Cortem appendix

Contents of supplement - Indice dell’appendice

295

1. EQUIPMENT FOR USE IN AREAS AT RISK OF EXPLOSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

aPPaRECCHIaTURE PER USO IN LUOgHI CON PERICOLO DI ESPLOSIONE

2. COMBUSTION AND EXPLOSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

La COMBUSTIONE E L’ESPLOSIONE

3. HAZARDOUS AREAS CLASSIFICATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

La CLaSSIFICaZIONE DELLE aREE DI PERICOLO

4. PROTECTION METHODS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

I MODI DI PROTEZIONE

5. PROTECTION METHODS FOR ENCLOSURES AND BOXES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

MODI DI PROTEZIONE aPPLICaBILI a CUSTODIE E CaSSETTE

6. INSTALLATION METHODS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

METODI DI INSTaLLaZIONE

7. CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

CONCLUSIONI

8. ATEX 94/9/EC DIRECTIVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

DIRETTIVa aTEX 94/9/CE

9. MATERIALS USED FOR THE PRODUCTION OF EXPLOSION-PROOF EQUIPMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

MaTERIaLI UTILIZZaTI NELLa COSTRUZIONE DI aPPaRECCHIaTURE aNTIDEFLagRaNTI

10. ALUMINIUM ALLOY USED FOR THE PRODUCTION OF EXPLOSION-PROOF ENCLOSURES . . . . . . . . . . . . . . . . 327

La LEga DI aLLUMINIO UTILIZZaTa NELLa COSTRUZIONE DI CUSTODIE aNTIDEFLagRaNTI

11. DETERMINING CORROSION RESISTANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

DETERMINaZIONE DELLa RESISTENZa aLLa CORROSIONE

EQUIPMENT FOR ELECTRICAL SYSTEMS IN AREAS WITH RISK OF EXPLOSION

APPARECCHIATURE PER IMPIANTI ELETTRICIIN LUOGHI CON PERICOLO DI ESPLOSIONE

Pag.CHAPTER - CAPITOLO

296

Supplement / Appendice

1. EQUIPMENT FOR USE IN AREAS AT RISK OF EXPLOSION

Industrial processes typically use, treat and/or store substan-ces in the physical state of gases, vapours, mists or dusts that,if emitted in the environment, can create hazardous atmo-spheres.

Respecting the principle of preventive security, the probabilityof ignition of an explosive atmosphere must be reduced toacceptable values. as a consequence, components and elec-trical equipment, installed in a potentially explosive atmosphe-re, must be manufactured with safety requirements guaran-teeing a specific degree of protection. Clearly, execution andinstallation of the electrical plant also must be done with spe-cific requirements, so that it doesn’t affect the electrical cha-racteristics that assure protection and, at the same time, itcan’t be cause of danger.

This preface describes the features that explosion-proof elec-trical equipment must have in order to be used in plants wherethere are substances that can create a hazardous atmosphe-re and cause an explosion or fire, such as refineries, chemicalplants or even spray booths.

For a right choice and installation of electrical equipment inhazardous areas, the plant must be divided in zones definedin function of the probability of presence and persistence of apotentially explosive atmosphere and substances whichdetermine the hazard (gases, vapours, mists or dusts).

Once you have identified the hazardous areas in the plant, i.e.where gases, vapours, dusts or other materials are present, aswell as how long they are hazardous during the year and theirfeatures, you have to decide which equipment to install inthese areas. The construction features, which determines theprotection level, establish if the equipment may or not beinstalled in any type of danger zone.

Before studying the methods used by manufacturers for desi-gning and manufacturing safe electrical equipment for areasat risk of explosion due to a potentially explosive atmosphere,it is necessary to understand how an explosion can occur,what components of flammable substances influence the for-mation of potentially explosive atmosphere, how the hazar-dous environments are classified, the causes of combustion,and, finally, which international standards guarantee thesafety. This is the only way to understand what manufacturersdo to guarantee the safety of their products.

1. APPARECCHIATURE PER USO IN LUOGHI CON PERICOLO DI ESPLOSIONE

Nei processi industriali spesso vengono processate, utilizzatee/o immagazzinate sostanze allo stato fisico di gas, vapori,nebbie o polveri che, se emesse in ambiente possono, origi-nare atmosfere potenzialmente esplosive.

