Полное руководство по взрывозащищённым корпусам

В отраслях, где возможно наличие горючих газов, паров или горючих порошков, безопасность не является делом выбора. Это основное требование к эксплуатации.

Взрывозащищенные корпуса предназначены для локализации искр, пламени и внутреннего давления, возникающих в результате работы электрооборудования. Их прочная конструкция помогает предотвратить распространение внутреннего возгорания в окружающую взрывоопасную среду.

Для повышения безопасности в зонах повышенного риска важно понимать, какие существуют типы ограждений, какие стандарты применяются, каковы требования к монтажу и процедуры технического обслуживания.

В данном руководстве изложены основные моменты, которые необходимо знать о взрывозащищенных корпусах и распределительных коробках.

1. Что такое взрывозащищенный корпус?

Взрывозащищенный корпус предназначен для локализации искр, пламени и горячих газов, образующихся в результате работы электрооборудования. Он предотвращает попадание этих источников возгорания в окружающую среду, в которой могут присутствовать горючие газы, пары или горючая пыль.

Эти корпуса широко используются на нефтегазовых объектах, химических заводах и деревообрабатывающих предприятиях. На таких объектах часто имеются материалы, которые могут воспламениться под воздействием тепла или электрических искр.

Термин “взрывозащищённый” не означает, что корпус не может быть повреждён в результате внешнего взрыва. Напротив, он означает, что корпус способен сдержать взрыв, возникший внутри него, и снизить риск возгорания снаружи.

Взрывозащищенные корпуса, как правило, изготавливаются из прочных материалов, таких как сталь или алюминий. Их стенки, соединения, уплотнения и крышки рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокое внутреннее давление и температуру.

Специально разработанные соединения также позволяют горячим газам остыть до того, как они выйдут из корпуса. Это помогает предотвратить воспламенение окружающей взрывоопасной атмосферы этими газами.

Конструкция корпуса должна соответствовать строгим требованиям безопасности, установленным в таких стандартах, как Национальный электротехнический кодекс (NEC) и стандарты Международной электротехнической комиссии (IEC).

Взрывозащищённые корпуса обычно обеспечивают защиту выключателей, двигателей, электросоединений и других электрических компонентов. Правильный монтаж, регулярные осмотры и своевременное техническое обслуживание имеют решающее значение для поддержания их защитных характеристик.

2. Типы взрывозащищённых корпусов

Взрывозащищённые корпуса можно классифицировать по трём основным признакам:

1. По материалу
2. По классу защиты
3. По назначению

Каждая из этих категорий влияет на прочность корпуса, его коррозионную стойкость, термостойкость, условия установки и общую стоимость.

2.1 Типы по материалу

Материал корпуса определяет, насколько хорошо изделие способно противостоять ударам, давлению, высоким температурам, воздействию химических веществ, влаге и коррозии.

A. Стальные корпуса

Сталь обладает превосходной механической прочностью и ударопрочностью. В зависимости от марки и технологии производства её предел прочности на разрыв может колебаться от примерно 250 МПа до 2 000 МПа.

Кроме того, она легко поддается формовке, сварке и механической обработке. Благодаря этому сталь подходит для изготовления корпусов со сложной конструкцией или для применения в условиях, требующих высокой прочности крепления.

Однако сталь относительно тяжелая. Её плотность составляет около 7,85 г/см³. Необработанная углеродистая сталь также может подвергаться коррозии при воздействии влаги, соли, химических веществ или других агрессивных факторов.

Сталь обладает магнитными свойствами, что может повлиять на работу некоторых чувствительных электрических или электронных устройств.

Б. Алюминиевые корпуса

Алюминий сочетает в себе небольшой вес с высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Его плотность составляет примерно 2,7 г/см³, что составляет чуть менее трети плотности стали.

Благодаря меньшему весу алюминиевые корпуса проще транспортировать, устанавливать и обслуживать. Кроме того, алюминий не обладает магнитными свойствами, что делает его пригодным для использования вблизи чувствительных приборов и электрооборудования.

Его предел прочности на разрыв, как правило, колеблется от примерно 90 МПа до 600 МПа. Хотя этот материал достаточно прочен для многих промышленных применений, он не обладает такими же характеристиками ударопрочности и термостойкости, как сталь.

