Urządzenia elektryczne

w obszarach zagrożonych wybuchem

[zagadnienia wybrane]

materiały szkoleniowe

Michał Świerżewski

Warszawa 2012

Urządzenia elektryczne w obszarach zagrożonych wybuchem

Spis treści

4.1. Cele dyrektywy Atex 94/9/WE

4.2. Zakres stosowania dyrektywy Atex 94/9/WE

4.3. Obszary stosowania dyrektywy Atex 94/9/WE

4.4. Urządzenia wyłączone z zakresu dyrektywy Atex 94/9/WE

4.5. Podział urządzeń i systemów ochronnych na grupy i kategorie

4.6. Zasadnicze wymagania

4.7. Instrukcje eksploatacji

4.8. Oznakowanie urządzeń i systemów ochronnych

4.9. Zastosowanie dyrektywy Atex 94/9/WE do wyrobów używanych, naprawianych

lub modyfikowanych oraz części zamiennych

6. Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem

6.2. Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem mieszanin gazowych

6.3. Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem mieszanin pyłowych

6.4. Wpływ wentylacji przestrzeni zagrożonych wybuchem na ich klasyfikację

6.6. Dokumentacja klasyfikacyjna

7. Urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym

7.1. Urządzenia przeznaczone do stosowania w obecności mieszanin gazowych

7.1. Rodzaje elektrycznych urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym

7..2. Podział urządzeń grupy II na podgrupy

7..3. Klasy temperaturowe

7.4. Urządzenia przeznaczone do pracy w obecności mieszanin pyłowych

7..5, Oznaczanie elektrycznych urządzeń przeciwwybuchowych

8. Alternatywna metoda oceny ryzyka obejmująca „poziom zabezpieczenia urządzeń”

(EPL)

8.1. Podstawowe wymagania

8.2. Znakowanie

9. Procedury oceny zgodności

10 Wykonanie instalacji elektrycznych w strefach zagrożonych wybuchem

10.1. Dobór urządzeń elektrycznych

10.2. Wykonanie instalacji elektrycznych

11. Eksploatacja urządzeń elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

11.1 Wiadomości ogólne

11.3 Przeglądy

Ustawy, rozporządzenia i normy

Urządzenia elektryczne w obszarach zagrożonych wybuchem

1.Wstęp

W przestrzeniach, w których produkuje się, użytkuje lub przechowuje ciecze łatwo zapalne, np. benzynę, alkohole, eter, toluen, ksylen, rozcieńczalniki organiczne, gazy palne, np. propan-butan, wodór, acetylen istnieje możliwość przenikania par tych cieczy i gazów do otaczającej je przestrzeni i tworzenia z powietrzem (z tlenem z powietrza) mieszanin wybuchowych. Podobnie w czasie obróbki ciał stałych lub produkcji i transportu materiałów sypkich mogą do otaczającego powietrza przedostawać się pyły i tworzyć z nim mieszaniny.

Prawidłowy, technicznie i ekonomicznie uzasadniony, dobór urządzeń i wykonanie instalacji elektrycznych w sposób adekwatny do zagrożenia wybuchem przestrzeni obniża koszty inwestycji, ułatwia eksploatację i przede wszystkim zwiększa bezpieczeństwo przeciwpożarowe obiektu i bezpieczeństwo ludzi.

Bezpieczeństwo przeciwwybuchowe polega przede wszystkim na:

2. Podstawowe pojęcia i definicje

- Urządzenia - maszyny, sprzęt, przyrządy stałe lub ruchome, podzespoły sterujące wraz z

oprzyrządowaniem oraz systemy wykrywania i zapobiegania zagrożeniom, które

oddzielnie lub połączone ze sobą są przeznaczone do wytwarzania , przesyłania,

magazynowania, pomiaru, regulacji i przetwarzania energii, albo przetwórstwa

materiałów, które, przez ich własne potencjalne źródła zapalenia, są zdolne do

spowodowania wybuchu.

urządzeń i systemów ochronnych, bez funkcji samodzielnych.

- Materiały niebezpieczne pożarowo (substancje palne):

- Mieszanina wybuchowa (atmosfera wybuchowa) - mieszanina substancji palnych w

postaci: gazów, par, mgieł lub pyłów z powietrzem w warunkach atmosferycznych, w

której po zapaleniu spalanie rozprzestrzenia się na całą nie spaloną mieszaninę; spalaniu

temu towarzyszy gwałtowny wzrost ciśnienia.

od prędkości dźwięku,

towarzyszy fala uderzeniowa,

naczyniu podczas wybuchu mieszaniny wybuchowej, oznaczone w określonych

warunkach badania.

w kondensatorze, która, przy jego rozładowaniu, jest wystarczająca do zapalenia

najbardziej zapalnej mieszaniny w określonych warunkach badania.

między którymi może dojść do wybuchu

mieszaninie z powietrzem, przy którym może dojść do wybuchu

mieszaninie z powietrzem, powyżej którego mieszanina staje się niezapalna.

którym teoretycznie następuje spalenie całej ilości tlenu zawartego w

mieszaninie,

powietrza i gazu obojętnego, w której nie dojdzie do wybuchu w określonych warunkach

badania

określonych warunkach badania z cieczy wydziela się gaz lub para w ilości wystarczającej

do utworzenia z powietrzem mieszaniny palnej, która pod wpływem płomyka

probierczego przesuniętego nad powierzchnią tej cieczy zapali się na krótką

chwilę.

- Mieszanina hybrydowa - mieszanina substancji palnych z powietrzem w różnych stanach

skupienia, np. gazu i pyłu z powietrzem.

warunkach badania,

powierzchni, przy której warstwa pyłu ulega zapaleniu w określonych warunkach

badania,

3. Wiadomości podstawowe

Warunkiem zapoczątkowania procesu palenia się jest jednoczesne wystąpienie trzech czynniki (Rys.3.1):

Materiał palny Tlen z powietrza

gaz, para, pył, O₂ (21%)

ciało stałe

Bodziec energetyczny

płomień, iskra, łuk elektryczny

Rys.3.1.Trójkąt palenia się

Jeżeli zabraknie jednego z tych czynników proces palenia się jest niemożliwy.

Proces palenia może przybierać różne formy:

Spalanie powierzchniowe ciał stałych przebiega na ich powierzchni, spalanie powierzchniowe występuje przy źródle wycieku gazu, np. u wylotu palnika gazowego, a spalanie powierzchniowe par cieczy palnych występuje w cienkiej warstwie tuż nad powierzchnią tej cieczy. Spalanie powierzchniowe przebiega z niewielką prędkością i nie towarzyszy mu podwyższenie ciśnienia.

Spalanie przestrzenne występuje w mieszaninach gazów palnych, par cieczy palnych i pyłów z powietrzem. W czasie spalania przestrzennego prędkość przesuwania się płomienia przekracza 1000 m/s i towarzyszy mu gwałtowny wzrost ciśnienia - tworzy się fala ciśnieniowa o silnym działaniu kruszącym. Mieszaniny takie nazywa się mieszaninami wybuchowymi.

Mieszaniny wybuchowe z powietrzem mogą tworzyć: gazy palne w każdej temperaturze, pary cieczy palnych w temperaturach wyższych od ich temperatury zapłonu i pyły materiałów palnych.

Mieszaniny wybuchowe mogą tworzyć się w przestrzeniach, w których produkuje się, użytkuje się lub przechowuje ciecze łatwo zapalne, np. benzynę, alkohole, eter, toluen, ksylen, rozpuszczalniki organiczne; gazy palne, np. propan-butan, wodór, metan, acetylen istnieje możliwość przenikania par tych cieczy i gazów do otaczającej przestrzeni i tworzenie z powietrzem mieszaniny wybuchowej.

Podobnie w czasie obróbki ciał stałych lub produkcji i transportu materiałów sypkich mogą do otaczającego powietrza przedostawać się pyły tych materiałów i tworzyć z powietrzem mieszaniny wybuchowe.

Temperatura zapłonu cieczy palnych

Temperatura zapłonu cieczy palnej jest to najniższa temperatura, przy której z cieczy palnej powstanie dostateczna ilość pary do utworzenia się tuż nad jej powierzchnią mieszaniny palnej z powietrzem, która zapali się na chwilę od znormalizowanego płomyka wodorowego przesuniętego nad tą powierzchnią i zgaśnie. Im temperatura zapłonu cieczy palnej jest niższa, tym ciecz jest bardziej niebezpieczna z punktu widzenia zagrożenia pożarowego (wybuchowego). W tablicy 3.1, podane są przykładowe temperatury cieczy palnych. Zgodnie z rozporządzeniem [6] przyjęto, że w normalnych warunkach atmosferycznych mieszaniny wybuchowe z powietrzem mogą tworzyć pary cieczy palnych o temperaturze nie przekraczającej 55 ^o C.

Tablica 3.1. Temperatury zapłonu wybranych cieczy palnych

Gęstość względna gazów i par

Do określenia w jaki sposób gaz lub para zachowują się w mieszaninie z powietrzem potrzebna jest znajomość gęstości tej substancji w stosunku do powietrza.

Gęstość (masa właściwa) jest to stosunek masy ciała do jego objętości. Według prawa Avogadro objętość zajmowana przez jeden mol (gramocząsteczkę) (gramocząsteczka - ilość gramów danego związku równa liczbowo jego ciężarowi cząsteczkowemu) gazu wynosi 22,41 litra w warunkach normalnych. Posługując się tym prawem można obliczyć przybliżoną gęstość gazu „d” lub mieszaniny gazów na podstawie wzoru chemicznego cząsteczek tych gazów wg równania

d = M/22,4

w którym:

M - ciężar cząsteczkowy

Przykłady;

Metan CH_{4 ,} którego gęstość w warunkach normalnych (M = 12 + 4 =16) wyniesie

d = 16/22,4 = 0,714 g/l

Acetylen C₂ H₂ , którego gęstość w warunkach normalnych (M = 24 + 2 = 26) wyniesie

d = 26/22,4 = 1,161

Powietrze jest mieszaniną tlenu i azotu. Ciężar cząsteczkowy tlenu wynosi 32, a azotu 28. Zawartość azotu w powietrzu wynosi około 80% . Średni ciężar cząsteczkowy powietrza wyniesie więc około 29.

Przyjmując w przybliżeniu, że ciężar cząsteczkowy powietrza wynosi 29 i że jego gęstość wynosi 1, przez podzielenie ciężaru cząsteczkowego gazu przez ciężar cząsteczkowy powietrza otrzymuje się gęstość d_p danego gazu względem powietrza. Gaz lub para i powietrze muszą być pod tym samym ciśnieniem i w tej samej temperaturze.

Przykłady - gęstość względna wyniesie:

metanu ciężar cząsteczkowy M = 16, gęstość względna d_p

d_p = M/29 = 16/29 = 0,55

acetylenu ciężar cząsteczkowy M = 26, gęstość względna d_p

d_p = M/29 = 26/29 = 0,89

Gęstość względna jest wartością niemianowaną. W tablicy 3.2. podano ciężary cząsteczkowe i gęstości względne wybranych gazów i par.

Tablica 3.2. Ciężary cząsteczkowe i gęstości względne wybranych gazów i par

W zależności od gęstości względnej gazy i pary dzieli się na trzy grupy tablica 3.3.

Tablica 3.3. Podział gazów i par w zależności od gęstości względnej

Gazy lżejsze od powietrza (o gęstości względnej mniejszej niż 0,8) unoszą się pod wpływem siły proporcjonalnej do różnicy gęstości gazu i powietrza z prędkością proporcjonalną do pierwiastka kwadratowego aktualnego ciśnienia hydrostatycznego. Unosząc się cząsteczki gazu w bezładnym ruchu dyfundują pomiędzy cząsteczki powietrza i tworzą mieszaninę. Mieszanina ta unosząc się z ciągle malejącą prędkością ulega coraz większemu rozcieńczeniu powietrzem. W określonej odległości od punktu wypływu gazu stężenie jego pozostaje stałe, jeżeli unosząca się mieszanina nie napotka przeszkody lub nie ujdzie do atmosfery.

Teoretyczna strefa zagrożenia

wybuchem gazu o d_p < od

powietrza

Miejsce wypływu gazu

N

Poziom gruntu

Rys 3.2.

Rozchodzenie się gazu lżejszego od powietrza

Gazy o gęstości zbliżonej do gęstości powietrza rozchodzą się od punktu wydzielania w dowolnych kierunkach tworząc w przestrzeni strefę kulistą mieszaniny z powietrzem , w której stężenie gazu maleje proporcjonalnie do trzeciej potęgi promienia kuli

`r” (Rys. 3,3.) W razie napotkania przeszkody kulista postać utworzonej mieszaniny ulega spłaszczeniu . Po odbiciu mieszanina tworzy smugę skierowaną prostopadle do tej przeszkody. Pionowa ściana zbiornika powoduje wytwarzanie smugi poziomej rozszerzającej się w przestrzeni w postaci stożka o osi głównej w płaszczyźnie poziomej i podstawie skierowanej prostopadle do kierunku ruchu smugi. Można przyjąć z dużym przybliżeniem , że stężenie gazu w smudze maleje proporcjonalnie do kwadratu odległości od wierzchołku stożka.

Teoretyczna

strefa zagrożenia wybuchem gazu Miejsce wypływu

d_p 0,8 - 1,1 gazu

Poziom gruntu

Rys. 3.3.

Rozchodzenie się gazu o gęstości zbliżonej do gęstości powietrza

Gazy i pary o gęstości większej od gęstości powietrza maja naturalna zdolność do opadania z prędkością proporcjonalną do różnicy ich gęstości i gęstości powietrza. Opadając i mieszając się z powietrzem wytwarzają one stożek rozszerzający się w dół o kacie wierzchołkowym odwrotnie proporcjonalnym do prędkości opadania. Z chwilą osiągnięcia poziomu gruntu stężenie gazu lub pary w mieszaninie wzrasta na skutek ciągłego dopływu nowych cząsteczek gazu. W pewnej chwili, tuż nad gruntem w środku stożka stężenie gazu lub pary osiąga praktycznie swoje maksimum . Gaz zaczyna się słać i pełznąć po powierzchni gruntu we wszystkich kierunkach tym dalej im jest cięższy od powietrza. Wskutek tego ma on małą zdolność dyfuzji; jest ona ograniczona tylko do kierunku w górę.

Mimo, że przed osiągnięciem poziomu gruntu kąt stożka jest największy w gazach niewiele cięższych od powietrza po osiągnięciu powierzchni gruntu na skutek zjawiska pełzania promień zasięgu warstwy gazu (pary) tuż nad gruntem rośnie proporcjonalnie do gęstości gazu lub pary. Na skutek rozpełzania się gazów (par) na większej powierzchni gruntu i ich małej lotności wysokość strefy zagrożenia licząc od poziomu gruntu jest tym mniejsza, im substancje te są cięższe od powietrza (Rys 3.4).

Wnioski te należy traktować z dużą ostrożnością z powodu nie uwzględnienia wielu istotnych czynników, które maja zasadniczy wpływ na rozprzestrzenianie się gazów i par w powietrzu. Podział gazów i par w zależności od ich gęstości względnej jest zupełnie umowny i nie ma żadnych podstaw teoretycznych. Mimo to umożliwia on jednak lokalizację największego zagęszczenia czynnika palnego , a zatem największego prawdopodobieństwa powstawania i utrzymywania się mieszanin wybuchowych.

Teoretyczna strefa zagrożenia

wybuchem gazu lub pary Punkt wypływu

gazu lub pary

d_p > 1,1

pełzanie gazu po wypełnianie zagłębień

powierzchni gruntu

Rys. 3.4.

