Jak dobrać typ ochrony Ex? Przegląd metod: osłona ognioszczelna, iskrobezpieczna, wzmocniona
Dobór ochrony urządzeń Ex to kluczowy etap podczas projektowania instalacji w strefach zagrożonych wybuchem. Wybór właściwej metody zabezpieczenia decyduje nie tylko o zgodności z wymaganiami formalnymi, ale przede wszystkim o bezpieczeństwie ludzi i procesów technologicznych. W zależności od charakterystyki urządzenia, jego funkcji, rodzaju atmosfery wybuchowej oraz przewidywanych źródeł zapłonu, stosuje się różne typy zabezpieczeń przeciwwybuchowych: m.in osłona ognioszczelna Ex d, obudowa wzmocniona Ex e, obudowa iskrobezpieczna Ex i, a także inne, specjalistyczne metody np. Ex m (hermetyzacja) czy Ex o (zanurzenie w oleju).
Urządzenia przeznaczone do pracy w atmosferach wybuchowych muszą spełniać wymagania dyrektywy ATEX oraz norm serii PN-EN 60079, które określają m.in. ich budowę, parametry pracy, odporność na temperaturę oraz metody zabezpieczeń. Urządzenia te klasyfikuje się według poziomów ochrony EPL (ang. Equipment Protection Level) oraz rodzaju atmosfery wybuchowej (gazy lub pyły).
Do najczęściej stosowanych metod zabezpieczenia należą:
Dodatkowo stosuje się także inne formy ochrony m.in. obudowy z nadciśnieniem (Ex p), zalewanie (Ex m), zanurzenie w oleju (Ex o) czy hermetyzacja (Ex m), jednak w tym artykule skupimy się na trzech najważniejszych typach – Ex d, Ex e oraz Ex i.
Ex d, czyli osłona ognioszczelna, polega na zamknięciu komponentów mogących powodować zapłon (np. styki, przekaźniki, silniki) w obudowie zdolnej wytrzymać ciśnienie wybuchu wewnętrznego i nie dopuścić do jego rozprzestrzenienia się do otoczenia. Mechanizm zabezpieczenia opiera się na tzw. szczelinach dekompresyjnych – specjalnie zaprojektowanych połączeniach mechanicznych (np. gwinty, kołnierze), które chłodzą i zatrzymują płomień.
Ochrona urządzeń Ex d znajduje szerokie zastosowanie w instalacjach, w których występują wysokie prądy łączeniowe, iskrzenie lub powierzchnie gorące – czyli wszędzie tam, gdzie występuje ryzyko zapłonu. Typowymi przykładami są silniki elektryczne, czujniki płomienia, przekaźniki, lampy przeciwwybuchowe.
Ex e, czyli obudowa wzmocniona Ex, to metoda zabezpieczenia, która nie pozwala na wystąpienie zjawisk mogących zapoczątkować zapłon. Urządzenia zaprojektowane w tej technologii nie mogą iskrzyć ani nagrzewać się do niebezpiecznych temperatur. Zabezpieczenie realizowane jest poprzez zwiększone odstępy izolacyjne, stosowanie komponentów o wysokiej wytrzymałości elektrycznej oraz specjalne wykonanie zacisków, osłon i przepustów.
Ochrona urządzeń Ex e stosowana jest głównie w puszkach przyłączeniowych, oprawach oświetleniowych, panelach sterowniczych – tam, gdzie nie ma iskrzenia ani łuków, ale wymagane są wysokie standardy szczelności i trwałości konstrukcyjnej.
Ex i, czyli iskrobezpieczeństwo Ex, to forma ochrony polegająca na ograniczeniu energii elektrycznej w obwodach do poziomu bezpiecznego – takiego, który nie spowoduje zapłonu nawet przy zwarciu. Jest to metoda szczególnie popularna w instalacjach automatyki, czujników i urządzeń pomiarowych.
Układy iskrobezpieczne wymagają stosowania specjalnych barier Ex i, separacji galwanicznej oraz odpowiednio dobranych komponentów. Tylko w ten sposób można sprawić, że nawet poważna awaria nie wygeneruje niebezpiecznego impulsu energetycznego.
Ochrona urządzeń Ex i jest szczególnie zalecana w strefie 0, gdzie atmosfera wybuchowa występuje ciągle lub przez długi czas. Przykłady zastosowań to sondy pomiarowe, czujniki temperatury, przetworniki ciśnienia i urządzenia komunikacyjne.
Wszystkie metody ochrony Ex są szczegółowo opisane w ramach serii normy PN-EN 60079 oraz w ich międzynarodowych odpowiednikach w systemie IECEx. Dla każdej z metod (osłona ognioszczelna, obudowa wzmocniona Ex, iskrobezpieczeństwo Ex) przypisana jest odrębna część normy, definiująca wymagania konstrukcyjne, warunki badania oraz zasady certyfikacji. Przykładowo, ochrona urządzeń Ex d została ujęta w normie PN-EN 60079-1, ochrona urządzeń Ex e w PN-EN 60079-7, a ochrona urządzeń Ex i – w PN-EN 60079-11. Znajomość tych dokumentów jest absolutnie kluczowa na etapie projektowania, walidacji i doboru aparatury do stref zagrożonych wybuchem.
Szerzej o klasyfikacji urządzeń oraz ich dopasowaniu do poziomów EPL przeczytać można w tym artykule: Kategorie urządzeń ATEX i poziomy EPL – jak dobrać urządzenia do stref wybuchowych?
Dobór ochrony urządzeń Ex zależy od wielu parametrów technicznych oraz specyfiki aplikacji. Duże znaczenie ma lokalizacja urządzenia - inaczej projektuje się systemy pracujące wewnątrz pomieszczeń, a inaczej instalacje zewnętrzne narażone na różne czynniki atmosferyczne.
Istotny jest również rodzaj atmosfery wybuchowej, która może zawierać gazy, pyły lub mieszaniny substancji palnych, a także przypisana jej strefa zagrożenia (0, 1, 2 lub 20, 21, 22). Znaczenie ma także temperatura zapłonu substancji palnej oraz klasa temperaturowa urządzenia, która jest określana w przedziale od T1 do T6.
Dla urządzeń zawierających komponenty iskrzące stosuje się zazwyczaj ochronę urządzeń Ex d, w przypadku elementów nieiskrzących odpowiednia będzie ochrona urządzeń Ex e, natomiast obwody sygnałowe i automatyka wymagają ochrony urządzeń Ex i, czyli zastosowania zasad iskrobezpieczeństwa Ex.
W bardziej złożonych aplikacjach możliwe są też rozwiązania hybrydowe, np. przekaźnik z osłoną ognioszczelną (Ex d) umieszczony w obudowie wzmocnionej Ex (Ex e), zasilany przez układ sterujący wykonany w technologii Ex i.
Zależności pomiędzy klasą temperaturową a wyborem odpowiedniego zabezpieczenia zostały dokładnie opisane w tym artykule: T1–T6 bez tajemnic – co musisz wiedzieć o klasach temperaturowych ATEX
Wybór odpowiedniego zabezpieczenia przeciwwybuchowego to proces, który wymaga znajomości technologii, norm oraz praktycznych uwarunkowań pracy urządzenia. Dzięki systemowi Ex możliwe jest precyzyjne dopasowanie ochrony do zagrożenia.