Алюминий плавится при температуре примерно 660 °C, тогда как многие марки стали плавятся при температурах выше 1 370 °C.

C. Корпуса из нержавеющей стали

Нержавеющая сталь является предпочтительным материалом в тех случаях, когда требуются коррозионная стойкость, механическая прочность и высокая термостойкость.

Его предел прочности на разрыв обычно колеблется в диапазоне от примерно 520 МПа до 1 200 МПа. В зависимости от марки и условий эксплуатации он также может эксплуатироваться при повышенных температурах.

Взрывозащищённые корпуса из нержавеющей стали широко используются на химических заводах, морских объектах, морских платформах, в пищевой промышленности и других коррозионных средах.

Основным недостатком является стоимость. Нержавеющая сталь, как правило, дороже углеродистой стали или алюминия, особенно если требуются материалы более высокого качества, например, нержавеющая сталь марки 316.

D. Корпуса из поликарбоната и стекловолокна

Поликарбонат и стекловолокно — это легкие, коррозионно-стойкие и экономичные альтернативы металлу.

Прочность поликарбоната на растяжение обычно составляет около 60 МПа. Материалы, армированные стекловолокном, могут обладать прочностью на растяжение в диапазоне от примерно 200 МПа до 500 МПа.

Эти материалы устойчивы к воздействию многих химических веществ и не подвержены коррозии. Их часто используют для изготовления клеммных коробок, корпусов приборов, электрических соединений и в других областях, где не требуется повышенная ударопрочность или термостойкость.

Однако неметаллические корпуса могут не демонстрировать таких же эксплуатационных характеристик, как стальные или из нержавеющей стали, в условиях сильного давления, высоких температур, сильных механических воздействий или длительного пребывания в суровых промышленных условиях.

Поэтому выбор материала должен основываться на сертификатах корпуса, месте установки, рабочей температуре и предполагаемом воздействии окружающей среды.

2.2 Типы по классу защиты

Взрывозащищенные корпуса также могут классифицироваться в соответствии с системами защиты Ex, IP и NEMA.

Эти показатели характеризуют различные аспекты эксплуатационных характеристик корпуса. Их не следует рассматривать как взаимозаменяемые.

A. Классы взрывозащиты

Классы Ex определяют степень защиты электрооборудования при его установке во взрывоопасной среде. ATEX и IECEx — две широко признанные системы сертификации для данного типа оборудования.

К распространенным методам защиты относятся Ex d, Ex e, Ex i, Ex p и Ex n.

Ex d: Взрывозащищённое исполнение

Корпус типа Ex d рассчитан на то, чтобы выдержать взрыв, возникающий внутри корпуса.

Его соединения и каналы горения охлаждают выходящие газы до того, как они попадают в окружающую атмосферу. Это предотвращает возгорание горючих газов за пределами корпуса от внутреннего пламени.

Защита типа «Ex d» широко применяется в двигателях, автоматических выключателях, переключателях, панелях управления и другом оборудовании, в котором могут возникать дуги или искры.

Обычно он применяется в зонах с повышенной опасностью 1 и 2.

Пример: Повышение безопасности

Оборудование типа «Ex e» сконструировано таким образом, чтобы предотвращать образование искр, электрических дуг и чрезмерного нагрева в процессе нормальной эксплуатации.

Это достигается за счет использования защищенных терминалов, надлежащей изоляции, увеличения зазоров, контроля температуры поверхностей и тщательно подобранных компонентов.

Корпуса типа Ex e обычно используются для распределительных коробок, клеммных коробок, осветительных приборов и аналогичного оборудования, которое в нормальных условиях не генерирует искр, способных вызвать возгорание.

В зависимости от сертификата и категории оборудования защита типа Ex e может быть применима к зоне 1 или зоне 2.

Пример i: Искробезопасность

Искробезопасность обеспечивает ограничение напряжения, тока, накопленной энергии и температуры поверхности в электрической цепи.

Даже в случае возникновения неисправности количество доступной энергии остаётся слишком малым, чтобы воспламенить окружающий газ или пар.