Rozchodzenie się gazów i par cięższych od powietrza

Granice wybuchowości

Z obserwacji przebiegu palenia się mieszanin gazów palnych i par cieczy palnych z powietrzem oraz efektów uzyskiwanych podczas tego procesu wynika, że przebieg spalania może być różny w zależności od stężenia czynnika palnego w mieszaninie, temperatury, ciśnienia, impulsu cieplnego, stopnia czystości cieczy lub gazu, rodzaju i formy naczynia lub pomieszczenia. W stałych warunkach otoczenia najważniejszym czynnikiem wpływającym na przebieg spalania jest stężenie ciała palnego w mieszaninie z powietrzem.

Przy małych lub bardzo dużych stężeniach czynnika palnego mieszanina nie jest zapalna. Mieszaninę można zapalić powyżej pewnego ściśle określonego dla każdej mieszaniny stężenia minimalnego nazywanego dolną granicą wybuchowości i poniżej stężenia maksymalnego nazywanego górną granicą wybuchowości. Stężenia te wyraża się w procentach objętości, w mg/l lub w gramach na metr sześcienny.

Gdy w mieszaninie z powietrzem zawarta jest dostateczna ilość czynnika palnego (pary cieczy palnej lub gazu palnego) o stężeniu powyżej dolnej granicy wybuchowości i poniżej górnej granicy wybuchowości (tabl.3.2) powstaje tzw. mieszanina wybuchowa.

Mieszanina wybuchowa pod wpływem dostarczonej energii cieplnej zapala się w całej objętości - wybucha.

Tablica 3. 4. Granice wybuchowości wybranych gazów i par cieczy palnych

Granice wybuchowości [%] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Gazy lżejsze od powietrza

Amoniak NH_{3 15 - 28}

Acetylen C₂ H_{2 2,3 - 82}
Etylen C₂ H_{4 2,7 - 34}

Metan C H_{4 4,9 -15,4}

Wodór H_{2 4 -}
75 Gazy cięższe od powietrza

Etan C₂ H_{6 3 - 15,5}

n-Butan C₄ H_{10 1,5 - 8,5}

Butylen C₄ H_{8 1,6 - 9,3}

Propan C₃ H_{8 2,1 - 9,5}

Pary cieczy

Cyklopropan C₃ H_{6 2,4 - 10,4}

Eter etylowy (C₂ H₅)₂O _{1,6 - 48} 1,6 - 48

n-Heksan C₆ H_{14 1,1 - 7,4} Dwusiarczek węgla CS_{2 1 - 50} 1,0 - 50

obszar stężeń wybuchowych

← malejące stężenie gazu/pary rosnące stężenie gazu/pary→

Rys. 3.5.

Wizualizacja mieszanin wybuchowych

Temperatura samozapalenia mieszanin wybuchowych

Najniższą temperaturę, od której rozpoczyna się samorzutny proces palenia się (np. nagrzanej powierzchni stykajacej się z mieszaniną wybuchową) bez udziału dodatkowych źródeł energii, np. iskier, łuku elektrycznego lub płomienia nazywa się temperaturą samozapalenia (samozapłonu). Temperatura samozapalenia zależy od bardzo wielu czynników; wyniki jej pomiaru zależą od metody przeprowadzenia badań. Niemożliowe jest oznaczenie bezwzględnej temperatury samozapalenia - poniżej której samozapalenie mieszaniny wystąpić nie może, a powyżej którerj występuje niewątpliwie. Można jedynie ustalić (np.w normie) umowną metodę oznaczania temperatur samozapalenia ograniczoną szeregiem warunków badania i tak otrzymaną wartość temperatury samizapalenia uznać za wartość graniczną danej mieszaniny wybuchowej (tabl. 3.5.)

Tablica 3.5. Temperatury samozapalenia wybranych mieszanin wybuchowych

Mieszaniny pyłów z powietrzem

Podobnie jak gazy palne i pary cieczy palnych pyły materiałów palnych tworzą z powietrzem mieszaniny wybuchowe. I w tym przypadku powstanie mieszaniny wybuchowej zależy od stężenia pyłu w mieszaninie (tabl.3.6.) Stężenie pyłów w mieszaninie z powietrzem wyrażane jest w gramach na metr sześcienny lub w mg na dm³ .

Tablica 3.6. Charakterystyczne właściwości wybranych mieszanin pyłów z powietrzem

W wielu przypadkach przy analizie zagrożenia wybuchem mieszanin pyłów z powietrzem może być ważniejsza znajomość temperatury samozapalenia warstwy pyłu zalegającego na nagrzanej powierzchni niż znajomość temperatury samozapalenia chmury pyłowej. Wynika to z niebezpieczeństwa samozapalenia warstwy pyłu na nagrzanej powierzchni i poderwania chmury pyłowej, która utworzy z powietrzem mieszaninę wybuchową. Dodatkowo w tak utworzonej chmurze pyłowej znajdują się zazwyczaj rozżarzone cząsteczki pyłu, które natychmiast spowodują jej zapalenie. Dlatego podawane są temperatury samozapalenia zarówno mieszaniny pyłu z powietrzem, jak i temperatury samozapalenia pyłu zleżałego w umownej 5 mm lub w 12,5 mm warstwie.

Źródła energii zapalającej

Mieszanina wybuchowa może być zapalona - pobudzona do wybuchu, najrozmaitszymi czynnikami zewnętrznymi, które dostarczą dostateczną energię do zapoczątkowania reakcji. Czynników tych może być wiele działających pojedynczo lub współdziałających, można do nich zaliczyć:

1) nagrzane powierzchnie,

2) iskry w obwodach elektrycznych,

3) wyładowania atmosferyczne,

4) wyładowania elektryczności statycznej,

5) łuk elektryczny,

6) otwarty płomień,

7) iskry mechaniczne,

8) różnego rodzaju promieniowanie.

Każda iskra wywołana zarówno czynnikami elektrycznymi, jak i mechanicznymi jest nośnikiem energii cieplnej. Największą zdolność zapalenia mieszanin wybuchowych mają iskry elektryczne niezależnie od pochodzenia, bowiem towarzyszy im szereg dodatkowych zjawisk ułatwiających zapalenie mieszaniny, np. jonizacja.

Jednak nie każda iskra elektryczna jest zdolna do zapalenia mieszaniny wybuchowej. Aby mogło nastąpić zapalenie mieszaniny wybuchowej, iskra elektryczna musi mieć pewną minimalną energię, poniżej której zapalenie mieszaniny nie jest możliwe (tablica 3.7 i 3.8.)

Tablica 3.7. Minimalne energie iskier elektrycznych zapalających mieszaniny gazów z powietrzem

Tablica 3.8. Minimalne energie iskier elektrycznych zapalających mieszaniny pyłów z powietrzem

Energia wydzielona w iskrze elektrycznej zależy od szeregu parametrów obwodu elektrycznego, w którym powstaje - od napięcia, natężenia prądu, indukcyjności, pojemności, szybkości przerywania obwodu, materiału elektrod. Znajomość minimalnej energii iskier elektrycznych potrzebnej do zapalenia określonej mieszaniny wybuchowej oraz czynników zwiększających i zmniejszających jej zdolność zapalającą pozwala na konstruowanie urządzeń i obwodów z bezpieczną iskrą (iskrobezpiecznych)..

Minimalna energia

zapalająca



[mJ]

1000 spawanie

100 obróbka metali

rozwieranie

10,0 zestyków łaczni.

1,0

elektr. statyczna

0,1 uderzenia

0,01

gazy i pary pyły praktyczne źródła

energii zapalającej

1 - wartości rzadko spotykane

Porównanie minimalnej energii zapalającej mieszanin gazowych, pyłowych i praktycznych źródeł zapalenia

Rys.3.6.

4. Dyrektywa Atex 94/9/WE

4.1. Cele dyrektywy Atex 94/9/WE

Celem dyrektywy ATEX jest zapewnienie swobodnego przepływu wyrobów, objętych jej postanowieniami na obszarze Unii Europejskiej. Jej zadaniem jest również wyeliminowanie, a przynajmniej zminimalizowanie ryzyka użytkowania niektórych wyrobów w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Z tego względu dyrektywa wprowadza ujednolicone zasady i procedury oceny zgodności.

Zasadnicze wymagania określone w dyrektywie, dotyczące bezpieczeństwa i ochrony zdrowia odnoszą się zwłaszcza do:

względu na bezpieczeństwo funkcjonowania urządzeń lub systemów ochronnych.

Tylko wyroby objęte wymaganiami dyrektywy 94/9/WE, które są zgodne z jej postanowieniami, mogą być wprowadzane do obrotu na terytorium Unii Europejskiej oraz funkcjonować zgodnie z projektem i przeznaczeniem w przewidzianym środowisku.

Dyrektywa 94/9/WE po raz pierwszy wprowadza zharmonizowane wymagania odnośnie do urządzeń nieelektrycznych, urządzeń przeznaczonych do użytkowania w środowisku potencjalnie zagrożonym wybuchem mieszanin pyłowych oraz systemów ochronnych. Wymagania określone w dyrektywie dotyczą również aparatury zabezpieczającej, przeznaczonej do instalowania poza strefami zagrożonymi wybuchem, która jest wymagana lub przyczynia się do bezpiecznej pracy urządzeń lub systemów ochronnych zainstalowanych w strefach zagrożonych wybuchem. Wymagania te dotyczą zarówno urządzeń elektrycznych, jak i nieelektrycznych.

Postanowienia dyrektywy ATEX dotyczą wyrobów po raz pierwszy wprowadzanych do obrotu zarówno produkowanych w krajach UE, jak i importowanych z poza Unii Europejskiej bez względu na datę i miejsce wytworzenia. Biorąc pod uwagę, że pojęcie „wprowadzania do obrotu” dotyczy wyrobów po raz pierwszy udostępnionych w celu ich dystrybucji i/lub użytkowania w UE Dyrektywa ATEX 94/9/WE obejmuje tylko:

- wyroby nowe produkowane w UE,

- wyroby „jako-nowe”,

- wyroby nowe lub używane importowane z poza Unii Europejskiej,

- wyroby nowe i „jako nowe” oznakowane przez osobę, która nie jest ich pierwotnym

producentem.

Wyroby określane pojęciem „jako-nowe”, są to wyroby na tyle zmodyfikowane, że ich właściwości w zakresie bezpieczeństwa, ochrony zdrowia i ewentualnie działania są znacznie zmienione.

Producent odpowiada za zgodność wyrobów z wymaganiami dyrektywy, jeżeli wyroby te podlegają postanowieniom dyrektywy.

4.2. Zakres stosowania dyrektywy ATEX 94/9/WE

Urządzenia

Urządzenie wchodzi w zakres dyrektywy tylko wówczas, gdy jest ono przeznaczone w całości lub w części do użytku w przestrzeni zagrożonej wybuchem.

Urządzenie, w którego wnętrzu może powstać atmosfera wybuchowa z powodu jego konstrukcji, sposobu działania lub z innych przyczyn i może utworzyć atmosferę wybuchową w swoim otoczeniu podlega dyrektywie.

Innym warunkiem podległości postanowieniom dyrektywy jest występowanie w urządzeniu własnego potencjalnego źródła zapalenia.

Według dyrektywy źródłami zapalenia mogą być iskry i łuki elektryczne, wyładowania elektrostatyczne, fale elektromagnetyczne, promieniowanie jonizujące, promieniowanie optyczne nagrzane powierzchnie, płomienie i gorące gazy, iskry wytworzone mechanicznie, reakcje chemiczne, kompresja.

Jeżeli jedynym źródłem elektryzowania elektrostatycznego wyrobów są czynniki związane z procesem technologicznym, to takie wyroby nie są traktowane jako posiadające własne źródło zapalenia i nie wchodzą w w zakres dyrektywy 94/9/WE

Urządzenie ma własne potencjalne źródło zapalenia, gdy w czasie pracy w przestrzeni zagrożonej wybuchem zgodnie ze swoim przeznaczeniem i kategorią ochrony przeciwwybuchowej (nawet w czasie wadliwego działanie) jest zdolne do zapalenia mieszaniny wybuchowej, jeżeli nie będą zachowane środki bezpieczeństwa. Dlatego urządzenie musi mieć odpowiedni poziom zabezpieczenia.

Potencjalne źródła zapalenia w urządzeniach nieelektrycznych są zazwyczaj spowodowane częściami ruchomymi zdolnymi do wytworzenia nagrzanych powierzchni i iskier powstałych w wyniku tarcia. Przykładami takich urządzeń są: przekładnie, wentylator, pompy, kompresory, hamulce. Tego rodzaju urządzenia mechaniczne zwykle współpracują z urządzeniem napędowym, najczęściej z silnikiem elektrycznym. Razem wprowadzone do obrotu traktowane są jako „zestaw”.

Urządzenie mechaniczne wyposażone w elementy służące do pomiarów wielkości nieelektrycznych, np. w termoelementy, które wytwarzają bardzo niskie napięcia lub małe prądy i można je uznać za „urządzenia proste” i nie mają żadnych innych części elektrycznych powinny być poddawane procedurom oceny zgodności przewidzianym do urządzeń nieelektrycznych.

W przypadku urządzeń, zawierających urządzenie elektryczne, które można łatwo oddzielić od części nieelektrycznej można zastosować procedury oceny zgodności osobne do części nieelektrycznej, np. pompy. W razie, gdy urządzenie elektryczne zmontowane z urządzeniem nieelektrycznym nie jest urządzeniem prostym, np. silnik napędowy pompy, to taki wyrób jest traktowany jako zestaw.

Trzeba analizować wszystkie potencjalne źródła zapalenia urządzeń objętych postanowieniami dyrektywy.

Urządzenia mechaniczne obracające się z niewielką prędkością, lub do których dostarczana moc jest niewielka mogą nie być zdolne do wytworzenia nagrzanych powierzchni lub innych źródeł zapalenia, nawet w przypadku rzadko spotykanych uszkodzeń. Producent takiego urządzenia powinien ocenić, czy jest ono zdolne do zapalenia mieszaniny wybuchowej, jeżeli nie, to nie powinno być ono traktowane jako urządzenie ATEX, ani oznakowane zgodnie z dyrektywą 94/9/WE.

Zestawy

Zestaw utworzony z połączenia dwóch lub większej liczby urządzeń razem z innymi potrzebnymi częściami lub podzespołami uznaje się za wyrób podlegający dyrektywie, jeżeli ten zestaw jest wprowadzany do obrotu lub oddawany do użytku jako jeden zespół użytkowy.

Urządzenia takie muszą być instalowane w oparciu o instrukcję w taki sposób aby była zachowana zgodność z dyrektywą bez konieczności przeprowadzania dalszej oceny zgodności.

Gdy zestaw jest utworzony z urządzeń, które były wcześniej wprowadzone do obrotu przez różnych producentów, są zgodne z dyrektywą i odpowiednio oznakowane CE itd. to jego producent może domniemywać zgodność tych urządzeń. Może jednak przeprowadzić własną analizę ryzyka zestawu w odniesieniu do ewentualnie powstałych zagrożeń zapalenia lub innych zagrożeń, które mogą wystąpić w następstwie tego połączenia. W przypadku wykrycia dodatkowych zagrożeń zapalenia konieczne jest przeprowadzenie oceny zgodności zestawu pod kątem tych zagrożeń. Stosując części lub podzespoły, na które były wydane świadectwa zgodności przez ich producenta wykonawca zestawu może domniemywać ich zgodność.

Jeżeli wykonawca łączy w zestaw części i podzespoły nie mające oznakowania CE, lub części i podzespoły nie posiadające świadectwa zgodności, bo części te są wytwarzane przez niego lub uzyskane w celu dalszej obróbki, to nie może on domniemywać ich zgodności, a jego ocena zgodności zestawu powinna obejmować te części. Ocena ryzyka zestawu przeprowadzona przez producenta nie wyklucza przeprowadzenia odpowiedniej procedury oceny zgodności przez jednostkę notyfikowaną.

W celu wyjaśnienia pojęcia „zestawu” w rozumieniu dyrektywy 94/9/WE należy rozpatrzyć następujące przykłady:

W przypadku stwierdzenia zagrożenia zapaleniem w wyniku połączenia w zestaw, np. pompy i silnika elektrycznego lub w razie braku wcześniejszej pełnej zgodności komponentów z dyrektywą, taki zestaw musi być poddany pełnej procedurze oceny zgodności odpowiedniej do kategorii.