Per assolvere al principio di sicurezza della prevenzione, ènecessario che la probabilità di innesco dell’atmosfera esplo-siva sia ridotta a valori accettabili. Di conseguenza è neces-sario che i componenti e le apparecchiature dell’impianto elet-trico, installati in presenza di atmosfera esplosiva, sianocostruiti in modo da avere requisiti tali da non divenire sor-gente di innesco per l’atmosfera esplosiva stessa. Devono,cioè, garantire un certo livello di protezione. Naturalmenteanche l’esecuzione e l’installazione dell’impianto elettricodeve essere realizzata con particolari accorgimenti, affinchél’impianto sia tale da non inficiare le caratteristiche dellecostruzioni elettriche che garantiscono la protezione e, allostesso tempo, non costituisca causa di pericolo.

Qui di seguito verranno illustrate le caratteristiche che leapparec chiature elettriche a prova di esplosione devono pos-sedere al fine di poter essere utilizzate in impianti che, per esi-genze di processo, utilizzino sostanze che possano creareun’atmosfera pericolosa, tale da causare un’esplosione o unincendio, come ad esempio una raffineria o un impianto chi-mico o più semplicemente una cabina di verniciatura.

Per effettuare una scelta ed installazione corretta delle appa-recchiature elettriche nei luoghi con pericolo di esplosione, ènecessario che l’impianto sia suddiviso in aree convenzionali(zone), definite in funzione della probabilità di presenza e per-sistenza di atmosfera esplosiva e delle sostanze che la origi-nano (gas, vapori, nebbie o polveri), che ne determinano lapericolosità.Una volta individuate, all’interno di un impianto, le varie zonedi pericolo, stabilito quali gas, vapori, polveri o altri materialisiano presenti, per quanto tempo nel corso dell’anno, e qualisiano le loro caratteristiche, sarà fondamentale operare lascelta sugli apparecchi che possono essere installati in quel-la zona. Le caratteristiche costruttive dell’apparecchio, che nedeterminano il livello di protezione, stabiliscono se essopossa, o meno, essere installato in un determinato tipo di zonapericolosa.

Prima di addentrarci, però, nello studio dei modi utilizzati daicostruttori, per progettare e costruire apparecchiature elettri-che che risultino sicure nelle zone con pericolo di esplosione,per la presenza di atmosfera potenzialmente esplosiva, ènecessario comprendere come possa avvenire un’ esplosio-ne, quali siano i fattori delle sostanze infiammabili che influi-scono sulla formazione di atmosfera esplosiva, quale sia laclassificazione delle zone di pericolo, quali siano le cause diinnesco ed, infine, quali sono gli standard internazionali cheforniscono le regole per il conseguimento della sicurezza.Soltanto in questo modo sarà comprensibile come i costrutto-ri agiscano per garantire la sicurezza dei propri prodotti.

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2. COMBUSTION AND EXPLOSION

It is not that easy to cause an explosion or fire, at least theo-retically. Combustion is the rapid transformation of chemicalenergy into ther mal energy.

Oxidation, combustion and explosion are chemically exother-mic reactions and only differ in reaction speed.

For a reaction occurs, three funda mental components have tobe pre sent at the same time:- the combustible material - in the form of gas, vapours or dusts;- the combustion agent - oxygen in the air;- ignition energy - either electrical or thermal.

These three components formwhat is called the Fire Triangle(fig. n. 1).

Once the reaction has beentrigge red, the result can be slowcombu stion, a rapid flame or anexplosion, depending on how theexothermic energy is released.an explosion can be triggereddue to plant causes (electric andnot electric) only when combusti-ble material, combustion agentand ignition energy are present inthe environment at the same time.

When a gas, a vapour, a mist or adust (combustible material) mixeswith oxygen (combustion agent),the result is a potentially explosiveatmosphere. Not every triggered mixture of combustible mate-rial and combustion agent causes an explosion. The condi-tions that determine an explosive atmosphere are the physi-cal/chemical properties of combustible.

The presence of these three components of the fire triangle isstill not enough to cause fire or an explosion. Firstly, the mix-ture consisting of the combustible material and the combu-stion agent must have a combination ratio within very specificlimits. This ratio is the quantity of combustion agent, expres-sed in mass or volume, combined with the mass or volume ofcombustible material.

Secondly, the ignition energy, measured in Joules, mustexceed a threshold which is dif ferent for each substance.

Following will be analysed the physical properties of thosesubstances that influence the formation of an explosive atmo-sphere and the features that an electrical equipment musthave to avoid the ignition.

