różnym poziomie ryzyka:

• Strefa 2 – przestrzeń, gdzie zagrożenie jest minimalne, a gazowa mieszanina wybuchowa może wystąpić tylko przez krótki czas np. w wyniku awarii.
• Strefa 1 – miejsce, gdzie wystąpienie gazowej mieszaniny wybuchowej jest prawdopodobne podczas normalnej pracy,
• Strefa 0 – obszar, gdzie gazowa mieszanina wybuchowa może być obecna stale, przez długi czas lub często,

Dla mieszanin pyłowych stosuje się podobne klasyfikacje, oznaczone jako strefy 20, 21 i 22. Wykorzystując powyższe klasyfikacje, inżynierowie mogą odpowiednio dobierać urządzenia, mając pewność, że będą one bezpieczne w danym środowisku​.

Używanie certyfikowanych urządzeń

Kluczowym wymogiem jest stosowanie wyłącznie urządzeń certyfikowanych zgodnie z dyrektywą ATEX 114. Certyfikacja zapewnia, że każde urządzenie przeszło odpowiednie testy i spełnia wymagania dotyczące bezpieczeństwa w warunkach potencjalnego wybuchu. Certyfikowane urządzenia elektryczne są zaprojektowane tak, aby nie stanowiły źródła zapłonu, nawet w przypadku awarii. Wyjątkiem są tutaj kable i przewody. W stosunku do nich prawo nie nakłada wymagania certyfikacji. Jednakże nie zwalnia to z obowiązku odpowiedniego dobrania ich do warunków pracy. Ciekawi Cię, czy wszystkie urządzenia Ex muszą posaiadać certyfikat ATEX? – Zapoznaj się z kolejnym artykułem.

Projektowanie, dobór i montaż zgodnie z normą

Każda instalacja elektryczna w strefach zagrożonych wybuchem musi spełniać wymogi normy PN-EN 60079-14 Atmosfery wybuchowe. Część 14, Projektowanie, dobór i montaż instalacji elektrycznych. Norma ta szczegółowo opisuje wymagania dotyczące projektowania, instalowania oraz eksploatacji instalacji i urządzeń elektrycznych w takich strefach. Dodatkowo norma ta uwzględnia zagrożenia specyficzne dla danej przestrzeni oraz wymaga stosowania urządzeń przeciwwybuchowych o odpowiednim poziomie ochrony, zgodnie z klasyfikacją przestrzeni.

Ograniczenie do minimum instalacji elektrycznych w strefach zagrożenia wybuchem

Każde urządzenie elektryczne zamontowane w strefie zagrożonej wybuchem stanowi potencjalne źródło zapłonu. Nawet jeśli każde z tych urządzeń spełnia normy bezpieczeństwa i jest odpowiednio zabezpieczone i certyfikowane, samo ich funkcjonowanie w strefie zwiększa potencjalne ryzyko wybuchu.

Dlatego niezwykle istotne jest ograniczenie liczby instalacji elektrycznych do absolutnego minimum. Celem powinna być minimalizacja nie tylko liczby urządzeń, ale i przewodów oraz złączy elektrycznych w strefach zagrożonych. Ograniczenie ilości elementów w strefie pozwala więc na zredukowanie prawdopodobieństwa awarii.

Optymalizacja projektowa

Już na etapie projektowania instalacji elektrycznej w strefach zagrożonych wybuchem, kluczowe jest przemyślenie, które urządzenia i elementy są niezbędne. Projektanci muszą dążyć do stworzenia możliwie najprostszych układów, które spełnią swoje zadania przy jak najmniejszej liczbie komponentów. W praktyce oznacza to na przykład minimalizowanie długości tras kablowych, a także centralizowanie funkcji sterowniczych i rozdzielczych poza strefami zagrożonymi.

Zmniejszenie kosztów konserwacji

Mniej instalacji i urządzeń elektrycznych w strefach zagrożonych to również mniejsze koszty konserwacji. Każde urządzenie w takich przestrzeniach wymaga regularnych przeglądów, kontroli stanu technicznego oraz ewentualnych napraw. Aby je wykonać, konieczne zawsze jest usuniecie atmosfery wybuchowej, co zwykle wiąże się z koniecznością zatrzymania produkcji. Ograniczenie liczby instalacji i urządzeń oznacza mniejszą liczbę elementów, które trzeba monitorować, co obniża zarówno koszty eksploatacji, jak i ryzyko wystąpienia awarii podczas pracy.