Systemy ochronne

Systemy ochronne są wyrobami przeznaczonymi do natychmiastowego powstrzymania wybuchu w stadium początkowym lub ograniczenia zasięgu wybuchu. Są one wprowadzane do obrotu jako samodzielne systemy. Przykładami takich systemów są:

- przerywacze płomieni,

- systemy odciążające (wykorzystujące mi. membrany rozrywne, panele odciążające,

klapy wybuchowe),

- zapory gaszące,

- systemy tłumienia wybuchów.

Zgodnie z przeznaczeniem systemy ochronne są, przynajmniej częściowo instalowane w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

Systemy ochronne podlegają dyrektywie niezależnie od tego czy mają własne źródło zapalenia czy nie ze względu na to, że służą do ograniczenia lub eliminacji skutków wybuchu. Jeżeli systemy ochronne mają własne źródło zapalenia, to muszą spełniać zasadnicze wymagania bezpieczeństwa i ochrony zdrowia odnoszące się do urządzeń.

Systemy ochronne mogą być wprowadzane do obrotu oddzielnie w celu użycia ich jako samodzielnych systemów ( w takim przypadkach muszą być w wymagany sposób certyfikowane i oznakowane) lub jako integralna część urządzeń. Wówczas nie są one traktowane jako samodzielne systemy ochronne. Ich zgodność jest badana wraz z urządzeniem, w które są wbudowane i nie są oddzielnie oznakowane. Zasadnicze wymagania bezpieczeństwa i ochrony zdrowia odnoszą się również do zintegrowanych systemów ochronnych.

Części i podzespoły

W rozumieniu dyrektywy 94/9/WE części i podzespoły są jednocześnie:

- istotne ze względu na bezpieczne działanie urządzeń i systemów ochronnych w

odniesieniu do bezpieczeństwa przeciwwybuchowego

- pozbawione funkcji samodzielnych (gdyby miały funkcje samodzielne, to byłyby

uważane za urządzenia lub za systemy ochronne albo za aparaturę).

Niektóre wyroby mogą mieć funkcje samodzielne lub ich nie mieć w zależności od zakresu oceny zgodności przed wprowadzeniem ich do obrotu lub oddania do użytkowania.

Części i podzespoły, które mają być zastosowane w urządzeniach lub w systemach ochronnych, posiadające świadectwo zgodności obejmujące opis ich właściwości oraz instrukcję ich zastosowania w wyrobie, uznaje się za zgodne z odnośnymi postanowieniami dyrektywy. Części i podzespoły Ex określone w normach zharmonizowanych, są częściami i podzespołami w rozumieniu dyrektywy 94/9/WE. Części i podzespoły nie mogą być oznakowane „CE” (nie są urządzeniami) z wyjątkiem przypadków, gdy wymagane jest to przez inne dyrektywy, np. EMC dyrektywa 89/336/EWG. Przykładami części i podzespołów wprowadzanych do obrotu, gdy jest wyraźnie określone ich przeznaczenie do wbudowania w wyroby ATEX, są:

- zaciski,

- zestawy przycisków,

- przekaźniki,

- puste osłony ognioszczelne,

- zapłonniki do świetlówek,

- hermetyzowane przekaźniki i styczniki wraz z zaciskami i połączeniami

wewnętrznymi,

- hamulce maszyn przeznaczone jako części składowe urządzeń ATEX,

- zbiorniki ciśnieniowe wypełnione proszkiem tłumiącym wybuch,

- taśmy przenośnikowe do przenośników pyłów palnych,

- niesamodzielne systemy ochronne,

Zgodność części i podzespołów oceniana jest według tych samych kryteriów, jak urządzenia, systemy ochronne i aparaty, w których są zastosowane. Niekiedy częściom i podzespołom może być przypisana kategoria, wówczas mogą one być używane tylko w urządzeniach tej kategorii. Części i podzespoły bez określonej kategorii mają szeroki zakres zastosowań. Części i podzespoły do samodzielnych systemów ochronnych nie mają określanej kategorii podobnie jak same systemy ochronne. Szczegóły zastosowań podawane są w załączonej dokumentacji, np. w świadectwie zgodności.

Wiele części i podzespołów jest wprowadzanych do obrotu z przeznaczeniem ogólnotechnicznym, np. łożyska, uszczelnienia mechaniczne, diody Zenera bez wyraźnego wskazania zastosowania ich w wyrobach przeciwwybuchowych lub systemach ochronnych. Ich zgodność w konkretnych zastosowaniach odnoszącą się do bezpieczeństwa wyrobu, w którym są zastosowane ocenia się w trakcie oceny zgodności tego wyrobu.

Części i podzespoły wprowadzane do obrotu z wyraźnym określeniem stosowania ich w urządzeniach, systemach ochronnych lub aparaturze, np. listwy zaciskowe budowy wzmocnionej, osłony ognioszczelne, skrzynki zaciskowe ognioszczelne lub budowy wzmocnionej, dławice przewodów ognioszczelne powinny być oceniane oddzielnie i powinny mieć świadectwo zgodności.

Aparatura zabezpieczająca, sterująca i regulacyjna

Dyrektywie podlega:

W stosunku do tej aparatury zasadnicze wymagania stosuje się tylko w zakresie niezbędnym do bezpiecznego i niezawodnego jej funkcjonowania w środowisku zagrożonym wybuchem. Przykłady:

- pompa, regulator ciśnienia, akumulator itd. zapewniające dostateczne ciśnienie i przepływ do zasilania systemu hydraulicznego zabezpieczającego,

- zabezpieczenie przetężeniowe silników elektrycznych przeciwwybuchowych Exe ( budowy wzmocnionej),

- systemy do kontroli środowiska zainstalowane poza strefami zagrożonymi wybuchem, zawierające czujniki do pomiaru stężeń czynników tworzących mieszaniny wybuchowe w przestrzeni zagrożonej wybuchem, inicjujące działania urządzeń i systemów ochronnych w przypadku stwierdzenia przekroczenia stężeń dopuszczalnych,

- sterowniki zainstalowane w przestrzeniach niezagrożonych wybuchem połączone z czujnikami do pomiaru temperatur, ciśnień, przepływu itp. w strefach zagrożonych wybuchem w celu kontroli procesu technologicznego.

Ze względów bezpieczeństwa i ekonomicznych wskazane jest instalowanie takiej aparatury poza strefami zagrożonymi wybuchem. Jednak niekiedy może to być, ze względów technicznych nieuzasadnione. Wówczas taka aparatura może być traktowana jako urządzenie. Trzeba rozróżnić dwie sytuacje:

- jeżeli aparatura ma własne potencjalne źródło zapalenia, do w stosunku do niej będą miały zastosowanie wymagania odnośnie do urządzeń,

- jeżeli aparatura nie ma własnego potencjalnego źródła zapalenia, to nie miozna jej traktować jak urządzenie.

Aparatura nie objęta dyrektywą 94/9/WE

- aparatura inna niż aparatura zabezpieczająca, sterująca i regulacyjna

- aparatura, również aparatura zabezpieczająca, sterująca i regulacyjna, która nie jest wymagana i nie przyczynia się do bezpiecznego funkcjonowania urządzeń w strefach zagrożonych wybuchem

- nawet, jeżeli aparatura zabezpieczająca, sterująca i regulacyjna przyczynia się lub jest wymagana do bezpiecznego funkcjonowania urządzeń lecz wobec zagrożeń innych niż zagrożenie wybuchem,

- aparatura kontrolna (monitorująca) zapewniająca tylko powstanie sygnału

alarmowego bez bezpośredniego sterowania urządzeniem w strefie zagrożonej

wybuchem.

Przykłady:

- styczniki, sterowniki logiczne itp. nie pełniące funkcji zabezpieczających wobec

zagrożenia wybuchem,

- systemy zraszania wodą do przeciwpożarowej ochrony instalacji,

- drzwi przeciwwybuchowe,

- systemy pomiaru stężeń, które alarmują lecz nie maj funkcji sterujących,

- systemy wentylacji awaryjnej działającej po wykryciu dopuszczalnych stężeń

czynników palnych.

4.3. Obszary stosowania dyrektywy ATEX 94/9/WE

W dyrektywie 94/9/WE atmosfera wybuchowa jest zdefiniowana jako mieszanina:

(niekiedy, zwłaszcza w przypadku pyłów, nie cały materiał palny jest spalony).

Przestrzenie, w których może wystąpić mieszanina wybuchowa nazywane są „przestrzeniami zagrożonymi wybuchem”

Wyroby objęte dyrektywą 94/9/WE projektowane są i produkowane tylko z przeznaczeniem do tego rodzaju przestrzeni.

Trzeba brać pod uwagę, że wyroby, które są przeznaczone do użytku w atmosferze, która może być wybuchowa lecz nie spełnia jednego lub kilku warunków określonych w punktach a) do d) nie są objęte zakresem dyrektywy. Na przykład:

- wyrób w mieszaninie potencjalnie wybuchowej, bez obecności powietrza nie

wchodzi w zakres dyrektywy (chodzi o mieszaniny, w których występuje utleniacz

inny niż powietrze, np. chlor)

- wyrób przeznaczony do użytkowania w mieszaninie o ciśnieniu lub temperaturze

innych niż atmosferyczne.

Tego rodzaju specjalne procesy wymagają urządzeń specjalnie do nich przystosowanych, ponieważ urządzenia przeznaczone do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem w warunkach atmosferycznych mogą w innych warunkach stanowić zagrożenie wybuchem.

4.4. Urządzenia wyłączone z zakresu dyrektywy ATEX 94/9/WE

Postanowień rozporządzenia (dyrektywy) nie stosuje się do:

Urządzenia wyłączone z postanowień rozporządzenia (dyrektywy) objęte są

postanowieniami innych rozporządzeń lub są przedmiotem umów międzynarodowych, których sygnatariuszami są kraje członkowskie Unii Europejskiej w tym Polska.

Przykłady szczególnych urządzeń (wyrobów) nie objętych dyrektywą

Urządzenia „proste”

W przypadku „prostych” wyrobów elektrycznych europejskie normy zharmonizowane pozwalają na prawidłową ocenę efektywności źródeł zapalenia i w rezultacie tego określenie czy mają one być brane pod uwagę jako źródła efektywne, czy nie. Są one szczegółowo omówione przy rozpatrywaniu obwodów iskrobezpiecznych

Większość prostych wyrobów mechanicznych nie wchodzi w zakres dyrektywy, ze względu na to, że nie mają one własnego źródła zapalenia, np. narzędzia ręczne - młotki, klucze, wkrętaki.

Instalacje

Dyrektywa 94/9/WE nie zawiera przepisów dotyczących procesów instalowania.

Generalnie instalowanie urządzeń jest podmiotem wymagań prawnych albo dyrektywy dotyczącej miejsca pracy, albo przepisów krajowych państw członkowskich lub normy zharmonizowanej.

Zestawienia urządzeń i ich instalowania w miejscu użytkowania nie uznaje się za produkcję, wynikiem takiego działania nie jest urządzenie lecz instalacja i nie wchodzi w zakres dyrektywy ATEX.

Instalator musi zapewnić, że poszczególne urządzenia pierwotnie zgodne pozostają nadal zgodne po ich zainstalowaniu i oddaniu do ruchu. Musi on więc stosować się do wszelkich wskazówek producenta. Przykładem takiej instalacji może być obwód składający się z czujnika, przetwornika, bariery ochronnej i zasilacza dostarczonych przez różnych producentów i zainstalowanych na odpowiedzialność użytkownika.

Nie zawsze możliwe jest wyznaczenie wyraźnej granicy między instalacją i zestawem.

W przypadku zestawów i instalacji odpowiedzialność spada na osobę, która wprowadza zestaw do obrotu i na użytkownika końcowego instalacji. Każdy z nich musi opracować dokumentację techniczną wykazując w jaki sposób spełnił odpowiednie przepisy.

4.5. Podział urządzeń i systemów ochronnych na grupy i kategorie

W rozporządzeniu (dyrektywie) ustalono następujące grupy urządzeń i systemów ochronnych elektrycznych i nieelektrycznych, np. mechanicznych, pneumatycznych identyczne, jak w normie PN - EN 60079-0 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

Wymagania ogólne.

W dyrektywie ATEX 94/9/WE ustalono podział urządzeń na dwie grupy. W celu podjęcia odpowiedniej procedury oceny zgodności producent musi najpierw określić, biorąc pod uwagę użytkowanie zgodne z przeznaczeniem, do jakiej grupy i kategorii należy zakwalifikować wyrób.

Aparatura wymagana lub przyczyniająca się do bezpiecznego funkcjonowania urządzeń lub systemów ochronnych ( aparatura towarzysząca) musi przejść procedurę oceny zgodności według kategorii tych urządzeń lub systemów ochronnych .

Części lub podzespoły i aparatura mogą być odpowiednie do urządzeń różnych grup i kategorii.

W obrębie tych grup wydzielono kategorie urządzeń i systemów ochronnych.

Grupy te i kategorie dotyczą wszystkich rodzajów urządzeń i systemów ochronnych przewidzianych do instalowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

Wyroby grupy I

W grupie I, dotyczącej urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym przeznaczonych do pracy w górnictwie metanowym, wydzielono kategorie urządzeń M1 i M2.

1) kategoria M1 - obejmuje urządzenia zaprojektowane i, w razie potrzeby,

wyposażone w specjalne dodatkowe środki zabezpieczenia

przeciwwybuchowego tak, że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami

ruchowymi określonymi przez producenta, zapewniając bardzo wysoki

poziom zabezpieczenia w czasie pracy w atmosferze wybuchowej nawet w

przypadku rzadko występującego uszkodzenia; urządzenia tej kategorii

charakteryzują się takimi zabezpieczeniami, że:

a) w przypadku uszkodzenia jednego ze środków zabezpieczających,

przynajmniej drugi, niezależny środek, zapewni wymagany poziom

zabezpieczeni, albo wymagany poziom zabezpieczenia będzie zapewniony w

przypadku wystąpienia dwóch niezależnych od siebie uszkodzeń,

rzadko występujących uszkodzeń; urządzenia te, w miarę potrzeby,

wyposaża się w specjalne środki zabezpieczające, które są zdolne do

funkcjonowania w atmosferze wybuchowej,

sposób, że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami ruchowymi ustalonymi przez producenta, gwarantując wysoki poziom zabezpieczenia; w urządzeniach tej kategorii producent zapewnia:

Wymagania w stosunku do urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym grupy I, kategorii M1 i M2 zestawione są w tablicy 4.1.

Tablica 4.1. Wymagania w stosunku do urządzeń grupy I

Wyroby grupy II

W grupie II, dotyczącej urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym przeznaczonych do pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem innych niż kopalnie metanowe, wydzielono kategorie 1, 2 i 3.

występujących uszkodzeń i charakteryzują się takimi środkami

zabezpieczenia, że:

2). kategoria 2 obejmuje urządzenia zaprojektowane i wykonane w taki sposób,

że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami ruchowymi ustalonymi przez

producenta, zapewniając wysoki poziom zabezpieczenia. Urządzenia tej

kategorii:

mieszanin wybuchowych gazów palnych, par cieczy palnych lub pyłów z powietrzem jest prawdopodobne czyli w strefach zagrożenia wybuchem 1 lub 21;

wymagany poziom zabezpieczenia nawet w przypadkach częstych zakłóceń lub uszkodzeń urządzeń, jakie bierze się pod uwagę,

że mogą funkcjonować zgodnie z parametrami ustalonymi przez

producenta, zapewniając normalny stopień zabezpieczenia. Urządzenia tej

kategorii:

wybuchowych gazów palnych, par cieczy palnych lub pyłów z powietrzem jest mało prawdopodobne, a jeżeli wystąpią, to rzadko i w krótkim okresie, czyli w strefach zagrożenia wybuchem 2 i 22;

Urządzenia wymienionych kategorii powinny spełniać zasadnicze wymagania

określone w rozporządzeniu.