Защита типа Ex i широко применяется в датчиках, преобразователях, измерительных приборах и другом электронном оборудовании малой мощности. В зависимости от уровня защиты — Ex ia, Ex ib или Ex ic — такое оборудование может эксплуатироваться в зоне 0, зоне 1 или зоне 2.

Данный метод обеспечивает защиту всей цепи, а не только корпуса.

Например: создание давления или продувка

Системы типа «Ex p» поддерживают контролируемое избыточное давление внутри корпуса.

Для предотвращения попадания горючих газов используется чистый воздух или инертный защитный газ. Перед подачей питания на оборудование корпус также можно проветрить, чтобы удалить уже имеющуюся опасную атмосферу.

Данный метод защиты часто применяется в больших шкафах управления, корпусах анализаторов, промышленных компьютерах и сложных электрических системах.

Оно широко применяется в установках зон 1 и 2 в зависимости от способа поддержания давления и сертификации.

Ex n: защита от искрообразования

Оборудование класса Ex n сконструировано таким образом, что при нормальной эксплуатации оно не вызывает искр, способных привести к возгоранию, дуг или высоких температур на поверхности.

Он в основном предназначен для объектов зоны 2, где во время нормальной эксплуатации не ожидается появление взрывоопасной газовой атмосферы, а в случае её возникновения она сохраняется лишь в течение короткого времени.

К типичным областям применения относятся простые клеммные коробки, осветительное оборудование и компоненты систем управления с низким уровнем риска.

B. Классы защиты по IP

Класс защиты IP указывает на степень защиты корпуса от проникновения твердых частиц и воды.

Рейтинг обычно состоит из двух цифр:

• Первая цифра обозначает степень защиты от попадания твердых частиц и пыли.
• Вторая цифра обозначает степень защиты от воды.

Например, корпус класса защиты IP66 полностью защищен от пыли и устойчив к воздействию мощных струй воды.

Благодаря этому корпуса с классом защиты IP66 подходят для эксплуатации в сложных условиях как внутри помещений, так и на открытом воздухе. Однако класс защиты IP не подтверждает взрывозащищенность корпуса. По-прежнему требуется отдельный сертификат, подтверждающий пригодность для использования во взрывоопасных зонах.

C. Классификация NEMA

Классификация NEMA характеризует эксплуатационные характеристики корпуса в таких условиях окружающей среды, как воздействие пыли, воды, коррозии, льда, масла и опасных газов.

К типичным примерам относятся:

NEMA 4X: Обеспечивает защиту от пыли, уносимой ветром, дождя, брызг воды, струи воды из шланга и коррозии. Часто используется в условиях открытого воздуха, в морской среде, в химической промышленности и в условиях, где требуется промывка водой.

NEMA 7: Предназначено для использования в определенных опасных зонах внутри помещений, в которых присутствуют указанные газы или пары. Корпус должен быть сертифицирован для соответствующего класса, подкласса и группы газов в опасной зоне.

Номинальные характеристики по стандарту NEMA всегда должны соответствовать фактическим условиям монтажа. Их нельзя выбирать, просто сопоставляя номинальные значения с кодом IP.

2.3 Типы по сфере применения

Взрывозащищенные корпуса также классифицируются в зависимости от оборудования, которое они защищают, и выполняемой ими функции.

A. Взрывозащищенные распределительные коробки

Взрывозащищенные распределительные коробки обеспечивают защищенное пространство для соединения, ответвления и оконечной заделки электрических проводов.

Их конструкция способствует локализации искр или внутренних замыканий, которые могут привести к возгоранию окружающей среды. Их часто устанавливают на нефтеперерабатывающих заводах, химических предприятиях, на объектах хранения топлива и в других опасных зонах.

B. Взрывозащищенные пульты управления

На пультах управления размещены кнопки, селекторные переключатели, сигнальные лампочки, устройства аварийной остановки и другие элементы управления для оператора.

Они позволяют работникам управлять оборудованием, не подвергая электрические коммутационные элементы воздействию опасной окружающей среды.

К числу типичных областей применения относятся заводы, перерабатывающие предприятия, морские платформы и объекты по переработке топлива.

C. Взрывозащищенные осветительные приборы

Взрывозащищенные светильники обеспечивают безопасное освещение в помещениях, где присутствуют горючие газы, пары или горючая пыль.

