Czas działania zabezpieczeń

CZAS ZADZIAŁANIA ZABEZPIECZENIA

W momencie wystąpienia awarii powodującej przeciążenie (np. zablokowanie wirnika) ważne jest, aby zapobiec przekroczeniu dopuszczalnej temperatury silnika. Element zabezpieczający musi więc zadziałać w ściśle określonym czasie tE (rysunek 1). Temperatura silnika nie powinna wówczas przekroczyć temperatury zapłonu wybuchowej mieszaniny gazów w otoczeniu maszyny.

Czas tE jest określany dla danej klasy temperaturowej i zależy od stosunku natężeń prądu chwilowego i prądu znamionowego (IA/IN). Przykład takiej zależności został przedstawiony na rysunku 2. Czas zadziałania zabezpieczenia powinien być tak dobrany, aby nie powodował nieuzasadnionych wyzwoleń przy normalnej pracy silnika i przede wszystkim umożliwiał rozruch silnika. Dobierając element zabezpieczający, należy wziąć pod uwagę charakterystykę prądowo-czasową wymaganą w danej aplikacji.

PODWÓJNA OCHRONA

Oprócz zabezpieczeń o działaniu uzależnionym od natężenia prądu płynącego przez silnik normy wymagają też, aby stosować elementy o innej zasadzie działania. Często w układach ochrony silników stosowane są więc np. termistory połączone z odpowiednim przekaźnikiem. Mierzą one zazwyczaj temperaturę uzwojeń silnika, lecz mogą być też wykorzystane do pomiaru temperatury innych części – np. łożysk.

Podwójna ochrona jest konieczna dlatego, że w wyniku działania zewnętrznych czynników może wystąpić przegrzanie silnika, które nie zostanie wykryte przez przekaźnik przeciążeniowy. Sytuacja taka może wystąpić przykładowo podczas awarii układu chłodzenia. Dlatego często spotykanym rozwiązaniem jest połączenie ochrony silnika przy użyciu np. termicznego wyłącznika bimetalowego i termistora lub termorezystora.

Przykładem elementu zabezpieczającego, który można zastosować w przypadku silników w obudowach wzmocnionych typu "e", jest przekaźnik termistorowy EMT6 oferowany przez firmę Moeller. Producent deklaruje, że przekaźnik ten spełnia wymagania dyrektywy ATEX 94/9/WE i w połączeniu z termistorem zapewnia ochronę termiczną silnika w razie jego przegrzania w różnych sytuacjach.

EMT6 monitoruje dane z czujników termistorowych i odłącza zasilanie w przypadku przegrzania silnika, jednocześnie sygnalizując ten stan za pomocą diod. Do zacisków przekaźnika EMT6 można przyłączyć do 6 termistorów PTC zgodnych z normą DIN 44081, do 2 termistorów zgodnych z normą DIN 44082 o rezystancji ≤250Ω lub 9 czujników PTC o rezystancji ≤100Ω.

Klasyfikacja urządzeń według dyrektywy ATEX 94/9/WE

Grupa I

Urządzenia przeznaczone do pracy w części podziemnej i naziemnej kopalni, w miejscach gdzie może występować niebezpieczeństwo eksplozji metanu lub pyłu węglowego.

Kategorie w obrębie urządzeń z grupy I:

M1. Urządzenia przeznaczone do pracy w atmosferze zagrożenia wybuchem, które zapewniają bardzo wysoki poziom zabezpieczeń. Powinny pozostawać zdolne do pracy nawet w przypadku rzadko występujących awarii w atmosferze zagrożonej wybuchem.
- w sytuacji awarii jednego zabezpieczenia zadziała drugie, niezależne zabezpieczenie,
- w przypadku dwóch niezależnych uszkodzeń poziom bezpieczeństwa zostanie zachowany.

zabezpieczenia przeciwwybuchowe

powodujące, że:

M2. W momencie wystąpienia atmosfery wybuchowej urządzenie powinno zostać wyłączone. Zabezpieczenie przeciwwybuchowe w tych urządzeniach musi zapewnić bezpieczeństwo w czasie normalnej pracy i w trudnych warunkach użytkowania sprzętu (obejmuje to zwłaszcza nieostrożne używanie sprzętu i zmianę warunków środowiskowych).

Grupa II

Urządzenia do pracy w innych miejscach niż kopalnie, ale także narażonych na występowanie substancji wybuchowych. W obrębie grupy II wprowadzono klasyfikację substancji łatwopalnych w zależności od ich wybuchowości, wprowadzając podział na podgrupy IIA, IIB, IIC.