Wymagania w stosunku do urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym grupy II, kategorii 1, 2 i 3 są zestawione w tablicy 4.2.

Tablica 4.2. Wymagania w stosunku do urządzeń grupy II

4.6. Zasadnicze wymagania

Wymagania wspólne

Gdy producent urządzeń przeciwwybuchowych zastosował normy zharmonizowane, dotyczące urządzeń i systemów ochronnych lub jeżeli jest brak norm zharmonizowanych i zastosował normy krajowe, obejmujące jedno lub więcej zasadniczych wymagań, to uznaje się, że urządzenia, systemy ochronne, części i podzespoły są zgodne z wymaganiami rozporządzenia.

Urządzenia i systemy ochronne mogą być zaprojektowane do użytkowania w określonej specyficznej atmosferze wybuchowej. Szczególne przeznaczenie tych urządzeń powinno być wyraźnie oznaczone.

Urządzenia i systemy ochronne mogą być wprowadzane do obrotu i oddawane do użytku tylko wtedy, gdy przy prawidłowym zainstalowaniu, konserwowaniu i użytkowaniu zgodnym z przeznaczeniem nie będą stwarzać zagrożenia bezpieczeństwa i zdrowia osób, zwierząt domowych oraz mienia.

Gdy konieczne jest zapewnienie specyficznych warunków bezpieczeństwa osób użytkujących urządzenia przeciwwybuchowe i systemy ochronne mogą być ustalone inne niż podane w rozporządzeniu wymagania, jednak pod warunkiem, że nie spowodują one konieczności modyfikacji urządzeń i systemów ochronnych w sposób niezgodny z wymaganiami rozporządzenia.

Do obrotu mogą być wprowadzane urządzenia przeciwwybuchowe i systemy ochronne, jeżeli uzyskały pozytywny wynik oceny zgodności, umieszczono na nich oznakowanie CE oraz dołączono do nich deklarację zgodności WE.

Przy projektowaniu i wytwarzaniu urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym i systemów ochronnych należy uwzględniać aktualny stan wiedzy technicznej w tym zakresie.

Urządzenia i systemy ochronne powinny być projektowane zgodnie z zasadami zintegrowanego bezpieczeństwa przeciwwybuchowego. W tym celu producent powinien podjąć działania aby:

wybuchowych przez urządzenia i systemy ochronne;

Wytwarzanie urządzeń i systemów ochronnych powinno być poprzedzone analizą możliwości wystąpienia awarii podczas ich użytkowania. Celem tej analizy jest uniknięcie niebezpiecznych sytuacji podczas użytkowania urządzeń i systemów ochronnych. Przeprowadzając analizę dotyczącą możliwości wystąpienia awarii należy uwzględnić nieprawidłowości jakie mogą wystąpić podczas uzytkowania urżdzeń i systemów ochronnych.

Szczególne znaczenie mają właściwości materiałów stosowanych do budowy

urządzeń i systemów ochronnych. Przy ich doborze należy przedsiębrać środki aby

innymi materiałami nie osłabiły osiągniętego zabezpieczenia, zwłaszcza w

zakresie odporności na korozję, zużycie, przewodności elektrycznej,

wytrzymałości mechanicznej, starzenia się i skutków zmian temperatury.

Urządzenia i systemy ochronne powinny być wytwarzane zgodnie z wiedzą techniczną w zakresie bezpieczeństwa przeciwwybuchowego, tak aby mogły bezpiecznie funkcjonować podczas przewidywanego okresu ich żywotności.

Części i podzespoły przeznaczone do wbudowania w urządzenia przeciwwybuchowe lub do wykorzystania jako części zamienne w urządzeniach i systemach ochronnych projektuje się i wytwarza, tak aby po ich zamontowaniu, zgodnie z instrukcją producenta, działały bezpiecznie i realizowały cele zabezpieczenia przeciwwybuchowego.

Urządzenia , które w czasie eksploatacji mogą emitować gazy i pary cieczy palnych powinny stanowić układy zamknięte.

Jeżeli urządzenia mają otwory lub nieszczelne złącza, to w miarę możliwości powinny mieć taką konstrukcję, aby emisje gazów lub pyłów nie mogły doprowadzić do powstawania mieszanin wybuchowych na zewnątrz tych urządzeń. Otwory do napełniania i opróżniania urządzeń technologicznych powinny mieć w miarę możliwości, taką konstrukcję i wyposażenie, aby ograniczyć emisję substancji palnych podczas ich napełniania i opróżniania.

Zasadnicze wymagania w stosunku do urządzeń grupy I

Urządzenia grupy I kategorii M1 są tak konstruowane, aby pył węglowy nie mógł wnikać do ich wnętrza. Otwieranie tych urządzeń powinno być możliwe tylko w stanie beznapięciowym lub w warunkach, w których zapewnione jest iskrobezpieczeństwo. Jeżeli w warunkach ruchowych nie ma możliwości wyłączenia tych urządzeń spod napięcia, to producent powinien na ich otwieranych częściach umieścić napisy ostrzegawcze lub zastosować systemy blokujące.

Urządzenia grupy I kategorii M2 powinny być skonstruowane w sposób uniemożliwiający wnikanie pyłu węglowego do ich wnętrza. Urządzenia te wyposaża się w takie środki zabezpieczające , aby ich ewentualne wewnętrzne źródła zapalenia nie uaktywniły się w czasie normalnego ich działania, nawet w trudnych warunkach użytkowania, zwłaszcza wynikających ze zmieniających się warunków środowiska i nieostrożnego obchodzenia się z nimi.

Podstawowym środkiem zabezpieczenia urządzeń kategorii M2 jest samoczynne wyłączenie napięcia w przypadku pojawienia się mieszaniny wybuchowej metanu i pyłu węglowego z powietrzem. Urządzenia te muszą być tak skonstruowane, aby zapewnić bezpieczeństwo od momentu powstania mieszaniny wybuchowej do chwili wyłączenia napięcia.

Urządzenia kategorii M2 powinny być tak skonstruowane, aby ich otwieranie umożliwiające, dostęp do części, które mogłyby być źródłem energii zapalającej było możliwe tylko w ich stanie beznapięciowym. Otwieranie tych urządzeń pod napięciem powinno być uniemożliwione przez blokady elektryczne lub mechaniczne. Jeżeli nie ma możliwości wyłączenia tych urządzeń , to producent umieszcza tabliczkę ostrzegawczą na otwieranych ich częściach. Temperatura powierzchni zewnętrznych urządzeń kategorii M2 powinna być wyraźnie niższa od temperatury zapalenia spodziewanej mieszaniny pyłu z powietrzem.

Zasadnicze wymagania w stosunku do urządzeń grupy II

Urządzenia grupy II kategorii 1, 2 i 3 tak się projektuje i wytwarza, aby w

przypadku zagrożenia wybuchem mieszanin gazów palnych i par cieczy palnych z powietrzem ich wewnętrzne źródła zapalenia nie uaktywniły się nawet podczas częstych ich zakłóceń i uszkodzeń.

Urządzenia grupy II kategorii 1, 2 i 3, których powierzchnie w czasie użytkowania mogą się nagrzewać wyposaża się w zabezpieczenia zapewniające, że nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach nie zostanie przekroczona maksymalna dopuszczalna temperatura tych powierzchni. Powinno się także uwzględniać przyrosty temperatury wynikające z akumulacji ciepła i reakcji chemicznych.

Otwieranie tych urządzeń powinno być możliwe tylko w stanie beznapięciowym lub w warunkach, w których zapewnione jest iskrobezpieczeństwo. Jeżeli w warunkach ruchowych nie ma możliwości wyłączenia tych urządzeń spod napięcia, to producent powinien na ich otwieranych częściach umieścić napisy ostrzegawcze lub zastosować systemy blokujące.

W razie umieszczenia elementów, mogących spowodować zapalenie mieszaniny wybuchowej w osłonie ognioszczelnej, to powinna ona wytrzymać ciśnienie powstałe w czasie wewnętrznego wybuchu mieszaniny wybuchowej i zapobiec przeniesieniu się wybuchu do otaczającej urządzenie mieszaniny wybuchowej.

Należy zapobiegać pojawieniu się potencjalnych źródeł zapalenia: iskier, płomieni, łuków elektrycznych, wysokich temperatur powierzchni, energii akustycznej, promieniowania optycznego, fal elektromagnetycznych i innych źródeł zapalenia.

Należy zapobiegać:

* ładunkom elektrostatycznym powodującym niebezpieczne wyładowania,

* występowaniu w częściach przewodzących urządzenia prądów błądzących

lub upływowych sprzyjających powstawaniu niebezpiecznej korozji,

nagrzewaniu powierzchni lub iskrzeniu zdolnemu do zapalenia mieszaniny

wybuchowej.

Zasadnicze wymagania w stosunku do urządzeń przeznaczonych do pracy w obecności mieszanin pyłowych (III)

Urządzenia i systemy ochronne kategorii 1, 2 i 3 przeznaczone do pracy w obecności pyłów powinny być tak konstruowane, aby:

nie powodowały zapalenia mieszanin, wybuchowych pyłów z powietrzem

nawet w przypadku rzadko występujących uszkodzeń.,

się tylko w specjalnie do tego celu przewidzianych miejscach w urządzeniu;

dotyczy to również wpustów kablowych i elementów przyłączeniowych,

osiadłych na powierzchni urządzeń i systemów ochronnych, a w razie

potrzeb stosować środki ograniczające te temperatury,

zabezpieczenia przeciwwybuchowego urządzeń i systemów ochronnych

było możliwe tylko przy użyciu specjalnych narzędzi lub przy zachowaniu

odpowiednich środków bezpieczeństwa,

Urządzenia grupy II (III) kategorii 3 przeznaczone do pracy w obecności mieszanin

wybuchowych pyłów z powietrzem powinny być tak wykonane, aby nie mogły spowodować zapalenia tych mieszanin podczas normalnego ich działania. Urządzenia te, łącznie z wpustami kablowymi i elementami przyłączeniowymi, powinny być budowane z uwzględnieniem granulacji cząstek pyłu, tak aby pył nie mógł tworzyć w ich wnętrzu mieszaniny wybuchowej z powietrzem.

Należy zapobiegać pojawieniu się potencjalnych źródeł zapalenia; iskier, płomieni, łuków elektrycznych, wysokich temperatur powierzchni, energii akustycznej, promieniowania optycznego, fal elektromagnetycznych i innych źródeł energii, a w szczególności:

* nadmiernego nagrzewania wynikającego z tarcia lub uderzeń materiałów

stykających się ze sobą podczas wirowania lub przez wniknięcie ciał obcych.

Zasadnicze wymagania w zakresie wyposażenia w aparaturę zabezpieczającą

Urządzenia i systemy ochronne powinny być wyposażone w zintegrowaną z

nimi aparaturę pomiarową, sterującą i regulacyjną, zapobiegającą generowaniu w aparaturze fal uderzeniowych lub sprężeń zdolnych do zapalenia mieszaniny wybuchowej.

Urządzenia zabezpieczające aparaturę technologiczną powinny funkcjonować niezależnie od jej wyposażenia pomiarowego i sterującego, niezbędnego ze względów funkcjonalnych.

Przy projektowaniu urządzeń należy przewidzieć środki zapobiegające ich niebezpiecznym przeciążeniom w postaci zintegrowanych z nimi elementów pomiarowych, sterowniczych i regulacyjnych, zwłaszcza takich jak: odłączniki i zabezpieczenia przeciążeniowe, ograniczniki temperatury, wyłączniki sterowane różnicą ciśnień, przepływomierze, wyłączniki czasowe i iine podobne elementy kontrolne.

Urządzenia zabezpieczające powinny uruchamiać bezpośrednio odpowiednie urządzenia wykonawcze, bez pośrednictwa oprogramowania.

Urządzenia i systemy ochronne powinny być bezpieczne w przypadku uszkodzenia urządzeń zabezpieczających.

W czasie projektowania i wykonywania urządzeń i systemów ochronnych powinny być zastosowane odpowiednie środki, umożliwiające, w przypadku uszkodzenia urządzeń zabezpieczających, niezwłoczne wykrycie tych uszkodzeń i ograniczenie do minimum ich negatywnych skutków. Należy stosować zasadę zachowania bezpieczeństwa w przypadku uszkodzenia urządzeń zabezpieczających.

Wyłączniki awaryjne urządzeń zabezpieczających powinny mieć blokady uniemożliwiające ponowne załączenie bez uprzedniego świadomego usunięcia tych blokad.

Urządzenia monitorujące zawartość zanieczyszczeń w powietrzu powinny mieć próg alarmu nastawiony z odpowiednim współczynnikiem bezpieczeństwa w stosunku do dolnej granicy wybuchowości analizowanej atmosfery, z uwzględnieniem warunków funkcjonowania instalacji i możliwych błędów systemu pomiarowego.

W przypadku uruchomienia się systemu wyłączenia awaryjnego, zakumulowane energie powinny być, w miarę możliwości, szybko i bezpiecznie odłączone lub rozproszone, aby nie stanowiły zagrożenia. Nie dotyczy to oczywiście energii zgromadzonej w akumulatorach.

Zasadnicze wymagania do systemów ochronnych

Systemy ochronne powinny mieć takie parametry, aby skutki ewentualnego wybuchu były zredukowane do bezpiecznego poziomu. Systemy ochronne tak się projektuje i rozmieszcza w urządzeniach, aby:

Systemy ochronne odporne na wybuch (przewidziane do pracy w czasie

wybuchu) powinny być tak wykonane, aby wytrzymały falę uderzeniową bez utraty integralności systemu. Biorąc pod uwagę, że obciążenie systemów ochronnych będzie, w razie wybuchu, przekraczać ich wytrzymałość, urządzenia odciążające nie mogą stanowić zagrożenia dla osób znajdujących się w ich pobliżu.

Systemy tłumienia wybuchów powinny reagować na rozwijający się wybuch w jego najwcześniejszej - początkowej fazie i przeciwdziałać mu skutecznie, z uwzględnieniem maksymalnej szybkości narastania ciśnienia i maksymalnego ciśnienia wybuchu.

Systemy odsprzęgające, przewidziane do izolowania określonych urządzeń i instalacji powinny tak szybko, jak to jest możliwe, w przypadku wybuchu, zachować zdolność do zabezpieczenia przed przeniesieniem płomienia oraz swą wytrzymałość mechaniczną w warunkach działania.

Systemy ochronne, powinny być tak zaprojektowane, aby w razie potrzeby było możliwe zintegrowanie ich z przyrządami monitorującymi zanieczyszczenie powietrza umożliwiające odcięcie dopływu substancji niebezpiecznej oraz wyłączenie urządzeń i instalacji, nie mogących działać bezpiecznie.

4.7. Instrukcje montażu i eksploatacji

Do urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym i systemów ochronnych wprowadzanych do obrotu załączane są instrukcje producenta zawierające:

Do instrukcji dołączane są rysunki i schematy potrzebne do: uruchamiania,

konserwacji, kontroli i sprawdzania poprawnego działania oraz naprawy urządzenia lub systemu ochronnego oraz zalecenia dotyczące bezpieczeństwa..

4.8. Oznakowanie urządzeń i systemów ochronnych

Urządzenia i systemy ochronne (elektryczne i nieelektryczne) odpowiadające wymaganiom określonym w rozporządzeniu (w dyrektywie Atex 100a)) oznaczane są w sposób czytelny i trwały. Oznaczenie powinno zawierać co najmniej:

zgodność z dyrektywą ATEX:

Tam, gdzie to jest niezbędne, na urządzeniach i systemach ochronnych (np. na

urządzeniach elektrycznych) umieszcza się oznakowania zawierające informacje istotne ze względu na bezpieczeństwo ich użytkowania.