Их корпуса предотвращают воспламенение окружающей атмосферы в результате образования внутренних дуг, искр или нагревающихся компонентов.

Их часто используют на нефтеперерабатывающих заводах, лакокрасочных предприятиях, химических заводах, в туннелях, на складах и на морских сооружениях.

D. Взрывозащищенные электрические шкафы

Эти корпуса обеспечивают защиту электрических щитов, автоматических выключателей, реле, контакторов, электропроводки и других силовых или управляющих компонентов.

Они предотвращают появление потенциальных источников возгорания, а также защищают оборудование от пыли, влаги, ударов и коррозии.

Корпус необходимо выбирать с учетом классификации взрывоопасной зоны и электрического оборудования, установленного внутри него.

E. Взрывозащищенные разъединители

Взрывозащищенные разъединители позволяют безопасно отключать электропитание в зоне повышенной опасности.

Они играют важную роль при техническом обслуживании, осмотре, ремонте оборудования, а также при проведении процедур аварийной остановки.

Наличие заметной и надёжной точки отключения также может помочь предотвратить непреднамеренное включение питания оборудования.

F. Взрывозащищенные распределительные шкафы

В распределительных шкафах размещаются более крупные системы распределения электроэнергии, включая автоматические выключатели, шины, защитные устройства и элементы управления.

Они используются для безопасного распределения электроэнергии по промышленному оборудованию или различным участкам объекта, представляющего опасность.

Такие шкафы часто используются на нефтегазовых предприятиях, химических заводах, горнодобывающих предприятиях и предприятиях тяжелой промышленности.

G. Взрывозащищенные распределительные коробки

Взрывозащищенные распределительные коробки выполняют ту же функцию, что и распределительные шкафы, но, как правило, имеют меньшие размеры.

Они обеспечивают питанием отдельные машины, ответвления, системы освещения или локальное электрооборудование.

Благодаря своей компактной конструкции они подходят для децентрализованного распределения электроэнергии в взрывоопасных зонах.

H. Взрывозащищенные вентиляционные системы

Взрывозащищенные вентиляционные системы способствуют удалению тепла, дыма и потенциально опасных газов из закрытых помещений.

Их двигатели, вентиляторы, выключатели и электрические соединения спроектированы таким образом, чтобы снизить риск возгорания.

Эти системы широко применяются в окрасочных цехах, аккумуляторных помещениях, хранилищах химических веществ, на объектах по переработке топлива и в других помещениях, где может происходить скопление горючих газов.

I. Взрывозащищенные трубные фитинги

Взрывозащищенные фитинги для труб и кабелепроводов обеспечивают надежные соединения между кабелепроводами, корпусами и электрооборудованием.

Правильно установленные фитинги помогают ограничить распространение пламени, газов и раскаленных частиц по системе электропроводки.

Они имеют особое значение на объектах, где осуществляется переработка или хранение легковоспламеняющихся жидкостей и газов.

J. Взрывозащищенные кабельные разъемы

Взрывозащищенные кабельные разъемы обеспечивают надежный ввод кабеля в электрические шкафы.

Они способствуют обеспечению требуемых характеристик взрывозащиты, герметичности, разгрузки от натяжения и защиты от воздействия окружающей среды всей установки.

Разъем должен соответствовать типу кабеля, резьбе корпуса, классу защиты для взрывоопасных зон и требуемому уровню защиты по стандарту IP.

K. Взрывозащищенные вилки и розетки

Взрывозащищенные вилки и розетки обеспечивают съемные электрические соединения в зонах, представляющих опасность взрыва.

Их конструкция способствует предотвращению возгорания окружающей среды в результате образования искр, электрических дуг и контакта с открытыми токоведущими частями.

Они широко используются для портативных инструментов, временного оборудования, освещения, машин и систем технического обслуживания в промышленных зонах повышенной опасности.

3. Области применения взрывозащищенных корпусов

Взрывозащищенные корпуса используются везде, где электрооборудование может подвергаться воздействию горючих газов, паров, химических веществ или горючей пыли.

Нефтегазовые объекты

В нефтегазовой отрасли эти корпуса обеспечивают защиту панелей управления, распределительных коробок, выключателей и систем освещения, установленных в взрывоопасных зонах.