Największe zagrożenie jest związane z występowaniem w danym środowisku substancji zakwalifikowanych do grupy IIC, ponieważ w ich przypadku do zapłonu jest niezbędne dostarczenie najmniejszej energii. Są to następujące substancje: wodór, acetylen, dwusiarczek węgla i hydrazyna. Do grupy IIB zaliczany jest m.in. etylen, siarkowodór, cyjanowodór, eter etylowy. Natomiast w najliczniejszej grupie IIA są np. takie substancje jak: propan, aceton, amoniak, benzyna, benzen, fenol, metan, nafta, olej napędowy, ropa naftowa, tlenek węgla.

Kategorie w obrębie urządzeń z grupy II:

Kategoria 1. Urządzenia są przeznaczone do pracy w miejscach, w których wybuchowe mieszaniny powietrza z gazami, parami, mgłami i pyłami mogą występować stale, przez dłuższy czas lub często. Poziom zabezpieczenia gwarantowany przez urządzenia tego typu musi obejmować sytuację rzadko występującej awarii urządzenia i w związku z tym środki bezpieczeństwa w urządzeniu powinny spełniać dwa identyczne warunki, jak w przypadku kategorii M1:
- w sytuacji awarii jednego zabezpieczenia zadziała drugie, niezależne zabezpieczenie,
- w przypadku dwóch niezależnych uszkodzeń poziom bezpieczeństwa zostanie zachowany.
Kategoria 2. Urządzenia tej kategorii przeznaczone są do pracy w miejscach, w których wystąpienie wybuchowej mieszaniny powietrza z gazami, parami, mgłami i pyłami jest prawdopodobne. Zabezpieczenia w urządzeniach tej kategorii powinny gwarantować bezpieczeństwo nawet w przypadku częstych zakłóceń lub uszkodzeń urządzenia.
Kategoria 3. Urządzenia należące do tej kategorii są przeznaczone do pracy w miejscach, w których istnieje mała szansa wystąpienia wybuchowych mieszanin gazów, par, mgieł i pyłów z powietrzem. Wystąpienie zagrożenia związanego z obecnością groźnych substancji jest możliwe rzadko lub przez krótki czas.

Przedstawione informacje pochodzą z Ministerstwa Gospodarki, na stronie internetowej którego można zapoznać się z treścią dyrektywy ATEX 94/9/WE.

PRZYKŁADY SILNIKÓW Z OCHRONĄ TYPU "e"

Firma Indukta proponuje nie tylko silniki nA. W swojej ofercie ma także silniki w obudowach wzmocnionych typu "e" polecanych do zastosowań w przemyśle chemicznym i naft owym. Producent podaje, że silniki te spełniają wymogi dyrektywy ATEX 94/9/WE oraz normy zharmonizowanej PN-EN 60079-7 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem gazów – Część 7: Budowa wzmocniona "e". Są to trójfazowe silniki asynchroniczne o stopniu ochrony IP55 przeznaczone do zastosowań w środowisku przemysłowym zagrożonym wybuchem (innym niż kopalnie). Zaliczane są do kategorii 2 i mogą pracować zarówno w strefie 1, jak i w strefie 2.

Należą do klasy temperaturowej T3 lub T4. Inną firmą, która ma w swojej ofercie silniki przeciwwybuchowe typu "e", jest Fabryka Silników Elektrycznych Besel z Brzegu. Firma oferuje silniki trójfazowe asynchroniczne, które według klasyfikacji dyrektywy ATEX są zaliczane do kategorii 2. Mogą być stosowane w strefie 1 i 21. Oznacza to, że producent gwarantuje ich bezpieczną pracę w atmosferze zagrożonej wybuchem zarówno łatwopalnego gazu, jak i łatwopalnego pyłu. Silniki te mogą pracować w klasie temperaturowej T3 lub T4.

OCHRONA TYPU "d/de"

Silniki z ochroną typu "de" (przeciwwybuchowe w osłonie ognioszczelnej z elementami obudowy wzmocnionej) oferowane są m.in. przez tarnowską Fabrykę Silników Elektrycznych Tamel. W ofercie producenta są zarówno wersje z ochroną typu d/de przeznaczone do pracy w II grupie i 1 strefie zagrożenia wybuchem oraz silniki kwalifikujące się do grupy I (kopalnie), gdzie istnieje niebezpieczeństwo wybuchu związane z występowaniem metanu i pyłu węglowego.