Z prawej strony znaku CE umieszcza się numer identyfikacyjny jednostki notyfikowanej, która uczestniczyła w fazie kontroli produkcji urządzeń i systemów ochronnych.

W przypadku gdy do urządzeń i systemów ochronnych mają zastosowanie odrębne przepisy , które przewidują umieszczenie oznakowania CE, np. dyrektywa niskonapięciowa lub dyrektywa maszynowa, oznakowanie to może być umieszczone, jednak pod warunkiem, że urządzenie lub system ochronny spełniają wymagania tych przepisów. Jeżeli choć jeden z odrębnych przepisów pozwala producentowi na wybór innych przepisów, to oznakowanie CE powinno wskazywać zgodność urządzeń i systemów ochronnych z przepisami, które zastosował producent. W takim przypadku producent podaje szczegółowe dane o zastosowanych przepisach w dołączonych do urządzeń i systemów ochronnych dokumentach, ostrzeżeniach lub instrukcjach, wymaganych przez te przepisy.

4.9. Zastosowanie dyrektywy 94/9/WE do wyrobów używanych,

naprawianych lub modyfikowanych oraz części zamiennych

Wymagania ogólne

Producent wyrobu powinien zdecydować, czy wyrób jest wprowadzany na rynek unijny lub oddawany do użytku po raz pierwszy lub czy zmiany są na tyle duże, że wyrób musi być traktowany jako nowy, a zamiarem producenta lub wynikiem modyfikacji jest wprowadzenie tego wyrobu do obrotu. Jeżeli odpowiedź na te pytania lub ich część jest pozytywna, to wyrób ten całkowicie podlega dyrektywie ATEX 94/9/WE. We wszystkich innych przypadkach dyrektywa nie obowiązuje, a osoba odpowiedzialna musi zapewnić, że zostały zastosowane odpowiednie krajowe lub wspólnotowe przepisy.

Zastosowanie dyrektywy 94/9/WE w stosunku do wyrobów „jak-nowe” nie stanowi naruszenia prawa dotyczącego własności intelektualnej.

Wyrób używany oraz wyrób „z drugiej ręki” jest to wyrób, który był wprowadzony do obrotu w UE przed wejściem w życie dyrektywy 94/9/WE i oddany do użytku na terytorium UE. Wyrób ten był zgodny z obowiązującym wówczas prawem krajowym lub wspólnotowym w zależności od daty wprowadzenia do obrotu.

Dyrektywa ATEX 94/9/WE nie ma zastosowania do tych wyrobów.

Wyroby używane wprowadzone do obrotu i eksploatowane w WE przed datą wejścia w życie dyrektywy ATEX nie [podlegają tej dyrektywie. Wyroby te były oznakowane i eksploatowane zgodnie z przepisami obowiązującymi w tamtym czasie. Przepływ tych towarów w UE następuje zgodnie z artykułem 28/30 Traktatu WE do czasu ich modyfikacji w taki sposób, że stają się „jak-nowe”.

Dyrektywa powinna być stosowana wobec wyrobów używanych importowanych z państw, nie będących członkami Wspólnoty, które są dostępne po raz pierwszy w Unii po 30 czerwca 2003r. w celu dystrybucji lub użytkowania.

Wyroby regenerowane (odnowione)

W rozumieniu dyrektywy ATEX wyroby regenerowane (odnowione) są to wyroby, które były w obrocie i były eksploatowane na terytorium UE ale ich działanie uległo zmianie, np. w skutek starzenia się i zostały zmodyfikowane w celu ich odtworzenia. Jeżeli modyfikacje dotyczyły tylko odtworzenia wyglądu zewnętrznego lub poprawienia jego estetyki bez ingerencji w jego bezpieczeństwo lub działanie, to dyrektywa 94/9/WE nie obowiązuje.

Wyroby o zmienionej konfiguracji

Są to wyroby eksploatowane, które były w obrocie i były użytkowane na terytorium UE, których konfiguracja była zmieniona przez dodanie lub odłączenie jednej lub wielu części (podzespołów). Jeżeli nie były to znaczące modyfikacje, wpływające na funkcjonowanie lub bezpieczeństwo wyrobu, to dyrektywa 94/9/WE nie obowiązuje.

Wyroby znacząco zmodyfikowane.

W rozumieniu dyrektywy 94/9/WE „znacząca modyfikacja” jest to modyfikacja wpływająca na zasadnicze wymagania bezpieczeństwa i ochrony zdrowia lub wpływająca na integralność budowy przeciwwybuchowej. W takim przypadku dyrektywa 94/9/ WE musi być zastosowana.

Jest ogólną zasadą ponowne stosowanie dyrektywy 94/9/WE w stosunku do wyrobów znacznie zmodyfikowanych, jeżeli wyrób ten jest przewidziany do ponownego wprowadzenia do obrotu na terenie WE w celu dystrybucji i użytkowania.

Wyroby naprawiane

Wyroby naprawione (po naprawie), są to wyroby, które były uszkodzone i ich funkcjonowanie zostało przywrócone bez nadawania im nowych cech i przeprowadzania modyfikacji, W tym przypadku gdy wyrób był wprowadzony do obrotu i nie jest przeznaczony do sprzedaży jako nowy Dyrektywa ATEX 94/9/WE nie obowiązuje.

Nie przeszkadza to jednak zastosowaniu przepisów krajowych państw członkowskich dotyczących warunków pracy, które mogą wymagać pewnego rodzaju oceny wyrobów naprawianych.

Części zamienne

„Część zamienna” jest to każda część przeznaczona na zamianę uszkodzonych lub zniszczonych części wyrobu wcześniej wprowadzonego do obrotu lub oddanego do użytku na rynku UE. Typową czynnością naprawczą jest wymiana części uszkodzonej, np. łożyska na część zamienną.

Od producenta części zamiennych na ogół nie wymaga się aby części te odpowiadały wymaganiom dyrektywy ATEX, chyba, że części te są urządzeniami lub częściami i podzespołami określonymi w dyrektywie. W takim wypadku wszystkie wymagania określone w dyrektywie powinny być spełnione.

W przypadku, gdy producent oryginalnej części oferuje na jej miejsce nową inną część zamienną ze względu na postęp techniczny, zaprzestanie produkcji wcześniejszych części itp. i jest ona wykorzystana do naprawy, nie wprowadzając w nim znaczących modyfikacji, naprawiony wyrób nie jest przedmiotem oceny zgodności z dyrektywą 94/ 9/WE, bowiem jako wyrób naprawiony nie jest on wprowadzany do obrotu, ani oddawany do użytku.

5. Ocena zagrożenia wybuchem i zapobieganie wybuchowi

Ocena zagrożenia wybuchem

W obiektach budowlanych i na terenach otwartych, gdzie prowadzone są procesy technologiczne z użyciem materiałów, które mogą utworzyć z powietrzem lub między sobą mieszaniny wybuchowe lub w których materiały takie są magazynowane powinna być przeprowadzona ocena zagrożenia wybuchem.

Mieszanina wybuchowa (atmosfera wybuchowa) jest to mieszanina substancji palnych w postaci gazów, par cieczy palnych, mgieł lub pyłów z powietrzem w normalnych warunkach atmosferycznych, w której po zapaleniu spalanie rozprzestrzenia się na całą nie spalona mieszaninę, spalaniu temu towarzyszy gwałtowny wzrost ciśnienia.

Oceny zagrożenia wybuchem dokonuje: inwestor, projektant lub użytkownik decydujący o procesie technologicznym. [6].

Ocena zagrożenia wybuchem obejmuje wskazanie miejsc, pomieszczeń i przestrzeni zewnętrznych, w których mogą tworzyć się mieszaniny wybuchowe, wyznaczenie odpowiednich stref zagrożenia wybuchem oraz wskazanie źródeł ewentualnego zainicjowania wybuchu.

Ocenę zagrożenia wybuchem i klasyfikację do odpowiednich stref zagrożenia wybuchem powinien przeprowadzać zespół składający się z odpowiednich specjalistów - technologa odpowiedzialnego za proces technologiczny, specjalistów: ochrony przeciwpożarowej, ochrony środowiska i bezpieczeństwa pracy, specjalistów elektryka i inżyniera d/s wentylacji.

Decyzja zespołu przeprowadzającego klasyfikację zagrożenia wybuchem powinna być ujęta w formie dokumentu, który staje się podstawą doboru urządzeń elektrycznych i systemów ochronnych w sklasyfikowanych przestrzeniach.

Ocena ryzyka

W każdej sytuacji przed przystąpieniem do klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem powinna być przeprowadzona ocena ryzyka. Ocena ryzyka powinna być przeprowadzona w odniesieniu do każdego procesu pracy lub procesu produkcyjnego oraz w odniesieniu do każdego stanu funkcjonowania.

Ocena ryzyka wybuchu początkowo koncentruje się na oszacowaniu:

- prawdopodobieństwa wystąpienia mieszaniny wybuchowej,

- prawdopodobieństwa wystąpienia efektywnych źródeł zapalenia.

Ocena nowej lub istniejącej instalacji powinna być oparta o następujące stany funkcjonowania:

- normalne warunki funkcjonowania lącznie z konserwacją,

- uruchamianie i wycofywanie z eksploatacji,

- nieprawidłowe funkcjonowanie - przewidywane uszkodzenia,

- nieprawidłowe zastosowanie, które może być racjonalnie przewidziane,

Ryzyko wybuchu musi być oceniane całościowo. Trzeba brać pod uwagę następujące czynniki:

- urządzenia stosowane do wykonywania pracy

- cechy charakterystyczne budynków zakładu,

- stosowane substancje - surowce, półprodukty, produkty,

- warunki pracy i parametry procesu,

- wzajemne oddziaływanie wymienionych czynników między sobą i środowiska,

Przy ocenie ryzyka wybuchu muszą być również brane pod uwagę miejsca, które są lub mogą być połączone otworami z miejscami, w których może powstawać atmosfera wybuchowa. Jeżeli atmosfera wybuchowa zawiera eóżner czynniki palne, to na leży uwzględnić to przy ocenie rtzyka wybuchu. Np. obecność mieszanin hybrydowych może znacznie zwiększyć skutki wybuchu.

Metody

Metody właściwe do oceny ryzyka wybuchu dotyczące procesu pracy lub instalacji oparte są na systematycznym podejściu do kontroli bezpieczeństwa zakładu i procesu .Analiza dotyczy istniejących źródeł mieszanin wybuchowych oraz efektywnych źródeł zapalenia, które mogą wystąpić w tym samym czasie i miejscu.

W praktyce zazwyczaj jest wystarczające określenie i ocena ryzyka za pomocą zestawu specyficznych pytań

Kryteria oceny

Aby mógł wystąpić wybuch, mający niebezpieczne skutki muszą być jednocześnie spełnione cztery następujące warunki:

- wysoki stopień rozproszenia substancji palnych,

- stężenie substancji palnych w ramach ich granic wybuchowości,

- niebezpieczna ilość atmosfery wybuchowej,

- efektywne źródło zapalenia

Aby sprawdzić, czy wymienione warunki są spełnione ryzyko wybuchu może być w praktyce ocenione przy postawieniu siedmiu pytań. Pierwsze cztery pytania służą określeniu, czy występuje ryzyko wybuchu i czy środki ochrony przeciwwybuchowej są konieczne. Jedynie udzielenia na nie pozytywnych odpowiedzi trzeba rozważyć trzy pozostałe pytania, aby określić, czy proponowane środki ochrony ograniczają ryzyko wybuchu do dopuszczalnego poziomu. Etap ten powinien być przeprowadzony w połączeniu z doborem środków ochronnych i powtarzany , aż do znalezienia całościowego rozwiązania odpowiedniego w danych warunkach.

Przy ocenie ryzyka wybuchu należy pamiętać, że kryteria ochrony przeciwwybuchowej są zazwyczaj ważne tylko w normalnych warunkach atmosferycznych. W warunkach odbiegających od atmosferycznych kryteria bezpieczeństwa mogą się znacznie różnić. Przykłady:

- minimalna energia zapalenia mieszaniny może być znacznie mniejsza przy dużym stężeniu tlenu lub przy wysokiej temperaturze.

- wysokie ciśnienie początkowe powoduje wyższe maksymalne ciśnienie wybuchu i wzrost szybkości jego narastania.

- przy wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu różnica między granicami wybuchowości (DGW i GGW) zwiększa się. Oznacza to, że dolna granica wybuchowości może się obniży6ć, a górna wzrosnąć.

Schemat oceny ryzyka służący rozpoznaniu i zapobieganiu wybuchom

Przed przystąpieniem do klasyfikacji przestrzeni do stref zagrożenia wybuchem powinny być podjęte działania zmierzające do minimalizacji ryzyka wybuchu.

Zapobieganie wybuchowi i ograniczanie jego skutków

Aby mógł powstać wybuch muszą jednocześnie wystąpić: materiał palny w postaci gazu, pary lub pyłu, tlen z powietrza oraz źródło energii zapalającej. Warunek ten prowadzi do podstawowych zasad zapobiegania wybuchowi lub ograniczenia jego skutków. Należą do nich:

a) zapobieganie powstawaniu mieszanin wybuchowych przez

gazów szlachetnych, pary wodnej lub obojętnych substancji proszkowych,

np. węgla, wapnia odpowiednich do przetwarzanych materiałów,

technologicznych substancji palnych min. przez odpowiednią ich

konstrukcję, dobór materiałów konstrukcyjnych,

zabezpieczenie przed uszkodzeniami, pomiary i sygnalizacja stężeń

substancji palnych na zewnątrz aparatury, usprawnienie i ograniczenie

operacji napełniania i opróżniania,

Wentylacja może być stosowana wewnątrz i na zewnątrz urządzeń, części, podzespołów i urządzeń ochronnych. W przypadku pyłów wentylacja stanowi dostateczną ochronę tylko wtedy, gdy pył jest usuwany w miejscu jego powstawania i zapobiega się jego odkładaniu i zaleganiu.

c) ograniczenie skutków wybuchu do dopuszczalnych granic przez odpowiednią

lokalizację pomieszczeń zagrożonych wybuchem np. na najwyższej

kondygnacji budynku, zastosowanie ochronnych środków konstrukcyjnych, np.

lekkich dachów, klap wybuchowych.

Eliminacja lub minimalizacja ryzyka wybuchu może być osiągnięta przez zastosowanie jednego z wymienionych środków lub ich kombinacji. Przede wszystkim zaleca się zapobieganie powstawaniu mieszanin wybuchowych.

Im wystąpienie mieszaniny wybuchowej jest bardziej prawdopodobne, tym musi być zastosowany większy zakres środków ograniczających powstanie efektywnych źródeł zapalenia oraz zastosowanie środków zmniejszających skutki wybuchu.

6. Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem

6.1. Wprowadzenie

W celu określenia zakresu środków niezbędnych do uniknięcia efektywnych źródeł zapalenia, miejsca potencjalnie zagrożone wybuchem są klasyfikowane do stref zagrożenia wybuchem.[6]

Pomieszczenia i przestrzenie zewnętrzne określa się jako zagrożone wybuchem, jeżeli może się w nich utworzyć mieszanina wybuchowa powstała z wydzielającej się takiej ilości: gazów palnych, par, mgieł, aerozoli lub pyłów, której wybuch mógłby spowodować przyrost ciśnienia przekraczający 5 kPa.

W pomieszczeniach o dużych powierzchniach należy wyznaczać strefy zagrożone wybuchem, jeżeli mogą w nich wystąpić mieszaniny wybuchowe o objętości co najmniej 0,01 m³ w wolnej przestrzeni.