Они помогают предотвратить возгорание находящихся поблизости газов и паров от внутренних искр или тепла.

Химические заводы

На химических предприятиях часто работают с летучими и легко воспламеняющимися веществами.

Взрывозащищенные корпуса изолируют чувствительные электрические компоненты и снижают риск контакта источника воспламенения с опасными химическими веществами или парами.

Горнодобывающая деятельность

В шахтах могут присутствовать горючие пыль, метан и другие взрывоопасные вещества.

Взрывозащищенные электрические коробки обеспечивают защиту систем управления оборудованием, электромонтажных соединений и силового оборудования, эксплуатируемого в таких опасных условиях.

Фармацевтические предприятия

В помещениях, где ведётся производство фармацевтической продукции, могут присутствовать мелкие порошки, пары химических веществ или горючая пыль.

Взрывозащищенные корпуса обеспечивают защиту электрооборудования, способствуя при этом созданию более безопасных и надежных производственных условий на предприятиях.

4. Нормы проектирования взрывозащищенных корпусов

Взрывозащищенные корпуса должны быть тщательно спроектированы, испытаны и сертифицированы перед установкой в взрывоопасных зонах. IECEx и ATEX — две наиболее широко признанные системы в этой области.

IECEx

IECEx — это международная система сертификации, основанная на стандартах МЭК и предназначенная для оборудования, используемого во взрывоопасных средах.

В нём установлены единые требования к конструкции изделий, испытаниям, качеству производства и сертификации. Эти требования позволяют гарантировать, что корпус способен сдерживать внутреннее пламя, искры или избыточное тепло, не вызывая возгорания окружающей среды.

Сертификация IECEx широко признана в международных промышленных проектах.

ATEX

ATEX — это требования Европейского союза к оборудованию и системам защиты, используемым в потенциально взрывоопасных средах.

В ней определены правила проектирования, испытаний, маркировки, документации и оценки соответствия продукции. Кроме того, ATEX классифицирует опасные зоны в зависимости от частоты возникновения взрывоопасной атмосферы и продолжительности её существования.

Оборудование необходимо подбирать с учётом конкретной газо- или пылеопасной зоны, в которой оно будет эксплуатироваться.

Общие требования к проектированию

Как IECEx, так и ATEX предъявляют к производителям требование учитывать ряд важных факторов, в том числе:

• Прочные и подходящие материалы для корпуса
• Надежно закрепите соединения, уплотнения и кабельные вводы
• Контролируемые температуры поверхности
• Устойчивость к внутреннему давлению
• Надежная защита от пламени и искр
• Подробные процедуры тестирования и контроля качества

Соответствие требованиям IECEx или ATEX означает, что корпус прошел оценку на соответствие конкретным условиям взрывоопасных зон. Однако наличие сертификата не означает, что данный корпус подходит для использования в любой взрывоопасной среде.

Выбранное изделие должно соответствовать требуемой зоне, группе газов или пыли, температурному классу, способу защиты и условиям монтажа.

5. Факторы, которые следует учитывать при выборе взрывозащищенного корпуса

Правильный выбор взрывозащищенного корпуса имеет решающее значение для обеспечения безопасности и надежной работы в зонах, где присутствуют горючие газы, пары или горючая пыль.

Классификация взрывоопасных зон

Прежде всего, определите уровень риска в зоне установки.

Газовые среды классифицируются как зона 0, зона 1 или зона 2. Для пылевых сред используются зоны 20, 21 или 22.

Корпус должен иметь соответствующий сертификат ATEX, IECEx или иной сертификат, требуемый в данной стране для конкретной зоны.

Материал корпуса

Выберите материал с учётом условий эксплуатации.

Нержавеющая сталь подходит для применения в условиях коррозии, в морской среде, в химической промышленности или на открытом воздухе. Алюминий легче и проще в монтаже, при этом обладая хорошей прочностью и коррозионной стойкостью.

Для некоторых областей применения также могут подойти углеродистая сталь и неметаллические материалы.

Требования к техническому обслуживанию

Корпус должен обеспечивать возможность безопасного и удобного доступа для осмотра, прокладки электропроводки и ремонта.