2. LA COMBUSTIONE E L’ESPLOSIONE

almeno sotto il profilo teorico, creare un’esplosione o unincendio non è una cosa molto semplice. La combustione èun processo di trasformazione rapida di energia chimica inenergia termica. Chimicamente i fenomeni di ossidazione, dicombustione e di esplosione sono reazioni esotermiche, sonotra loro differenti soltanto per la velocità di reazione.

affinché la reazione avvenga è necessaria la presenza con-temporanea di tre componenti fondamentali:- il combustibile - sotto forma di gas, vapori, polveri;-il comburente - ossigeno presente nell’aria;-l’energia di accensione - di tipo elettrico o termico.

L’insieme di questi tre componentiè quello che viene chiamatoTriangolo del Fuoco o, più cor-rettamente in italiano Triangolo

della Combustione (fig. n. 1).

Una volta che la reazione è statainnescata, il risultato può essereuna com bustione lenta, una fiam-ma veloce o un’esplosione, aseconda di come viene liberatal’energia esotermica.

Un’ esplosione si può quindi inne-scare per cause inerenti all’im-pianto (elettrico e non elettrico)solo quando in uno stessoambiente si viene a creare la con-temporanea presenza di combu-stibile, comburente ed innesco.

Quando un gas, un vapore, una nebbia oppure della polverecombustibile (il combustibile) si miscela con l’ossigeno pre-sente nell’aria (il comburente), si forma un’atmosfera che puòessere esplosiva. Non tutte le miscele combustibile-combu-rente, se innescate, danno come reazione una esplosione. Lecondizioni che determinano se un’atmosfera è esplosiva sonole caratteristiche fisico/chimiche del combustibile.

Devono essere infatti rispettate determinate caratteristicheaffinché si verifichi un tale evento. Innanzi tutto la miscelacostituita dal combustibile e dal comburente deve avere unrapporto di miscela che deve essere compreso tra limiti bendeterminati. Il rapporto di miscela è la quantità di comburen-te, espressa in massa o in volume, associata all’unità dimassa o di volume del combustibile.In secondo luogo, l’energia di accensione, misurata in Joule,deve superare un determinato valore di soglia che è diversoper ogni sostanza.Di seguito vengono esaminate alcune delle proprietà fisichedelle sostanze che influiscono maggiormente sulla formazio-ne di atmosfera esplosiva e sui requisiti che devono avere lecostruzioni elettriche, per non divenire sorgenti di innesco perl’atmosfera esplosiva stessa.

COM

BUST

IBLE

MAT

ERIA

L

COM

BUST

IBILE

IGNITION ENERGY

ENERGIA DI ACCENSIONE

COMBUSTION AGENTCOMBURENTE

AIR-OXYGENaRIa-OSSIgENO

GA

S-V

APO

UR

-PO

WD

ER

gaS

-VaP

ORE

-PO

LVER

E

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ESS TE

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TILLa TEMPERaTU

Ra ECC

ESSIVa

Fig. n. 1

298


• EXPLOSIVE LIMIT

The first factor that causes an explosive atmosphere is thequantity of combustible material mixed with the combustionagent, in other words, the concentration of flammable sub-stance in the air. The concentration of flammable substance, within a certainrange of values, generates an explosive mixture.There are two limits in mixture concentration beyond which anexplo sion cannot occur:1. as the concentration of combustible material in the mixturedecreases, the energy required for ignition gradually increa-ses to the point where ignition cannot occur due to the lack ofcombustible material. This point is called the Lower Explosive Limit (L.E.L.) andrepresents the concentration of combustible material in the airbelow which the atmosphere is not explosive.

2. as the concentration of combustible material increases, theenergy required for ignition increases in the same way as inthe previous point, to the point where ignition cannot occurdue to the lack of combustion agent. This point is called theUpper Explosive Limit (U.E.L.) and represents the concen-tration of combustible material in the air above which theatmosphere is not explosive.The two Explosive Limits are usually espressed in:- Percentage of volume compared to air [vol%], if the combu-stion agent is gas, steam and fog; - grams of dust per cubic meter [g/m3], if the combustionagent is a combustible dust.

• MINIMUM IGNITION ENERGY

an explosive atmosphereneeds an ignition in order togenerate a fire or a explosion.If the concentration of combu-stible material in the air iswithin the explosive interval(LEL-UEL), it is necessary anignition energy, measured inJoules, that must exceed athreshold which varies foreach substance. (Fig. n. 2).