Przenoszenie urządzeń poza strefy zagrożone wybuchem

Jedną z fundamentalnych zasad projektowania instalacji elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem jest przenoszenie instalacji i urządzeń elektrycznych, o ile to możliwe, poza strefy zagrożone. Dotyczy to przede wszystkim systemów rozdzielczych, sterowniczych oraz innej aparatury kontrolnej. Celem tego podejścia jest zmniejszenie ryzyka awarii poprzez zminimalizowanie liczby urządzeń pracujących w bezpośrednim sąsiedztwie potencjalnych źródeł wybuchu. W niektórych branżach, jak np. w petrochemii i chemii występuje tak dużo Stref Ex, że ciężko jest przenieść wiele urządzeń elektrycznych poza strefy zagrożenia wybuchem, jednakże warto poniżej rozważyć kilka korzyści, jakie zapewnia przenoszenie urządzeń, gdy tylko jest to możliwe.

Przenoszenie systemów sterowniczych i rozdzielczych

Systemy sterownicze, rozdzielnice oraz inne urządzenia, które nie muszą bezpośrednio działać w strefach zagrożonych, powinny być przeniesione poza te strefy. Dzięki temu urządzenia te będą pracowały w bezpiecznych warunkach, a jednocześnie będzie można zastosować mniej restrykcyjne wymagania dotyczące ich konstrukcji. Przykładowo, przeniesienie rozdzielnicy poza strefę zagrożenia pozwala na użycie standardowych urządzeń, które nie muszą spełniać wymogów ATEX, co obniża koszty instalacji i eksploatacji.

Co istotne, jeśli można przenieść jakieś urządzenie elektryczne poza strefę zagrożenia wybuchem, osiągniemy te same korzyści, związane z ograniczeniem kosztów eksploatacji i zmniejszeniem ryzyka wystąpienia zapłonu, jak w przypadku projektowania nowych instalacji z minimalną liczbą wymaganych urządzeń pracujących w strefie.

Stosowanie centralnych systemów sterowania

W projektach instalacji elektrycznych w strefach zagrożonych wybuchem przenoszenie urządzeń poza strefy ex często łączy się z zastosowaniem centralnych systemów sterowania i monitoringu. Dzięki nowoczesnym systemom SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) możliwe jest sterowanie pracą urządzeń w strefach zagrożonych wybuchem z centralnej lokalizacji, znajdującej się poza tymi strefami. Tego rodzaju rozwiązania nie tylko zwiększają bezpieczeństwo, ale także umożliwiają bardziej precyzyjne monitorowanie parametrów pracy urządzeń, co pozwala na wczesne wykrywanie potencjalnych awarii i minimalizowanie ich skutków​.

Montaż instalacji elektrycznych w strefach zagrożenia wybuchem zgodny z dokumentacją

Montaż instalacji elektrycznych w strefach zagrożonych wybuchem musi być przeprowadzony z najwyższą starannością, zgodnie z dokumentacją projektową, dokumentacją techniczno-ruchową (DTR) oraz instrukcjami producentów urządzeń elektrycznych. Każdy etap instalacji musi być kontrolowany, aby zapewnić zgodność z przyjętymi standardami bezpieczeństwa i jakości.

Zgodność z dokumentacją techniczną

Dokumentacja techniczna stanowi podstawę każdego projektu instalacji elektrycznej w strefach zagrożenia wybuchem. Wymaga się opracowania szczegółowej dokumentacji, która zawiera dokładne wytyczne dotyczące:

• Doboru urządzeń zgodnych z klasyfikacją stref,
• Parametrów technicznych substancji palnych obecnych w przestrzeni,
• Wytycznych dotyczących montażu, instalacji oraz eksploatacji urządzeń.

Dokumentacja powinna uwzględniać zarówno normy bezpieczeństwa, jak i wymagania producentów urządzeń, zapewniając, że wszystkie elementy instalacji spełniają rygorystyczne normy dotyczące pracy w obszarach zagrożonych wybuchem.

Każdy element instalacji musi być zamontowany zgodnie z planem instalacji przedstawionym w dokumentacji technicznej. Niezgodność montażu z projektem może prowadzić do poważnych błędów, które mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa pracy instalacji. Dlatego niezbędne jest, aby osoby odpowiedzialne za montaż dokładnie analizowały schematy i instrukcje przed przystąpieniem do pracy.

Czytaj więcej o kablach przeznaczonych do pracy w strefach zagrożenia wybuchem.