Съемные крышки, доступные клеммные колодки и модульная конструкция могут упростить плановое техническое обслуживание. Однако каждое отверстие, каждая панель и каждый элемент оснащения должны обеспечивать сохранение сертифицированного уровня защиты корпуса.

Соответствие нормативным требованиям

Убедитесь, что корпус соответствует всем применимым местным и международным требованиям, предъявляемым к устройствам, предназначенным для использования во взрывоопасных зонах.

Перед установкой проверьте наличие сертификатов, зонирование, группу по газо- или пылезащите, температурный класс, степень защиты от проникновения посторонних веществ, а также допустимые условия эксплуатации.

Чтобы получить более подробные рекомендации по выбору, ознакомьтесь с нашей статьёй на эту тему, Выбор подходящего электрического шкафа.

6. Монтаж и техническое обслуживание взрывозащищенных корпусов

Правильный монтаж и регулярное техническое обслуживание имеют решающее значение для сохранения сертифицированного уровня защиты корпуса.

Установка взрывозащищенных корпусов

Шаг 1: Выберите подходящее место

Установите корпус в таком месте, где соблюдаются утвержденные предельные значения температуры, влажности, вибрации и требования к зонам повышенной опасности.

Шаг 2: Надежно закрепите корпус

Надежно закрепите корпус на подходящей поверхности. Соблюдайте инструкции производителя по монтажу и требуемые зазоры при установке.

Шаг 3: Используйте сертифицированные аксессуары

Используйте только утвержденные взрывозащищенные кабельные вводы, разъемы, фитинги для кабелепроводов, заглушки и уплотнительные элементы.

Каждый аксессуар должен соответствовать типу резьбы корпуса, степени защиты и сертификату для использования в взрывоопасных зонах.

Шаг 4: Герметизируйте все места прохода кабелей

Правильно затяните и герметизируйте все места прохода электропроводки. Неиспользуемые отверстия необходимо закрыть сертифицированными заглушками.

Недостаточно герметичные проходные элементы могут пропускать влагу, пыль, газ или пламя через корпус.

Шаг 5: Выполните электрические подключения

Убедитесь, что все клеммы и соединения проводов надежно закреплены. Действуйте в соответствии с утвержденной схемой подключения и избегайте повреждения внутренних компонентов.

Шаг 6: Заземлите корпус

Подключите корпус к надёжной системе заземления. Правильное заземление помогает снизить вероятность возникновения электрических неисправностей и накопления статического электричества.

Техническое обслуживание взрывозащищенных корпусов

Регулярно проверяйте корпус на наличие трещин, коррозии, повреждений от ударов, ослабленных крепежных элементов или отсутствующих деталей.

Проверьте уплотнения и прокладки на наличие износа, затвердевания, деформации или повреждений. При необходимости заменяйте их только на сертифицированные детали.

Следите за чистотой корпуса. Удаляйте пыль, грязь, масло и другие вещества, которые могут ухудшить теплоотвод или привести к образованию горючего слоя.

Проверьте тракты горения, резьбовые соединения, кабельные вводы и уплотнительные фитинги. Они должны быть чистыми, неповреждёнными и правильно затянутыми.

Если установлены сертифицированные вентиляционные или герметизирующие узлы, убедитесь в их исправной работе.

Кроме того, следует периодически проверять электрические клеммы на предмет ослабления, перегрева или коррозии.

Перед вскрытием или ремонтом корпуса отключите электропитание и соблюдайте необходимые процедуры отключения и блокировки. Запрещается приступать к техническому обслуживанию, пока оборудование находится под напряжением или в случае возможного наличия опасной атмосферы.

7. Заключение

Взрывозащищенные корпуса играют важнейшую роль в обеспечении безопасности людей, электрооборудования и промышленных объектов в опасных средах.

Выбор подходящего корпуса должен соответствовать требованиям сертификации IECEx или ATEX, классификации взрывоопасных зон, материалам изготовления и степени защиты. Не менее важны правильный монтаж и регулярное техническое обслуживание.

Уделяя приоритетное внимание качеству продукции, соблюдению нормативных требований и правильному выбору корпуса, предприятия могут снизить риск возгорания и обеспечить безопасную и надежную работу в зонах, где возможно присутствие взрывоопасных газов, паров или пыли.