Ignition energy can be aspark caused by an electricalphenomenon, such as theope ning of switch contacts, orby the surface temperature ofan electrical equipment.In order to assess and classify the risk level of flammablesubstan ces, there are two more fundamental parameters toconsider: Flashpoint and Ignition Point. These will not be dealt with in this pre face as they are notamong the aims of this document. Please note that the ignition temperature of gases is used toclassify them, while are defined two ignition temperatures fordusts: the ignition temperature of a cloud (when dust forms acloud of dust-air mixture) and the ignition temperature of alayer of dust, which varies depending on the thickness of thelayer itself.

• LIMITI DI ESPLOSIVITÀ

Il primo fattore da considerare per la formazione di atmosferaesplosiva è la necessaria quantità di combustibile miscelatocon il comburente, ossia la concentrazione della sostanzainfiammabile in aria. Si ottiene una miscela esplosiva solo sela concentrazione della sostanza infiammabile si trova all’in-terno di un determinato intervallo di valori.Esistono due limiti di concentrazione della miscela oltre i qualinon è possibile avvenga l’esplosione:1. all’abbassarsi della concentrazione di combustibile nellamiscela la quantità di energia richiesta per l’innesco va manoa mano aumentando, fino al punto in cui l’innesco non puòavvenire per mancanza di combustibile. Tale punto viene detto limite inferiore di esplosività, L.E.L.(Lower Explosive Limit) e rappresenta la concentrazione dicombustibile in aria al di sotto della quale l’atmosfera non èesplosiva.2. all’aumentare della concentrazione di combustibile l’ener-gia richiesta per l’innesco aumenta in modo analogo a quan-to avvenuto al punto precedente, fino al punto in cui l’innesconon può avvenire per mancanza di comburente. Tale punto vienedetto limite superiore di esplosività, U.E.L. (Upper Explosive Limit) erappresenta la concentrazione di combustibile in aria al di sopradella quale l’atmosfera non è esplosiva.I due limiti di esplodibilità sono generalmente espressi in:- Percentuale di volume rispetto all’aria [%vol], se ilcombustibile è gas, vapore e nebbia; - grammi di polvere per metro cubo [g/m3], se il combustibi-le è polvere.

• MINIMA ENERGIA DI INNESCO

La presenza di atmosferaesplosiva necessita anche diun innesco affinché avvengaun incendio o una esplosione.Se la concentrazione del com-bustibile in aria si trova entrol’intervallo di esplodibilità(LEL-UEL), per innescare l’at-mosfera esplosiva è necessa-ria una energia, misurata inJoule, che superi un determi-nato valore di soglia che èdiverso per ogni sostanza(Fig. n. 2).

L’energia di accensione puòessere una scintilla causatada qualche fenomeno elettri-co, come quelle che avvengo-

no, ad esempio, all’apertura dei contatti di un interruttore,oppure la temperatura superficiale raggiunta da una costru-zione elettrica. Esistono altre due caratteristiche delle sostan-ze infiammabili che sono importantissime per determinare illoro grado di pericolosità e da cui deriva la loro classificazio-ne. I due parametri sono il Flashpoint o Temperatura di infiam-mabilità e la Temperatura di accensione, ma la loro trattazio-ne va al di là degli scopi di questa appendice. Si ricorda solamente che la Temperatura di accensione deigas è utilizzata per classificarli, mentre per le polveri vengonodefinite due Temperature di accensione: la temperatura diaccensione della nube (quando la polvere si solleva e formauna nube di miscela aria-polvere) e la temperatura di accen-sione di uno strato di polvere, che varia a seconda dello spes-sore dello strato stesso.

Fig. n. 2 - Characteristics of gas ignitionCaratteristiche d’innesco di un gas

Volume concentration (%) - Concentrazione in volume (%)Igniti

on e

nerg

y -

Ener

gia

di in

nesc

o (m

J)

Minimum ignition energyEnergia minima

di innesco

PropanePropano

HydrogenIdrogeno

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• IGNITION SOURCES

When the concentration of flammable substance in a dange-rous area is within the explosive limits, we must pay closeattention to ignition sources in order to avoid their presenceinto the explosive atmosphere and at the same time to avoidthe development of a combustion reaction. Following will be analysed the ignition sources.

A) Arcs and sparksThe most common sources of ignition are arcs and sparks,usually caused for example by the opening or closing of con-tacts in switches or remote control switches.Sparks can also be caused by loosened terminals or staticelectricity accumulated on plastic parts, like lighting fixtureenclosures.Very little energy is needed to ignite an explosive mixture. For example, a hydrogen-air mixture can be ignited by just 20microjoules, which are equal to the energy of a spark produ-ced by a 20 ma current with a voltage of 10 V for the durationof 0.1 milliseconds. as we already know, most equipment exceeds these valuesduring normal use.The aim is therefore to avoid the possibility of generating arcsor sparks, which could trigger combustion, or if this is not pos-sible, to make sure they do not come in contact with the explo-sive mixture. Later we will see in closer detail the various protectionsystems which can be used.