W rozporządzeniu [6] stwierdza się, że „klasyfikację stref zagrożenia wybuchem określa polska norma dotycząca zapobiegania wybuchowi i ochrony przed wybuchem”. Stwierdzeniu temu odpowiadają polskie normy: PN-EN 1127-1 Atmosfery wybuchowe . Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. Pojęcia podstawowe i metodologia [18]; w zakresie klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem mieszanin gazów palnych i par cieczy palnych z powietrzem, norma PN-EN 60079-10:2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Część 10. Klasyfikacja obszarów niebezpiecznych [14, 15] i w zakresie przestrzeni zagrożonych wybuchem mieszanin pyłów palnych z powietrzem norma PN-EN 61241-10:2005 Urządzenia elektryczne do stosowania w obecności pyłu palnego Część 10 Klasyfikacja obszarów, w których występują lub mogą być obecna pyły palne [16, 17]

Normy te są zharmonizowane z dyrektywą Unii Europejskiej 94/9/EC ( ATEX 100a. ), wprowadzoną do polskiego prawa rozporządzeniem Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 22 grudnia 2005r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (Dz. U. Nr 263/2005, poz. 2203) [11].

Odnośnie do urządzeń elektrycznych, ale również urządzeń i systemów ochronnych innych niż urządzenia elektryczne podlegających wymaganiom określonym w rozporządzeniu powołane normy stanowią podstawę właściwej klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem do poszczególnych stref zagrożenia i w konsekwencji doboru i instalowania urządzeń przeznaczonych do użytku w tych przestrzeniach.

Podstawą uznania przestrzeni za potencjalnie zagrożoną wybuchem jest przede wszystkim czas emisji i utrzymywania się czynników tworzących z powietrzem mieszaniny wybuchowej i wentylacja.

Przy klasyfikacji przestrzeni do odpowiedniej strefy zagrożenia wybuchem oraz przy doborze urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym trzeba brać pod uwagę:

*właściwości fizyko-chemiczne czynników palnych występujących w danej

przestrzeni; zwłaszcza: granice wybuchowości, temperaturę zapłonu w przypadku

cieczy, grupę wybuchowości i temperaturę samozapalenia,

*charakter procesu technologicznego;

*możliwości przedostawania się czynników palnych do otaczającej przestrzeni;

*wentylację w klasyfikowanej przestrzeni;

*częstość występowania i przewidywany czas utrzymywania się mieszaniny

wybuchowej.

Istnieje szereg prac, przy których a priori zakłada się wystąpienie zagrożenia wybuchem, np. przy malowaniu, lakierowaniu, klejeniu, myciu, suszeniu przy użyciu materiałów, których pary mogą tworzyć z powietrzem mieszaniny wybuchowe..

6.2. Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem mieszanin gazowych [14,15]

Przestrzenie zagrożone wybuchem mieszanin gazów palnych i par cieczy palnych z powietrzem klasyfikuje się na strefy: 0, 1 i 2 według częstości i czasu występowania gazowej atmosfery wybuchowej ( mieszaniny wybuchowej) w następujący sposób:

W zasadzie warunki takie odpowiadają warunkom występującym we wnętrzach

zbiorników z cieczami palnymi, w rurociągach, w reaktorach i innych

urządzeniach technologicznych oraz niekiedy w przestrzeniach nad zbiornikami z

dachami pływającymi, w kanałach, studzienkach, pod stropami itp.

wybuchowej (mieszaniny wybuchowej) jest prawdopodobne w warunkach normalnej pracy urządzeń technologicznych ( w czasie od 10 do 1000 godzin w roku). Strefa ta może obejmować min.:

*bezpośrednie otoczenie strefy 0,

*bezpośrednie otoczenie miejsc zasilania surowcami aparatury

technologicznej,

*bezpośrednie otoczenie miejsc napełniania i opróżniania,

*otoczenie wrażliwych na uszkodzenia urządzeń , systemów

ochronnych, części i podzespołów, wykonanych ze szkła, ceramiki,

i podobnych materiałów,

*bezpośrednie otoczenie niewłaściwie zabezpieczonych uszczelnień,

np. w pompach, zaworach.

*wokół dystrybutorów paliw i LPG (gazu płynnego), przy zaworach

spustowych, zrzutowych i oddechowych ,

*w miejscach i w czasie produkcji lub stosowania cieczy palnych, np. do

mycia, czyszczenia, malowania, klejenia,

*w miejscach i w czasie przelewania, mieszania, suszenia i innych

czynności mogących doprowadzić do wydzielania się gazów palnych,

par cieczy palnych, lub aerozoli w ilościach, które mogą w

sprzyjających warunkach doprowadzić do powstania mieszaniny

wybuchowej,

6.3. Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem mieszanin pyłowych [16, 17]

Pyły palne zalegające na urządzeniach technologicznych i wyposażeniu pomieszczeń, warstwy, zwały i osady pyłowe powinny być traktowane tak samo, jak każde inne źródło, które może być przyczyną powstawania mieszanin wybuchowych pyłów z powietrzem

Przestrzenie zagrożone powstawaniem mieszanin pyłów z powietrzem klasyfikuje się do stref zagrożenia wybuchem: 20, 21 i 22 w zależności od czasu i częstości występowania mieszanin wybuchowych pyłów z powietrzem:

Strefy zagrożenia wybuchem mieszanin pyłów z powietrzem wyznacza się we

wszystkich kierunkach od miejsca emisji substancji niebezpiecznych. Ich wymiary zależą od rodzaju źródła emisji, parametrów fizyko-chemicznych substancji, rodzaju wykonywanych czynności, rodzaju wentylacji i jej skuteczności, ciśnienia w aparaturze, temperatury itp. najczęściej wymiary stref w poziomie wynoszą 1 m i sięgają do podłogi. Zazwyczaj strefa 20 jest otoczona strefą 21, a strefa 21 strefą 22.

6.4. Wpływ wentylacji przestrzeni zagrożonych wybuchem na ich klasyfikację

Gazy i pary emitowane do otaczającej aparaturę i urządzenia atmosfery tworzą mieszaniny z powietrzem o stężeniach czynników palnych zmniejszających się wraz z odległością od miejsca emisji. Intensywność wietrzenia może mieć istotny wpływ na typ lub wymiary strefy zagrożonej wybuchem.

Rozróżnia się następujące główne typy wentylacji:

Istnieją również przestrzenie niewentylowane.

Wentylacja naturalna jest wywoływana ruchami naturalnymi powietrza pod wpływem różnic temperatur, ciśnień lub wiatru. Na zewnątrz budynków wentylacja naturalna jest często wystarczająca do rozrzedzenia mieszaniny czynników palnych z powietrzem i zapobieżenia powstawaniu mieszanin wybuchowych. Wentylacja naturalna może być również efektywna w budynkach, pod warunkiem występowania w ścianach i sufitach otworów o wystarczających rozmiarach. Na zewnątrz budynków do oceny wietrzenia zazwyczaj zakłada się prędkość wiatru 0,5 m/s chodź często przekracza ona 2 m/s. Przykładem wentylacji naturalnej mogą być typowe dla przemysłu chemicznego i petrochemicznego instalacje zewnętrzne na estakadach.

Wentylacja sztuczna Ruch powietrza przy wentylacji sztucznej uzyskiwany jest za pomocą wentylatorów nawiewnych i wyciągowych Wentylację sztuczną stosuje się najczęściej w pomieszczeniach i przestrzeniach przeznaczonych na stały lub okresowy pobyt ludzi. Niekiedy wentylacja sztuczna stosowana jest również na zewnątrz budynków, kiedy konieczne jest kompensowanie niedostatecznie skutecznej wentylacji naturalnej.. Wentylacja sztuczna może obejmować całe pomieszczenie lub jego fragmenty albo poszczególne stanowiska pracy. Wtedy mówi się o wentylacji miejscowej.

Za pomocą wentylacji sztucznej można uzyskiwać: ograniczenie rozmiarów strefy zagrożonej wybuchem, ograniczenie czasu występowania mieszaniny wybuchowej oraz, co jest najważniejsze, zapobiegać powstawaniu i utrzymywaniu się mieszanin wybuchowych

Wentylacja sztuczna przestrzeni potencjalnie zagrożonych wybuchem musi spełniać następujące warunki:

Stopnie wentylacji Rozróżnia się następujące trzy stopnie wentylacji:

Określenie stopnia wentylacji zależy od znajomości wielkości emisji

zanieczyszczeń, którą można ustalić na podstawie szacunku lub obliczeń.

Obliczenie objętości mieszaniny wybuchowej V_z

Wzajemny stosunek między hipotetyczną objętością V_z i wymiarami strefy zagrożonej

wybuchem

Teoretycznie minimalna ilość powietrza, która rozrzedzi przy określonej emisji zanieczyszczeń stężenie czynnika palnego poniżej dolnej granicy wybuchowości może być obliczona wg. zależności:

(1)

Gdzie:

(dV/dt)_min - minimalna objętość czystego powietrza [m³ /s],

(dG/dt)_max - maksymalna ilość zanieczyszczeń [kg/s],

DGW_m - dolna granica wybuchowości [kg/m³ ]

T - temperatura otoczenia [K].

k - współczynnik bezpieczeństwa stosowany do DGW_m

k = 0,25 przy emisji ciągłej i pierwotnej

k = 0,5 przy emisji wtórnej

Do przeliczenia dolnej granicy wybuchowości podanej w procentach objętości na dolną granicę wybuchowości w [kg/m³ ] w normalnych warunkach atmosferycznych można skorzystać z zależności:

DGW_m [kg/m³ ] = 0,416. 10 ^-3 . M . DGW_v [V,%]

Gdzie:

M - ciężar molowy [kg/kmol]

Ilość powietrza dostarczoną przez wentylację V_k do pomieszczenia o kubaturze V_o w

pobliże miejsca emisji przy znanej liczbie wymian powietrza „C” można obliczyć ze wzoru (2)

Gdzie:

V_k - stosunek obliczonej objętości czystego powietrza do liczby wymian powietrza w

rozpatrywanej przestrzeni o objętości V₀ zawierającej źródło emisji,

C - liczba wymian powietrza w jednostce czasu [s^-1 ],.

(3)

Gdzie:

dV_o /dt - całkowita szybkość przepływu czystego powietrza przez rozpatrywane

pomieszczenie,

V_o - kubatura wentylowanego pomieszczenia

Wzór (2) jest właściwy w przypadku jednorodnej mieszaniny przy źródle emisji i nieograniczonym dostępie czystego powietrza. W praktyce takie warunki w zasadzie nie występują ze względu na rozmaite przeszkody w przepływie powietrza uniemożliwiające skuteczną wentylację różnych części pomieszczeń. Obniżona więc będzie liczba wymian powietrza przy źródle emisji w stosunku do obliczonej wg. wzoru (3) co może doprowadzić do zwiększenia objętości mieszaniny wybuchowej V_z przy źródle emisji. W celu urealnienia wyliczeń konieczne jest wprowadzenie współczynnika jakości wentylacji „f”.

Po wprowadzeniu współczynnika jakości wentylacji „f” we wzorze (2) otrzymamy:

(4)

Gdzie:

f - współczynnik jakości wentylacji -koryguje skuteczność rozrzedzania mieszaniny

wybuchowej i zamyka się w granicach od f = 1 (stan idealny) do f = 5 (wietrzenie

ograniczone lub wentylacja naturalna),

V_Z - objętość, w której stężenie palnych gazów i par będzie 0,25 lub 0,5 krotnością dolnej

granicy wybuchowości w zależności od przyjętego współczynnika bezpieczeństwa „k” we

wzorze (1).

Oznacza to, że w warunkach ekstremalnych stężenie czynników palnych w określonej

przewidywanej objętości będzie wyraźnie niższe od dolnej granicy wybuchowości, zaś

przewidywana objętość, w której stężenie czynników palnych będzie wyższe od dolnej

ranicy wybuchowości będzie mniejsza od V_Z .

Przestrzenie otwarte W otwartej przestrzeni następuje znacznie szybsza wymiana powietrza niż w przestrzeniach zamkniętych (w pomieszczeniach). Przy założeniu prędkości wiatru 0,5 m/s następuje ponad 100 wymian powietrza w ciągu godziny, a więc 0,03 wymiany na sekundę. Można zatem przyjąć we wzorze (4) do obliczenia V_Z w otwartej przestrzeni wartość C = 0,03. Objętość mieszaniny wybuchowej (hipotetycznie) wyniesie:

Gdzie: (3)

(dV/dt)_min - minimalna objętość przepływającego czystego powietrza m³ /s

Czas potrzebny do zmniejszenia stężenia czynnika palnego w mieszaninie z powietrzem

Czas potrzebny do zmniejszenia stężenia czynnika palnego w mieszaninie z powietrzem po przerwaniu emisji zanieczyszczeń od wartości pierwotnej x_o do wartości niższej od dolnej granicy wybuchowości można obliczyć z zależności:

(6)

Gdzie:

t - w sekundach, jeżeli jest przyjmowane liczba wymian C/s

f - współczynnik jakości wentylacji,

x_o - powinno być przyjmowane w tych samych jednostkach co DGW (kgh/m³ ; V %)

Wartość czasu potrzebnego do zmniejszenia stężenia czynnika palnego w mieszaninie z powietrzem po przerwaniu emisji nie ma wpływu na klasyfikację pomieszczeń do stref zagrożenia wybuchem. Znajomość tego czasu jest dodatkową informacją do oceny konkretnego procesu lub sytuacji.

Określenie wpływu stopnia wentylacji na klasyfikację przestrzeni zagrożonych wybuchem

Stałe źródło emisji czynników palnych powoduje zazwyczaj zaliczenie danej przestrzeni do strefy 0 zagrożenia wybuchem, emisja okresowa i długotrwała (pierwotna) powoduje zaliczenie przestrzeni zagrożonej wybuchem do strefy 1 zagrożenia wybuchem, zaś emisja mało prawdopodobna i krótkotrwała (wtórna) powoduje zaliczenie przestrzeni do strefy 2 zagrożenia wybuchem w normalnych warunkach pracy urządzeń technologicznych.

Sprawnie działająca i monitorowana wentylacja sztuczna o wysokim stopniu wietrzenia może przyczynić się do zaliczenia danej przestrzeni do niższej strefy zagrożenia wybuchem, a nawet do przestrzeni niezagrożonych (tablica 5.1.)

Tablica 5.1. Wpływ wentylacji na klasyfikację zagrożenia wybuchem

Wentylacja o niskim stopniu wietrzenia może spowodować konieczność zaliczenia danej przestrzeni do wyższej strefy zagrożenia wybuchem Dzieje się to wtedy, gdy stopień wietrzenia jest tak niski, że po zatrzymaniu emisji zanieczyszczeń rozrzedzenie mieszaniny następuje tak powoli, że niebezpieczeństwo wybuchu trwa dłużej niż przewidywane dla danego stopnia emisji.

Znajomość objętości V_z może być wykorzystana do oceny wentylacji wysokiego,

średniego i niskiego stopnia. Czas rozrzedzenia t może pomóc w ocenie stopnia wentylacji koniecznego dla danej przestrzeni i odpowiada określeniu stref 0, 1 i 2.

Stopień wentylacji uważa się za wysoki gdy objętość V_Z mieszaniny wybuchowej jest mała lub pomijalna. W takim przypadku w czasie działania wentylacji źródło emisji należy traktować jako nie wytwarzające mieszaniny wybuchowej, co oznacza, że otaczająca je przestrzeń nie jest zagrożona wybuchem. Mimo to mieszanina wybuchowa może powstawać ściśle przy źródle emisji, choć w pomijalnej ilości.

Wysoki stopień wentylacji może być wykorzystywany jedynie jako miejscowa sztuczna wentylacja w sąsiedztwie źródła emisji tylko w niewielkich zamkniętych przestrzeniach ewentualnie przy bardzo małej prędkości emisji. W większość zamkniętych przestrzeni zazwyczaj występuje kilka źródeł emisji.

Przy typowych szybkościach emisji przyjmowanych przy klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem często wentylacja naturalna jest niewystarczająca nawet w otwartych przestrzeniach. W dużych zamkniętych przestrzeniach skuteczna wentylacja ogólna może być niewykonalna.