Weryfikacja stanu technicznego urządzeń

Przed przystąpieniem do montażu konieczne jest sprawdzenie stanu technicznego urządzeń elektrycznych. Wszystkie urządzenia muszą być dokładnie skontrolowane pod kątem zgodności z certyfikatami oraz instrukcjami producentów. Urządzenia, które wykazują jakiekolwiek uszkodzenia mechaniczne lub elektryczne, nie mogą być używane i powinny zostać wycofane z montażu.

Instrukcje montażowe producenta

Każde urządzenie ma swoje specyficzne wymagania dotyczące montażu, które są przedstawione przez producenta w instrukcjach montażowych. Te wytyczne muszą być ściśle przestrzegane. Dotyczy to m.in. właściwego mocowania, ochrony przed czynnikami zewnętrznymi, a także sposobu podłączenia do systemu elektrycznego. Montaż urządzeń przeciwwybuchowych wymaga stosowania odpowiednich materiałów i technik, które zapewnią szczelność oraz zapobiegną tworzeniu się iskier lub łuków elektrycznych.

Połączenia przewodów i wprowadzanie kabli

Instalacje elektryczne w strefach zagrożonych wybuchem muszą być wykonywane w sposób, który zapobiega przedostawaniu się iskier do atmosfery wybuchowej. Dlatego ważnym elementem montażu jest prawidłowe połączenie przewodów oraz wprowadzenie kabli do urządzeń. Wszystkie połączenia muszą być wykonane w sposób szczelny, a miejsca wprowadzeń przewodów muszą być odpowiednio zabezpieczone przed wilgocią i pyłem.

Testy i odbiór instalacji elektrycznych w strefach zagrożenia wybuchem

Po zakończeniu montażu każda instalacja elektryczna w strefach zagrożonych wybuchem musi zostać poddana testom odbiorczym. Testy te obejmują sprawdzenie poprawności montażu, zgodności z dokumentacją, a także funkcjonalności systemów zabezpieczających. Wszystkie testy muszą być udokumentowane, a wyniki powinny potwierdzać, że instalacja spełnia wymagania bezpieczeństwa i jest gotowa do eksploatacji.

Kontrola zgodności z certyfikatami

Każdy element instalacji musi być zgodny z certyfikatami ATEX lub innymi certyfikatami bezpieczeństwa obowiązującymi w danym regionie. Certyfikaty te muszą być sprawdzone przed montażem, a po montażu należy upewnić się, że instalacja działa zgodnie z wymaganiami określonymi w certyfikatach.

Kwalifikacje personelu

Instalacje elektryczne w strefach zagrożonych wybuchem mogą być wykonywane tylko przez wykwalifikowany personel. Pracownicy muszą posiadać odpowiednie kwalifikacje, potwierdzone egzaminami, aby zapewnić, że wszystkie prace są wykonywane zgodnie z obowiązującymi normami. Tylko kompetentne osoby są w stanie prawidłowo przeprowadzić instalacje oraz konserwację, co ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo​.

Wycofanie z pracy uszkodzonych urządzeń

Urządzenia, które uległy uszkodzeniu, nie mogą być użytkowane w strefach zagrożonych wybuchem. Każde uszkodzenie, nawet najmniejsze, może prowadzić do niebezpiecznych sytuacji, dlatego wszelkie wadliwe urządzenia muszą być natychmiast wycofane i zastąpione nowymi, spełniającymi wszystkie wymagania​.

Ochrona przed wpływami zewnętrznymi

Ostatnim z kluczowych aspektów projektowania i eksploatacji instalacji elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem jest ochrona przed wpływami zewnętrznymi. Urządzenia, kable, oraz inne elementy instalacji muszą być odpowiednio zabezpieczone przed różnorodnymi czynnikami środowiskowymi, które mogłyby wpłynąć na ich niezawodność i bezpieczeństwo pracy. W przestrzeniach zagrożonych wybuchem, takie czynniki jak wilgoć, temperatura, wibracje, substancje chemiczne czy promieniowanie mechaniczne mogą nie tylko osłabić strukturę instalacji, ale również zwiększyć ryzyko wybuchu. Należy pamiętać, że w wielu branżach takich jak chemia, czy petrochemia, nie da się wyeliminować trudnego środowiska pracy, dlatego tak ważna jest odpowiednia ochrona instalacji i urządzeń przed tymi czynnikami.