B) High surface temperatureThe second most common source of ignition of an explosivemixture is the uncontrolled increase in surface temperature ofany device.When a lamp is switched on, if the external temperature of theglass rises to a point which exceeds the Ignition Point of themixture, the conditions of the fire triangle are generated andthe mixture will ignite.

• CLASSIFICATION OF GAS

as we have seen, every sub-stance has its own characteri-stics that determine under whatconditions may cause a fire oran explosion. The previousparagraph has shown that anelectrical equipment can triggeran explosive atmosphere bymeans of arcs, sparks or highsurface temperatures. The correlation between thecharacteristics of gas and thosethat the electrical equipmentmust have not to trigger it, is thesubdivision of gas in groups.

as we shall see, two approa-ches to the danger of explosionhave been historically develo-ped around the world: the first,in the IEC Nations partners,including Europe; the second, inNorth america, with some diffe-rences in the subdivision ofgases in groups.

• SORGENTI DI INNESCO

Quando in un’area pericolosa la concentrazione di sostanzainfiammabile si trova all’interno del campo di esplodibilità, èproprio sulle sorgenti di innesco che bisogna prestare la mas-sima attenzione, al fine di evitare la loro presenza contempo-raneamente all’atmosfera esplosiva ed evitare lo sviluppodella reazione di combustione. Qui di seguito vengonoillustrate le principali tipologie di sorgenti di innesco.

A) Archi e scintilleLa sorgente di innesco più comune è costituita dagli archi edalle scintille provocate normalmente da aperture o chiusuredi contatti, ad esempio, di interruttori, teleruttori ecc.Le scintille possono talvolta essere provocate anche da mor-setti allentati o da elettricità statica accumulata su parti in pla-stica, come le custodie delle armature illuminanti.L’energia necessaria ad innescare una miscela esplosiva èveramente bassa. Si pensi che per innescare una miscela ariaidrogeno sono sufficienti 20 microjouls, che sono l’energia diuna scintilla prodotta da una corrente di 20 ma con una ten-sione di 10 V per la durata di 0,1 millisecondi. Come sappia-mo la maggior parte degli apparecchi supera questi valori nelcorso del normale utilizzo.L’obiettivo da raggiungere è quello di evitare la possibilità diprodurre archi o scintille che possano innescare la combu-stione o, ove questo non fosse possibile, di fare in modo chequeste non vengano a contatto con la miscela esplosiva.Vedremo comunque in dettaglio i vari sistemi di protezione dautilizzare.

B) Elevata temperatura superficialeLa seconda sorgente di innesco di una miscela esplosiva èl’innalzamento non controllato della temperatura superficialedi una qualunque apparecchiatura.Si pensi ad una lampada accesa, se la temperatura esternadel vetro si innalza al punto da essere superiore alla tempera-tura di accensione della miscela, si verificheranno le condi-zioni del triangolo del fuoco e la miscela verrà innescata.

• CLASSIFICAZIONE DEI GAS

Come abbiamo visto, ognisostanza ha delle caratteristicheproprie che determinano in qualicondizioni possono originare unincendio o una esplosione. Ilparagrafo precedente ha inveceevidenziato che le costruzionielettriche possono innescarel’atmosfera esplosiva mediantearchi, scintille o elevate tempe-rature superficiali. La correlazione tra le caratteri-stiche del gas e le caratteristi-che che la costruzione elettricadeve avere per non innescarlo èrappresentata dalla suddivisio-ne dei gas in gruppi.Come vedremo, nel mondo sisono sviluppati storicamentedue approcci al pericolo diesplosione, uno nelle nazionicompartecipanti la IEC, tra cuil’Europa, l’altro nel nord americacon alcune differenze anchenella suddivisione dei gas ingruppi.

gRUPPO

gROUP

ESEMPIO gaSgaS EXaMPLE

MIC MSEg(mm)

IIa

MetanoPropano

MethanePropane

> 0,8 > 0,9

IIBEtilene

Ethylene

≤ 0,8

e /and

> 0,45

≤ 0,9

e / and

> 0,5

IIC

acetileneIdrogeno

acetyleneHydrogen

≤ 0,45 ≤ 0,5


300


Gas groups (IEC/CENELEC)Group Iatmosphere containing grisou gas (mines)Group IIatmosphere containing gases other than grisou one (placesother than mines). group II gases are divided in IIa, IIB and IIC in relation to:- ignition temperature; - minimum ignition energy and the interstices between enclo-sures joints.