Znajomość objętości V_z nie daje żadnych informacji o czasie występowania mieszaniny wybuchowej po usunięciu źródła emisji. Dotyczy to średniego i niskiego stopnia wentylacji. Wentylacja średniego stopnia powinna powodować rozrzedzenie mieszaniny wybuchowej pozwalające na zaliczenie danej przestrzeni do strefy zagrożenia wybuchem 1 lub 2. Czas rozrzedzenia mieszaniny wybuchowej zależy od częstości emisji zanieczyszczeń i jej intensywności.

W dużych zamkniętych przestrzeniach objętość mieszaniny wybuchowej V_z bardzo często jest mniejsza od objętości pomieszczenia. Wówczas do stref zagrożenia wybuchem klasyfikuje się tylko części tego pomieszczenia w sąsiedztwie źródeł emisji czynników palnych. Gdy objętość mieszaniny V_z jest zbliżona, równa lub większa od objętości pomieszczenia, to całe pomieszczenie klasyfikuje się jako zagrożone wybuchem.

Przy występowaniu wielokrotnych źródeł emisji w jednym pomieszczeniu należy dla każdego ze źródeł obliczyć wartości (dV/dt)_min wg. wzoru (1), a następnie zsumować je.

Dostępność wentylacji (wietrzenia) ma wpływ na obecność lub tworzenie się mieszaniny wybuchowej. Przy klasyfikowaniu przestrzeni zagrożonych wybuchem trzeba brać pod uwagę zarówno dostępność, jak i stopień wentylacji. Rozróżnia się trzy poziomy dostępności wentylacji:

Jeżeli dostępności wentylacji nie można ocenić nawet jako złą, wówczas

pomieszczenie uważa się za niewentylowane.

Jeżeli stosowane są ciągłe pomiary stężeń czynników palnych w mieszaninie z powietrzem i odpowiednie blokady uniemożliwiające emisję zanieczyszczeń w razie zatrzymania wentylacji, np. zatrzymanie procesu, to nie ma potrzeby zmieniania pierwotnej klasyfikacji do stref zagrożenia wybuchem przyjętej przy pracującej wentylacji, a dostępność wentylacji może być oceniana jako dobra.

Przy ocenie dostępności wentylacji sztucznej trzeba brać pod uwagę jej niezawodność. W wentylacji niezawodnej w przypadku przerwy w pracy wentylatora podstawowego następuje samoczynne załączenie wentylatora rezerwowego.

6.5. Kolejność wyznaczania stref zagrożenia wybuchem

Strefy zagrożenia wybuchem, w zależności od warunków, wyznacza się w następującej kolejności:

Podobnie wyznacza się strefy 20, 21, 22. Po strefach 21 i 22 mogą być wyznaczone

przestrzenie zagrożone pożarem.

Istnieją również przepisy branżowe zawierające odpowiednią klasyfikację typowych obiektów, np. baz i stacji paliw oraz rurociągów dalekosiężnych.

6.6. Dokumentacja klasyfikacyjna

Stref zagrożonych wybuchem mieszanin gazowych

Dokumentacja klasyfikacyjna stref zagrożonych wybuchem mieszanin gazowych powinna zawierać:

- wykaz norm i przepisów,

- rysunki i opis przestrzeni klasyfikowanych z graficznym oznakowaniem

- opis procesu technologicznego

- charakterystyki substancji tworzących z powietrzem (z tlenem z powietrza) mieszaniny

wybuchowe,

- analizę wpływu wentylacji na stężenia gazów lub par w mieszaninie z powietrzem,

- formularze klasyfikacyjne tabl. 6.1 i 6.2.

Tablica 6.1. Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem, charakterystyki materiałów palnych

Tablica 6.2. Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem, wykaz źródeł emisji materiałów palnych; klasyfikacja do stref zagrożenia wybuchem

Stref zagrożonych wybuchem mieszanin pyłowych

Dokumentacja klasyfikacyjna przestrzeni zagrożonych wybuchem mieszanin pyłów palnych z powietrzem powinna zawierać co najmniej:

- wykaz zastosowanych norm i przepisów,

- charakterystykę procesu technologicznego i jego parametry,

-wykaz źródeł emisji pyłów,

- rysunki lokalizacyjne stref zagrożonych wybuchem z graficznym oznakowaniem,

- charakterystykę wszystkich, występujących w danej przestrzeni pyłów, mogących tworzyć z

powietrzem mieszaniny wybuchowe, zawierającą co najmniej następujące dane:

- temperaturę zapalenia chmury pyłowej,

- temperaturę zapalenia warstwy 5 mm pyłu zleżałego,

- minimalną energię zapalenia chmury pyłowej,

- granice wybuchowości,

- rezystywność pyłu, za pył nieprzewodzący uważa się pył o rezystywności ≤ 10³ Ωm.

- skład mieszaniny

- wymiary cząstek

7.Urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym

7.1. Urządzenia przeznaczone do stosowania w obecności mieszanin gazowych

Elektryczne urządzenia w wykonaniu przeciwwybuchowym są to urządzenia elektryczne, w których budowie zastosowano środki (rozwiązania konstrukcyjne) zapobiegające zapaleniu otaczającej je mieszaniny wybuchowej.

Urządzenia elektryczne przeznaczone do stosowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem są konstruowane, produkowane, badane i oznakowane zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki (dyrektywą UE Atex 100a), o raz z normami przedmiotowymi dotyczącymi poszczególnych rodzajów budowy przeciwwybuchowej.

W urządzeniach elektrycznych przeznaczonych do pracy w obecności mieszanin gazowych bezpieczeństwo przeciwwybuchowe można osiągnąć następującymi sposobami:

Urządzenia w osłonie olejowej [26]- urządzenia elektryczne, których wszystkie części

mogące spowodować zapalenie otaczającej mieszaniny wybuchowej są tak głęboko

zanurzone w oleju lub w innej cieczy izolacyjnej, że powstające iskry, łuki elektryczne,

podwyższone temperatury, nie mogą spowodować zapalenia mieszaniny wybuchowej

znajdującej się na zewnątrz oleju. Części nie zanurzone w cieczy maję innego rodzaju

wykonanie przeciwwybuchowe. Obudowa urządzenia ma zazwyczaj stopień ochrony IP

66. Warstwa cieczy izolacyjnej nad częściami czynnymi urządzenia nie powinna być

mniejsza niż 25 mm nawet przy jej możliwym najniższym poziomie.

Urządzenia elektryczne w osłonie cieczowej mogą być tylko w wykonaniu stacjonarnym na prąd przemienny. Urządzenia te przeznaczone są do stosowania w strefach 1 i 2 zagrożenia wybuchem.

Urządzenia w osłonie ciśnieniowej [23] - urządzenia elektryczne, w których

bezpieczeństwo wobec mieszanin wybuchowych jest osiągnięte przez umieszczenie,

wszystkich części, które mogą iskrzyć lub nagrzewać się, w osłonie stale przewietrzanej

gazem ochronnym, z nadciśnieniem w stosunku do otaczającej to urządzenie atmosfery lub w osłonie napełnionej gazem ochronnym pozostającym pod stałym nadciśnieniem. Najczęściej stosowanym czynnikiem ochronnym jest czyste powietrze lub inny gaz niepalny. Osłony ciśnieniowe dzieli się na trzy typy:

ciśnieniowej ze strefy 1 do nie zagrożonych wybuchem,

ze strefy 1 do strefy 2,

ze strefy 2 do strefy nie zagrożonej wybuchem.

Gaz użyty do przewietrzania lub napełniania osłon (powietrze lub gaz obojętny) nie może zawierać pyłów, gazów i par palnych oraz wilgoci atmosferycznej.

Istnieją dwa rozwiązania konstrukcyjne osłon ciśnieniowych: osłony ciśnieniowe, przez które stale przepływa gaz ochronny z odpowiednim nadciśnieniem oraz obudowy ciśnieniowe z nadciśnieniem statycznym, w których znajduje się odpowiednia ilość gazu ochronnego, aby podtrzymać nadciśnienie i wyrównać ewentualne ubytki gazu.. Temperatura powietrza użytego do przewietrzania nie może być wyższa niż dopuszczalna przy poszczególnych klasach temperaturowych mieszanin wybuchowych.

Powietrze może być pobierane przez rurociągi lub kanały wentylacyjne ze strefy bezpiecznej na zewnątrz przestrzeni zagrożonych wybuchem. Powietrze przewietrzające może być odprowadzane na zewnątrz budynku lub do pomieszczeń nie zagrożonych wybuchem. Otwory wylotowe powinny być zabezpieczone przed przedostawaniem się do instalacji przewietrzającej pyłów i wilgoci..

Temperatury osłon urządzeń ciśnieniowych nie mogą przekraczać temperatur

dopuszczalnych dla mieszanin wybuchowych poszczególnych klas temperaturowych.

W urządzeniach w osłonach ciśnieniowych włączenie napięcia zasilającego powinno

być poprzedzone wstępnym przewietrzaniem. Wstępne przewietrzanie wykonuje się w

celu usunięcia ewentualnej mieszaniny wybuchowej z wnętrza osłony i rurociągów doprowadzających gaz ochronny.

Osłony urządzeń i rurociągi doprowadzające gaz ochronny powinny wytrzymywać 1,5

krotną wartość nadciśnienia roboczego, nie mniej jednak niż 200 Pa. Nadciśnienie

robocze gazu ochronnego przy ściankach osłony i rurociągów nie powinno być mniejsze

od 50 Pa w osłonach typu px i py oraz 25 Pa w osłonach typu pz. Stopień ochrony

obudowy urządzenia i rurociągów powinien wynosić co najmniej IP 40 [tabl. ] Urządzenia z osłoną z nadciśnieniem powinny być wyposażone w zabezpieczenia

i blokady:

Osłony ciśnieniowe stosuje się do: silników elektrycznych dużej mocy zwłaszcza wysokiego napięcia, szaf rozdzielczych i sterowniczych, kiosków analizatorów i innych urządzeń o dużych kubaturach.

Osłoną ciśnieniową może być również wydzielone szczelne pomieszczenie zawierające różnego rodzaju urządzenia elektryczne w wykonaniu zwykłym lub w wykonaniu przeciwwybuchowym, np. sterownie. Drzwi pomieszczeń, w których są zainstalowane są urządzenia nie przystosowane do pracy bez nadciśnienia, powinny być wyposażone w blokady uniemożliwiające ich otwarcie bez wyłączenia napięcia na zasilaniu zainstalowanych w tym pomieszczeniu urządzeń.

Urządzenia w osłonach ciśnieniowych przystosowane są do instalowania w strefach 1 i 2 zagrożenia wybuchem.

Urządzenia w osłonie piaskowej [25] -urządzenia elektryczne bez części ruchomych,w których bezpieczeństwo wobec mieszanin wybuchowych jest osiągnięte przez zanurzenie w piasku lub w kulkach szklanych wszystkich części mogących iskrzyć lub nagrzewać się.

Zapobiega to zetknięciu z atmosferą wybuchową otaczającą urządzenie elektryczne iskier, łuków i części o podwyższonej temperaturze.

Temperatury zewnętrznych powierzchni obudowy nie mogą przekraczać najwyższych

dopuszczalnych temperatur przy poszczególnych klasach temperaturowych mieszanin wybuchowych. Do wypełnienia obudowy urządzenia elektrycznego stosuje się piasek kwarcowy składający się z SiO₂ nie mniej niż 98,5 % oraz z niewielkich ilości tlenków aluminium, żelaza, wapnia i magnezu lub kulki szklane o odpowiedniej granulacji

Stopień ochrony obudowy powinien wynosić nie mniej niż IP 54, zaś spawów IP67 [tabl. Urządzenia w osłonie piaskowej są fabrycznie napełniane i uszczelniane bez możliwości ich otwierania w czasie eksploatacji bez uszkodzenia obudowy. W przypadku uszkodzenia obudowy lub wewnętrznych części urządzenia musi ono być oddane do naprawy i ponownego napełnienia czynnikiem ochronnym do serwisu fabrycznego i ponownie atestowane (w przypadku urządzeń grupy II, kategorii 2).

Osłonę piaskową stosuje się min. do urządzeń elektronicznych, skrzynek zaciskowych, dławików, transformatorów, prostowników, urządzeń grzejnych. Urządzenia w osłonie piaskowej przeznaczone są do instalowania w strefach 1 i 2 zagrożenia wybuchem. Urządzenia z osłoną ognioszczelną [22] - urządzenia elektryczne, których wszystkie

części mogące wywołać zapalenie otaczającej mieszaniny wybuchowej umieszczone są

w osłonie ognioszczelnej tzn. takiej, która bez uszkodzenia wytrzymuje ciśnienie

wybuchu powstałego w jej wnętrzu i skutecznie zapobiega przeniesieniu wybuchu na

zewnątrz do otaczającej urządzenie elektryczne przestrzeni zawierającej mieszaninę

wybuchową.

Ognioszczelność osłony uzyskiwana jest przez zastosowanie szczelin gaszących.

Szczelinę gaszącą charakteryzują: długość „L” tj. najkrótsza odległość od

zewnętrznej krawędzi szczeliny do wnętrza osłony oraz prześwit „i” tj. odległość

między krawędziami szczeliny

Długość szczeliny Prześwit szczeliny

gaszącej „L” gaszącej „i”

Rys. 7.1.

Osłona ognioszczelna

Wielkość prześwitu szczeliny gaszącej określa się przy znormalizowanej jej długości 25 mm.

Działanie szczeliny gaszącej polega na tym, ze po wybuchu w jej wnętrzu produkty spalania (gazy spalinowe) i ewentualny płomień, przeciskając się przez szczelinę oddają ciepło jej krawędziom. Ciepło oddane krawędziom szczeliny zostaje rozproszone i temperatura spalin obniżona do wartości mniejszej niż temperatura samozapalenia otaczającej urządzenie mieszaniny wybuchowej. Ponadto spaliny wydostające się przez szczelinę gaszącą pod dużym ciśnieniem odsuwają otaczającą mieszaninę od szczeliny gaszącej. Ilość ciepła odbieranego przez krawędzie szczeliny gaszącej musi być tym większa, im większa jest prędkość spalania, im większa jest różnica pomiędzy temperaturą początkową i temperaturą samozapalenia mieszaniny wybuchowej.

Szczeliny gaszące muszą mieć odpowiedni prześwit i długość, dostosowane do każdej substancji palnej W celu stypizowania urządzeń w osłonach ognioszczelnych ograniczono się do trzech zasadniczych typów o różnych wymiarach prześwitów szczelin. Taka typizacja była możliwa dzięki sklasyfikowaniu gazów i par cieczy palnych o zbliżonych właściwościach do trzech klas wybuchowości zależnych od wymiarów prześwitów szczelin klasyfikacyjnych. Szczeliny konstrukcyjne osłon ognioszczelnych są węższe od szczelin klasyfikacyjnych i zależą nie tylko od klasy wybuchowości mieszaniny, w obecności, której urządzenia elektryczne mają bezpiecznie pracować, ale również od typu złącza i tzw. wolnej przestrzeni osłoniętej.

Złącza ognioszczelne

Za pomocą szczelin gaszących tworzy się tzw. złącza ognioszczelne.

Złącze ognioszczelne jest to element osłony urządzenia elektrycznego utworzony

przez dwie części tej osłony i oddzielającą je szczelinę gaszącą.

Złącza mogą być nieruchome, w których obie powierzchnie szczeliny są względem siebie nieruchome i ruchome, tzn., takie w których jedna powierzchnia szczeliny jest ruchoma w stosunku do drugiej, np. luz średnicowy.

Najczęściej stosuje się złącza ognioszczelne:

Powierzchnie złącza ognioszczelnego powinny być zabezpieczone przed korozją,

przez natłuszczenie, galwaniczne pokrycie lub chemiczną obróbkę. Niedopuszczalne

jest malowanie złączy farbą lub lakierem. Nie należy stosować uszczelek, chyba, że

dokumentacja wytwórcy przewiduje takie rozwiązanie.