W przypadku wybranych modeli silników producent deklaruje, że uzyskały one certyfikat zgodności dla grupy gazów IIC (patrz ramka ATEX). Standardowo charakteryzują się klasą temperaturową T4, T5 i T6. Ze względu na stopień ochrony firma zaleca zastosowanie tych urządzeń w przemyśle górniczym, pompach paliwowych oraz na platformach wiertniczych i szybach naftowych.

Silniki w wentylatorach pracujących w strefach Ex

Wentylatory są niezbędnym wyposażeniem wielu pomieszczeń zakładów przemysłowych, m.in. narażonych na niebezpieczeństwo eksplozji. Wśród potencjalnie zagrożonych miejsc znajdują się komory lakiernicze, laboratoria chemiczne i petrochemiczne, magazyny smarów, olejów itp. Wyciągi są też instalowane na niektórych etapach procesów technologicznych do usuwania oparów potencjalnie niebezpiecznych rozpuszczalników (m.in. benzyny, acetonu).

Bezpieczeństwo osób pracujących w takich pomieszczeniach zależy od sprawności odprowadzania pyłów i gazów wybuchowych poza ten obszar. Ważne jest, aby sam wentylator nie stanowił elementu mogącego zapoczątkować eksplozję. Z tego względu w strefach zagrożonych konieczne jest stosowanie wentylatorów w wersjach przeciwwybuchowych. Bezpieczeństwo użytkowania powinno w tym przypadku być gwarantowane przez specjalną konstrukcję wentylatora, obejmującą także odpowiednie zabezpieczenie silnika.

W niektórych rozwiązaniach wentylatorów silnik jest oddzielony od przepływającego, agresywnego medium i jest chłodzony za pomocą specjalnego wlotu doprowadzającego powietrze z zewnątrz. Takie rozwiązanie jest proponowane np. przez firmę BSH Klima Polska w wentylatorze DRVF-K. Ogólnie jednak sama konstrukcja silnika powinna spełniać wszelkie wytyczne bezpieczeństwa, wymagane w strefach zagrożonych wybuchem. Na polskim rynku można spotkać wiele modeli wentylatorów certyfikowanych pod względem zgodności z dyrektywą ATEX.

Wentylatory Venture Industries

Przykładem jest wentylator przeciwwybuchowy EMT (fot. 1) oferowany przez firmę Venture Industries. Firma deklaruje, że produkt spełnia wymogi dyrektywy ATEX 94/9/WE oraz dodatkowo normy zharmonizowanej PN-EN 14986. Jest to wentylator przeznaczony do pracy w strefach zagrożonych wybuchem poza kopalniami i wyrobiskami górniczymi.

Jego obudowa wykonana jest ze stopów aluminium, a niektóre elementy z blachy mosiężnej i/lub aluminiowej. Urządzenie może transportować medium o temperaturze od –20ºC do +60ºC przy temperaturze otoczenia silnika z zakresu od –20ºC do +40ºC. Wentylator jest napędzany trójfazowym silnikiem elektrycznym (230/400V lub 400/690V, 50Hz) w obudowie wzmocnionej typu "e".

Wentylatory Systemair

Inną firmą zajmującą się m.in. produkcją wentylatorów przeciwwybuchowych jest Systemair. Producent ten również deklaruje zgodność z wytycznymi dyrektywy ATEX 94/9/WE, podając, że urządzenia przez niego oferowane mogą pracować w środowisku przemysłowym (grupa II) w strefie zagrożenia 1 dla gazów palnych i mgły cieczy palnych. Nie mogą być natomiast stosowane w kopalniach.

Wentylatory Systemair pracują przede wszystkim w klasie temperaturowej T3, choć dostępne są też wersje typu T4. W przypadku silników do wentylatorów mogą być wykorzystane wersje o ognioszczelnej i wzmocnionej obudowie typu "e" – takie jak np. wentylatory z serii DVV-EX. Silniki zainstalowane w wentylatorach Systemair mają wbudowane czujniki temperatury PTC.

Czujnik zabezpieczenia termicznego silnika musi być połączony z przekaźnikiem, który również powinien być certyfikowany pod kątem zgodności z dyrektywą ATEX 94/9/WE. Przykładem urządzeń, w których zastosowano zabezpieczenie termiczne tego rodzaju, są wentylatory z serii DVS/ DHS/DVSI (fot. 2). Innym przykładem wentylatorów oferowanych przez firmę Systemair są urządzenia z serii EX.

Są one wyposażone w silniki jednofazowe – obudowa wentylatora jest wykonana z siluminu (stop aluminium z krzemem i innymi dodatkami), a wirnik jest aluminiowy. Wentylatory mają zainstalowane kondensatory iskrobezpieczne i pracują w klasie temperaturowej T3.