In relation to the minimum ignition energy of a gas, it’s defineda parameter of comparison between this energy and themethane ignition energy (minimum igniting current - MIC).In comparison with electrical equipment enclosures, gasesare classified in relation to a parameter defined maximumexperimental safe gaps(MESG). It must have a joint of atesting box with a definedlength, so that the ignition of theatmosphere containing the gascould produce an explosionthat, doesn’t spread outside thecontainer into the surroundingenvironment.

In relation to ignition temperatu-re, gases are divided in tempe-rature classes and is definedthe maximum superior limit.Six temperature classes aredefined: from T1 to T6.

a specific temperature class isassigned to a gas when its igni-tion temperature is lower thanthe temperature class and majoror equal to the temperaturewhich defines the lower class.

Gas groups (USA National Electrical Code - NEC)

according to the methodology of hazardous areas classifica-tion used in North america, described in the next chapter,dangerous places for the presence of explosive atmospheredue to gases and vapors are defined as places of Class I.The subdivision of gases is in accordance to the IEC group IIcriteria, classified in relation to the minimum igniting currentMIC, the maximum experimental safe gaps (MESg) and theignition temperature, but with some variations:

- group name: acetylene and hydrogen are divided in two dif-ferent groups and, in general, the danger of gas is decresesfrom group a (acetylene) to group D (propane);

- some limit values of MIC and Mesg that define the groupsdiffer from IEC standard groups;

- temperature classes are 14. Compared with IEC standardtemperature classes are added four intermediate classes bet-ween T2 and T3, three intermediate classes between T3 andT4 and an intermediate class between T4 and T5.

Gruppi dei Gas (IEC/CENELEC) Gruppo Iatmosfera contenente gas grisou (miniere)Gruppo IIatmosfera contenente gas diversi dal grisou (luoghi diversidalle miniere). I gas appartenenti al gruppo II vengono sud-divisi in IIa, IIB e IIC in relazione a:- temperatura di accensione;- minima energia d’innesco ed agli interstizi tra i giunti delle

custodie delle costruzioni.

In relazione alla minima energia di innesco di un gas, vienedefinito un parametro di confronto tra questa e l’energia diinnesco del metano (minimum igniting current - MIC). Nei confronti delle custodie delle costruzioni, i gas sono clas-sificati rispetto ad un parametro definito come il massimo

interstizio sperimentale di sicu-rezza (maximum experimentalsafe gaps MESG), che deveavere un giunto, di lunghezzadefinita, di un recipiente speri-mentale affinché l’innesco del-l’atmosfera contenente il gas inesame, produca una esplosionecontenuta nel recipiente e non sipropaghi all’atmosfera circo-stante.In relazione alla temperatura diaccensione, i gas vengono rag-gruppati in classi di temperatu-ra, per le quali viene definito illimite massimo superiore. Sonodefinite sei classi di temperatu-ra: da T1 a T6. Si assegna unadeterminata classe di tempera-tura ad un gas, quando la suatemperatura d’innesco è minoredella temperatura che definiscela classe scelta e maggiore euguale alla temperatura chedefinisce la classe inferiore.

Gruppi dei Gas (USA National Electrical Code - NEC)

Secondo la metodologia di classificazione delle aree perico-lose utilizzata nel nord america, descritta nel prossimo capi-tolo, i luoghi pericolosi per la presenza di atmosfera esplosivadovuta a gas e vapori sono definiti come luoghi di Classe I. Lasuddivisione dei gas avviene sempre secondo i criteri delgruppo II descritto per IEC, classificandoli in relazione allaminima energia di innesco (MIC), massimo interstizio speri-mentale di sicurezza (MESg) e temperatura di innesco, macon alcune varianti: - nome del gruppo: in questo caso acetilene ed idrogeno sonoseparati in due gruppi diversi e in generale la pericolosità delgas è decrescente dal gruppo a (acetilene) al gruppo D (pro-pano);- alcuni valori limite di MIC ed MESg che definiscono i grup-

pi variano rispetto ai gruppi IEC;

- le classi di temperatura sono 14. Rispetto alle classi di tem-peratura IEC, sono aggiunte quattro classi intermedie tra T2 eT3, tre classi intermedie tra T3 e T4 ed una classe intermediatra T4 e T5.