Osłona ognioszczelna może być stosowana do większości urządzeń elektrycznych,

np. do silników elektrycznych, skrzynek rozdzielczych, łączników, osprzętu

instalacyjnego, elementów opraw oświetleniowych.

Skrzynki zaciskowe silników elektrycznych w osłonach ognioszczelnych powinny być

również ognioszczelne, ale norma dopuszcza stosowanie skrzynek zaciskowych

budowy wzmocnionej.

Urządzenia elektryczne w osłonach ognioszczelnych przewidziane są do instalowania w strefach 1 i 2 zagrożenia wybychem.

Urządzenia budowy wzmocnionej „e” [27]- w urządzeniach budowy

wzmocnionej bezpieczeństwo wobec mieszanin wybuchowych uzyskano przez

ograniczenie do technicznie możliwego minimum prawdopodobieństwa powstawania:

iskrzenia, niedopuszczalnego nagrzewania się i ładunków elektryczności statycznej

Urządzenie w wykonaniu wzmocnionym nie może mieć części iskrzących i

nagrzewających się w czasie normalnej pracy i w razie uszkodzenia, np. zestyków

łączników, szczotek, komutatorów i pierścieni ślizgowych. Temperatury

poszczególnych części, nawet w czasie rozruchów i w przypadku zwarć nie mogą

przekroczyć temperatur dopuszczalnych dla poszczególnych klas temperaturowych.

Urządzenia budowy wzmocnionej muszą być wykonane ze zwiększoną pewnością

elektryczną i mechaniczną

Części izolowane znajdujące się pod napięciem powinny mieć stopień ochrony co

najmniej IP44, części nieizolowane pozostające pod napięciem powinny mieć stopień

ochrony co najmniej IP54.

Bardzo istotnym wymaganiem normy w stosunku do silników budowy wzmocnionej

jest zachowanie wymaganego czasu nagrzewania t_E . Czas nagrzewania t_E (Rys….)

jest to czas, w którym w uzwojeniu już nagrzanym do ustalonej temperatury ,

odpowiadającej pracy znamionowej silnika, może płynąć największy prąd występujący w czasie eksploatacji, np prąd rozruchu, prąd przy zahamowanym wirniku - bez przekroczenia granicznych dopuszczalnych temperatur.

Temperatura graniczna jest to maksymalna dopuszczalna temperatura urządzeń lub ich części równa niższej z następujących dwóch temperatur:

Rys. 7.2.

Przebieg nagrzewania uzwojeń silnika elektrycznego

T_E - czas nagrzewania powyżej temperatury ustalonej. A - najwyższa temperatura otoczenia (zazwyczaj 40 ^o C), B- temperatura ustalona przy pracy ciągłej w warunkach znormalizowanych, C- temperatura graniczna wg. PN-EN 60o79-7, 1- obszar przyrostu temperatury w warunkach znamionowych, 2-obszar przyrostu temperatury w warunkach przeciążeniowych.

Wskazane jest, aby czas nagrzewania przy zwartym i zahamowanym wirniku wynosił

10 s, lecz nie może on być krótszy od 7 s - w maszynach niskiego napięcia i 5 s w

maszynach wysokiego napięcia.

Zachowanie tego wymagania zależy nie tylko od konstrukcji silnika, ale również od

doboru właściwych zabezpieczeń. Trzeba brać pod uwagę, że temperatury uzwojeń

izolowanych muszą być niższe niż temperatury dopuszczalne dla poszczególnych klas

temperaturowych mieszanin wybuchowych, w których obecności urządzenie może

bezpiecznie pracować, zależy również od klasy izolacji uzwojeń.

Uzwojenia silników klatkowych powinny być chronione czujnikami temperatury

przed przekroczeniem temperatur dopuszczalnych w czasie pracy. Szczególną uwagę

należy zwrócić na zabezpieczenia silników zasilanych z przemienników

częstotliwości.

Miejsca połączeń torów prądowych, np. połączenia przewodów zasilających z

zaciskami, zapewniają trwałą styczność w praktycznych warunkach pracy - z

uwzględnieniem nagrzewania, wstrząsów i zmian zachodzących w materiałach

izolacyjnych i przewodzących..

Obciążanie materiałów izolacyjnych z wyjątkiem ceramicznych, siłami ściskającymi

jest niedopuszczalne. W razie przenoszenia nacisku przez materiały ceramiczne na

zestyki trzeba brać pod uwagę różną rozszerzalność termiczną części ceramicznych i

metalowych. Jeżeli prąd jest przewodzony przez gwint, nacisk na powierzchnie,

biorące udział w przewodzeniu prądu, nie może być zmniejszony wskutek

rozszerzalności termicznej lub przez inne czynniki.

W urządzeniach konstrukcji wzmocnionej dopuszczone są następujące

sposoby łączenia przewodów:

i klinowe,

Zaciski do przyłączania przewodów zasilających do urządzenia konstrukcji

wzmocnionej powinny być umieszczone w skrzynce zaciskowej w osłonie

ognioszczelnej lub budowy wzmocnionej. Do przyłączania przewodów zasilających

mogą być stosowane jedyni zaciski śrubowe.

Śruby i nakrętki służące do mocowania końcówek przewodów powinny być

zabezpieczone przed samoodkręceniem się (np. wskutek wstrząsów) przez

zastosowanie podkładek sprężynujących lub przeciwnakrętek. Nakrętki mocujące

śruby stykowe nie mogą być wykorzystywane do mocowania przewodów

zasilających. Części zacisków powinny być tak ukształtowane, aby można było w

łatwy sposób wprowadzać do nich przewody jednodrutowe i wielodrutowe (linki) bez

konieczności używania końcówek kablowych. Nie można stosować zacisków

konstrukcji powodującej, że przewody cisną bezpośrednio na przewody, konstrukcji

powodującej skręcanie przewodów lub zmieniającej ich kształt lub zacisków mających

małe powierzchnie naciskowe i ostre krawędzie.

Konstrukcję wzmocnioną stosuje się najczęściej w silnikach elektrycznych zwartych,

w oprawach oświetleniowych transformatorach i przekładnikach, przyrządach

pomiarowych, akumulatorach i rozrusznikach.

Urządzenia z zabezpieczeniem typu „n”[31] - urządzenie elektryczne, w którym ze

względów konstrukcyjnych i zasady działania, zjawiska mogące spowodować

zapalenie mieszaniny wybuchowej są ograniczone.

Urządzenia z zabezpieczeniami typu „n” dzieli się na podtypy:

ExnA - urządzenia nieiskrzące o ograniczonej możliwości powstawania iskier, łuków

elektrycznych i gorących powierzchni w czasie normalnej eksploatacji (nie dotyczy to

regulacji i wymiany elementów pod napięciem), np silniki zwarte, bezpieczniki, skrzynki

zaciskowe, oprawy oświetleniowe, przetworniki.

ExnC - urządzenia iskrzące ze stykami osłoniętymi w taki sposób, że nie mogą

zetkną się z mieszaniną wybuchową; osłony zestyków podobne do osłon ognioszczelnych

lub zalania masą izolacyjną.

ExnR - urządzenia w obudowach ograniczających przenikanie gazów i par do ich

wnętrza..

ExnP - urządzenia zamknięte w obudowach o uproszczonym przewietrzaniu, np bez

przewietrzania wstępnego, bez odprowadzania powietrza na zewnątrz pomieszczeń,

z nadciśnieniem lecz spadek ciśnienia nie powoduje natychmiastowego wyłączenia

napięcia.

ExnL - urządzenia o ograniczonej energii - konstrukcja zbliżona do urządzeń

Iskrobezpiecznych.

Urządzenia z zabezpieczeniem typu „n” przeznaczone są do stosowania wyłącznie w

strefie 2 zagrożenia wybuchem.

Zabezpieczenie urządzeń za pomocą iskrobezpieczeństwa „i” []. W dotychczas omówionych konstrukcjach przeciwwybuchowych urządzeń elektrycznych stosowane są środki zapobiegające zetknięciu się mieszaniny wybuchowej z częściami urządzeń elektrycznych, które mogą iskrzyć lub nagrzewać się oraz środki ograniczające temperaturę części stykających się z mieszaninami wybuchowymi.

Zasady, na których oparte jest działanie urządzeń elektrycznych z bezpiecznym iskrzeniem, tzw. urządzeń iskrobezpiecznych są zupełnie inne. Budowa urządzeń iskrobezpiecznych, a właściwie obwodów iskrobezpiecznych, bo pojedyncze urządzenie nie może być iskrobezpieczne, gdy pozostałe elementy obwodu nie są iskrobezpieczne, polega na takim doborze parametrów obwodu (napięcia, prądu, indukcyjności i pojemności), aby zjawiska termiczne zachodzące w obwodzie nie mogły w określonych warunkach zapalić otaczających mieszanin wybuchowych. Dotyczy to zarówno normalnych warunków pracy, jak i przypadków uszkodzeń, które są możliwe do przewidzenia (z którymi należy się liczyć) oraz uszkodzeń występujących bardzo rzadko, trudnych do przewidzenia, z którymi można się nie liczyć.

W normie PN-EN 60079-11[28] obwód iskrobezpieczny jest zdefiniowany jako obwód, w którym żadna iskra lub zjawisko cieplne występujące w warunkach opisanych w normie, które obejmują normalne warunki pracy urządzeń i obwodów i zdefiniowane nienormalne warunki pracy, nie są zdolne do zapalenia mieszaniny wybuchowej (atmosfery wybuchowej) gazów palnych lub par cieczy palnej z powietrzem.

Norma definiuje trzy warunki, jakie musi spełniać urządzenie lub obwód iskrobezpieczny:

Powyższe wymagania sugerują, że w obwodzie iskrobezpiecznym mogą występować iskry i powierzchnie o podwyższonej temperaturze, ale nie mogą osiągnąć niedopuszczalnych wartości.

Za stan normalny urządzenia lub obwodu iskrobezpiecznego uważa się zachowanie w tym obwodzie wszystkich parametrów elektrycznych odpowiadających zaprojektowanym wartościom znamionowy, Zwarcie lub przerwę obwodu zewnętrznego oraz iskrzenie zestyków łączników uważa się za stan normalny. Przeciwnie za stan nienormalnej pracy uważa się takie uszkodzenie urządzenie lub obwodu, które powoduje zmiany parametrów elektrycznych przekraczające zaprojektowane wartości znamionowe.

Minimalna energia iskry W_min jest zdefiniowana jako najmniejsza energia elektryczna zgromadzona w kondensatorze, która przy jego rozładowaniu jest wystarczająca do zapalenia mieszaniny wybuchowej..

Oprócz energii iskry elektrycznej powstającej w obwodzie elektrycznym obwód ten charakteryzują: minimalny prąd zapalający - minimalny prąd w obwodach rezystancyjnych lub indukcyjnych, powodujący zapalenie probierczej mieszaniny wybuchowej oraz minimalne napięcie zapalające - minimalne napięcie obwodów pojemnościowych, powodujące zapalenie probierczej mieszaniny wybuchowej w iskierniku.

Zasadę działania obwodu iskrobezpiecznego można wyjaśnić w oparciu o prawo Ohma (rys 7.3. )

I

R_w I R_w

U R_o

E

I

Rys. 7.3.

Przypuśćmy, że obwód jest zasilany ze źródła o stałym napięciu. Teoretycznie źródło to mogłoby spowodować przepływ prądu od 0 do nieskończoności. Zgodnie z prawem Ohma:

I = U/R_o

Strata mocy

Moc P na rezystancji obciążenia R_o wynosi:

P = U x I

W prostym obwodzie elektrycznym rezultatem wydzielonej energii na rezystancji obciążenia R_o jest wzrost temperatury zależny od jej fizycznych właściwości - masy, powierzchni, temperatury otoczenia, intensywności chłodzenia.

Rozpatrzmy skutki zmiany wartości oporności R_o w granicach od nieskończenie dużej, kiedy prąd w obwodzie nie płynie do nieskończenie małej gdy płynie największy prąd w stanie zwarcia.

Strata mocy na rezystancji R_o jest odwrotnie proporcjonalna do wartości rezystancji przy stałej wartości napięcia i wprost proporcjonalna do kwadratu prądu.

P = U/R x U = U² /R

Prąd dostarczany przez jakiekolwiek źródło zależy od jego rezystancji wewnętrznej R_w (Rys 7.3.)_, np. akumulator ma małą oporność wewnętrzną w czasie ładowania. Przy rozładowaniu jego oporność wewnętrzna wzrasta.

W celu ograniczenia mocy źródła zasilania w obwód zewnętrzny włączymy rezystancję zmniejszającą prąd w obwodzie R_reg sztucznie powiększającą rezystancję wewnętrzną źródła prądu. Stanowi ona minimalną rezystancję obwodu. (Rys. 7.4. ).

R_reg

I

U U R_o

I

Rys. 7.4.

R_reg

I_o/z

U_o/z R_o

I_o/z

Rys 7.5.

R_reg

I_o/o

U_o/o R_o

Rys. 7.6.

Gdy rezystancja obciążenia R_o jest nieskończenie duża albo nieskończenie mała, to strata mocy jest równa 0, bowiem:

obwodzie jest równy 0, więc

I² R = 0

I² R = 0

Maksymalna strata mocy w obwodzie wystąpi gdy R_o = R_{reg .}

Sztuczne ustalenie minimalnej oporności obwodu umożliwia kontrolę maksymalnej straty mocy na rezystancji przyłączonej do źródła prądu. Maksymalna strata mocy w obwodzie iskrobezpiecznym nie może doprowadzić do przekroczenia dopuszczalnych temperatur przewodów i komponentów, które mają kontakt z mieszaniną wybuchową.

Energia

Strata mocy na rezystancji obciążenia R_o jest rozpatrywana w czasie przejścia od rezystancji wysokiej do niskiej. Przejście od obwodu zwartego do obwodu otwartego powoduje wydzielenie energii elektrycznej w postaci iskry. Energia iskry w chwili przerwania obwodu jest funkcją napięcia obwodu otwartego Uo/o i prądu obwodu zwartego Io/z . Szybkość przerwania obwodu (szybkie przejście między dwoma stanami) zapobiega stratom energii. Wiadomo, że wystarczająco duża energia iskry powoduje zapalenie mieszaniny wybuchowej, ale fizyka tego zjawiska nie jest jeszcze do końca zbadana.

Enargia zapalająca iskry elektrycznej jest określana empirycznie. Metody badań opisane są w normie PN-EN 60079-11 [28]

Stosowane są dwie metody ograniczania iskry w obwodzie elektrycznym:

- przez zmniejszenie napięcia zasilającego,

- przez zmniejszenie prądu Io/z w obwodzie za pomoc zwiększenia rezystancji Ro.

W obwodzie elektrycznym mogą występować rezystancje, indukcyjności i pojemności.

Energia zgromadzona na tych elementach obliczana jest wg zależności:

W = ½ LI² [J]

Gdzie:

- na pojemności

W = ½ CU²

Gdzie:

C - pojemność w faradach, U napięcie w woltach

Energia wydzielona na rezystancjach w postaci ciepła jest rozpraszana.

Każde źródło energii w obwodzie iskrobezpiecznym powinno być zbadane w celu upewnienia się, że nie jest zdolne do zapalenia otaczającej mieszaniny wybuchowej

Bezpieczeństwo urządzeń iskrobezpiecznych osiąga się w wyniku ich naturalnych właściwości lub budowy.

Wpływ napięcia i prądu w obwodzie elektrycznym na właściwości iskier elektrycznych zapalających różne mieszaniny wybuchowe bada się empirycznie. Badania te doprowadziły do określenia maksymalnej dopuszczalnej wartości napięcia zasilającego i prądu w obwodzie iskrobezpiecznym. Obejmują one poziom napięcia i prądu w obwodzie rezystancyjnym, poziom prądu w obwodzie z indukcyjnością i poziom napięcia w obwodzie z pojemnością.