Ochrona przed wpływami zewnętrznymi obejmuje różne aspekty techniczne i środowiskowe, które szczegółowo przedstawiono poniżej:

Zabezpieczenie przed czynnikami środowiskowymi

Urządzenia elektryczne, przewody i kable zainstalowane w strefach zagrożonych wybuchem muszą być odpowiednio chronione przed działaniem środowiska zewnętrznego. Typowe zagrożenia środowiskowe to:

• Czynniki cieplne – Zbyt wysoka temperatura może powodować przegrzewanie się urządzeń, co może prowadzić do awarii lub stworzenia potencjalnych źródeł zapłonu. Z kolei zbyt niska temperatura może wpłynąć na kruchość materiałów i elementów instalacji. Dlatego ważne jest zastosowanie materiałów odpornych na zmienne warunki temperaturowe oraz wprowadzenie środków chroniących urządzenia przed przegrzaniem (np. wentylacja, chłodzenie) lub zamarzaniem (np. ogrzewanie).
• Substancje chemiczne – W strefach przemysłowych, gdzie mogą występować substancje żrące lub inne agresywne chemikalia, konieczne jest stosowanie materiałów odpornych na korozję oraz odpowiednie zabezpieczenie urządzeń przed wpływem tych substancji. Obudowy urządzeń przeciwwybuchowych powinny być wykonane z materiałów odpornych na działanie chemikaliów, a dodatkowo zaleca się stosowanie powłok ochronnych.
• Wilgoć – Wilgoć może przenikać do instalacji elektrycznych, prowadząc do zwarć, korozji przewodów i awarii urządzeń. Dlatego wszelkie połączenia kablowe muszą być szczelne, a urządzenia muszą mieć odpowiedni stopień ochrony IP (Ingress Protection), który zapewnia ich odporność na przenikanie wody. W miejscach szczególnie narażonych na wilgoć stosuje się dodatkowe uszczelnienia i zabezpieczenia hermetyczne.
• Wibracje i wstrząsy – Instalacje elektryczne w strefach przemysłowych mogą być narażone na wibracje wynikające z pracy maszyn i urządzeń. Niezabezpieczone elementy mogą ulec uszkodzeniu mechanicznemu lub obluzowaniu, co stwarza ryzyko powstawania iskrzenia, a w konsekwencji wybuchu. Aby temu zapobiec, należy stosować specjalne mocowania, amortyzatory oraz dodatkowe wzmocnienia mechaniczne, które zapewnią stabilność instalacji.

Zapobieganie iskrzeniu

Zapobieganie powstawaniu iskier w instalacjach elektrycznych w strefach zagrożonych wybuchem jest jednym z kluczowych celów projektowania i eksploatacji takich instalacji. Źródła iskrzenia mogą być różne, od wyładowań elektrostatycznych, poprzez łuki elektryczne, po iskry mechaniczne wynikające z uszkodzeń lub wibracji.

• Izolacja przewodów – Wszystkie przewody i kable muszą być odpowiednio izolowane, a połączenia muszą być wykonane z użyciem odpowiednich osłon. Ważne jest także, aby unikać luźnych połączeń, które mogą prowadzić do powstawania łuków elektrycznych.
• Izolacja części czynnych – Części czynne urządzeń muszą być odizolowane od otoczenia, aby zapobiec przypadkowemu dotknięciu lub uszkodzeniu, które mogłoby prowadzić do wywołania iskry. Stosowanie dodatkowych osłon oraz zapewnienie szczelności urządzeń przeciwwybuchowych to kluczowe elementy minimalizujące ryzyko iskrzenia.

Połączenie z szyną ekwipotencjalną

Wszystkie dostępne konstrukcje i obudowy z materiałów przewodzących muszą być połączone z szyną ekwipotencjalną. Ma to na celu wyrównanie potencjałów elektrycznych, co zapobiega wyładowaniom elektrostatycznym, które mogą prowadzić do powstania iskier i w konsekwencji wybuchu. Ekwipotencjalizacja stanowi jedną z podstawowych metod ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym oraz zapobiega tworzeniu się różnicy potencjałów między elementami przewodzącymi instalacji.

Szyna ekwipotencjalna musi być dobrze uziemiona, a wszystkie połączenia muszą być wykonane zgodnie z normami, aby zapewnić pełną ochronę. Regularne kontrole stanu połączeń ekwipotencjalnych są kluczowe dla zapewnienia ich skuteczności przez cały okres eksploatacji instalacji​.