CLaSSE TEMPERaTURa

TEMPERaTURE CLaSS

TEMPERaTURa DI INNESCO

IgNITION TEMPERaTURE

T1 ≤ 450°C

T2 ≤ 300°C

T3 ≤ 200°C

T4 ≤ 135°C

T5 ≤ 100°C

T6 ≤ 85°C

301

3. HAZARDOUS AREAS CLASSIFICATION

In all work environments in which flammable substances areused, it is necessary an evaluation of the probability of pre-sence of explosive atmosphere and, therefore, a classifica-tion. The classification of hazardous areas is a method to analyzeand classify environments by identifying all flammable sub-stances present in the plant and their chemical and physicalcharacteristics, by analyzing all possible operating conditions(ways of working, involvement, handling and storage) and bystudying the conditions arising from faults and abnormal con-ditions.Consequently, it is necessary to evaluate, all situations, in anindustrial plant. In other words, all technique and all opera-tions done by man, where gas, vapor, mist or combustibledust may be emitted into the environment. This approachinvolves analizing all processes, normal maintenance opera-tions and expected failures.

In some plants, the danger of explosion is historically knownbecause of the nature of substances used in industries suchas petrochemicals. However, the risk must be assessed evenin industries where the danger of explosion is unlikely. This isthe case of, for example, the storage and maintenance in foodindustry (combustible dust), batteries recharge areas in theplants (hydrogen gas), the wood industry (combustible dust)etc.

Only highly qualified staff should identify and classify hazar-dous areas in a chemical or petrochemical plant. They areusually appoin ted by the process engineers, who decidewhere there is a perma nently or occasionally explosive atmo-sphere in the plant.

The most hazardous situations are where combustible gasesor dusts may be present during normal operation or due to afault.

The classification depends on the type of explosive atmo-sphere that substances can form inside the plant (gas,vapour, mist or combustible dust), the circumstances in whichan explosive atmosphere develops (normal maintenance ope-rations or failure) and the time in which the explosive atmo-sphere remains in the environment.Two different methods have been historically developedaround the world, simultaneously and independently, for dan-gerous areas identification.

The differences are such as the dangerous zones name, thedefinition of hazardous areas, the subdivision of gasesgroups, the distribution of temperature classes, etc..

The ZONE SYSTEM method is used in IEC Nations partners,including Europe. The DIVISION SYSTEM method has beenused since 1920 in North america.

Below we have listed, therefo re, the European classifications,which are equivalent to the interna tional IEC, and the corre-sponding american classification.

3. LA CLASSIFICAZIONE DELLE AREE DI PERICOLO

In tutti gli ambienti di lavoro in cui si utilizzano sostanze infiam-mabili, è necessaria una valutazione della probabilità di pre-senza di atmosfera esplosiva e, quindi, una classificazione.La classificazione delle aree pericolose è un metodo per ana-lizzare e classificare l’ambiente dove si possono formareatmosfere esplosive identificando tutte le sostanze infiamma-bili presenti nell’impianto, le loro caratteristiche chimico-fisi-che, analizzando tutte le possibili condizioni operative (moda-lità di lavorazione, coinvolgimento, manipolazione e deposito)e studiando le condizioni derivanti da guasti e anomalie ragio-nevolmente prevedibili.Pertanto, in un impianto industriale, è necessario valutare tuttele situazioni, sia quelle tecniche che quelle dovute alle opera-zioni eseguite dall’uomo, in cui gas, vapore, nebbia o polverecombustibile possano venire emesse in ambiente. Un taleapproccio implica l’analisi approfondita dei processi, dellenormali operazioni, delle operazioni di manutenzione e deiguasti che possono essere prevedibili.

In alcuni impianti il pericolo di esplosione è storicamente noto,a causa della natura delle sostanze utilizzate come ad esem-pio nelle industrie petrolchimiche. Tuttavia il rischio è da valu-tare anche nelle industrie in cui il pericolo di esplosione è rite-nuto improbabile. Questo è il caso di situazioni quali ad esem-pio lo stoccaggio e la manutenzione nell’industria alimentare(polveri combustibili), le aree di ricarica delle batterie neglistabilimenti (gas idrogeno), nell’industria del legno (polvericombustibili), ecc.

L’identificazione e classificazione delle zone di pericolo all’in-terno di un impianto chimico o petrolchimico deve essere rea-lizzata da personale altamente qualificato. generalmente talepersonale è identificato con i responsabili di processo, chedeterminano dove, all’interno dell’impianto, vi sia la presenzadi atmosfera esplosiva continua, occasionale, oppure solo inconseguenza ad un guasto.Le situazioni di maggior pericolo sono quelle in cui esiste lapossibilità di presenza di gas o polveri combustibili durante ilfunzionamento ordinario o a causa di qualche guasto.

La classificazione è determinata dal tipo di atmosfera esplosi-va che le sostanze possono formare all’interno dell’impianto(gas, vapore, nebbie oppure polvere combustibile), dalle con-dizioni in cui si forma l’atmosfera esplosiva (normali operazio-ni, manutenzione o guasto) e dal tempo di persistenza nel-l’ambiente dell’atmosfera esplosiva.Storicamente si sono sviluppati nel mondo, contemporanea-mente ed in modo indipendente, due metodi differenti per ladeterminazione delle zone pericolose.

alcune delle differenze tra i due metodi consistono nel nomedelle zone pericolose, nella definizione delle zone pericolose,nella suddivisione dei gruppi dei gas, nella suddivisione delleclassi di temperatura, ecc.

Un metodo si è diffuso nelle nazioni compartecipanti la IEC,tra cui l’Europa, ed è conosciuto come ZONE SYSTEM. L’altrometodo si è sviluppato nel nord america a partire dal 1920 edè conosciuto come DIVISION SYSTEM.Per tale ragione qui di seguito vengono riportate le classifica-zioni in uso in Europa, corrispondenti alle internazionali IEC, ele rispettive classificazioni USa.


302


• CLASSIFICATION OF HAZARDOUS AREAS IN EUROPE(IEC ZONE SYSTEM)

according to the IEC standard, places with potentially explo-sive atmospheres may be divided into three zones withdecreasing hazard depending on the probability of presenceand persistence of the potentially explosive atmosphere itself. Standards that regulate the classification have two differentnumerical series: the IEC 60079 series for explosive atmo-spheres due to the presence of gases, vapours or mists, andthe IEC 61241 series for explosive atmospheres due to thepresence of combustible dust.

In particular, the part 10 is dedicated to the procedure to per-form the classification. Therefore, must be followed: - IEC 60079-10 series standard to classify areas with presen-ce of gas.- IEC 61241-10 series standard to classify areas withpresence of combustible dusts.

Using these standards, result the following hazardous areas:

• Classification of zones due to the presence of gas

Zone 0: Zone in which a mixture of explosive gas is alwayspresent (e.g. inside a petrol tank).

Zone 1: Zone in which a mixture of explosive gas may be pre-sent during normal plant operation.

Zone 2: Zone in which a mixture of explosive gas is not nor-mally present, and if it is, only it is for short periods of time.

• Classification of zones due to the presence of dusts

Zone 20: Zone in which an explosive dust is always present.

Zone 21: Zone in which an explosive dust may be presentduring normal plant operation.

Zone 22: Zone in which an explosive dust is not normally pre-sent, and if it is, it is only for short periods of time.

If the classification states that: 1. areas classified as 0, 1 or 2 (20, 21 or 22) have anegligible extension, they can be therefore defined as0NE area, 1NE area or zone 2NE (20NE area, 21NE area orzone 22NE). The meaning is that, although there is an area with presenceof explosive atmosphere, if triggered, the resulting explosiondoes not cause appreciable damage because the volume ofexplosive atmosphere is negligible.In this case, the site is considered not dangerous.

2. there aren’t classified areas in the site, therefore, isn’tconsidered dangerous.

In Europe, IEC standards are harmonized by CENELEC (seeChapter 8) and they become EN 60079-10 standards, forclassification in presence of gas, and EN 61241-10 standards, for classification in presence of combustible dust, withoutmodifying approach, methods, definition of zones and results.

• CLASSIFICAZIONE DELLE AREE PERICOLOSE IN EUROPA (IEC ZONE SYSTEM)

Nei paesi compartecipanti la IEC, i luoghi in cui possono for-marsi atmosfere esplosive vengono suddivise in tre zone conpericolosità decrescente a seconda della probabilità di pre-senza e della persistenza dell’atmosfera esplosiva stessa. Le norme che stabiliscono le regole per la classificazione cor-rispondono a due serie differenti di numerazione: la serie IEC60079 per le atmosfere esplosive che si formano per la pre-senza di gas, vapori o nebbie e la serie IEC 61241 per leatmosfere esplosive che si formano per la presenza di polve-ri combustibili.

In particolare la parte 10 di queste serie di norme è dedicataal procedimento per eseguire la classificazione. Pertanto viene seguita: - la norma IEC 60079-10 per classificare le aree in presenzadi gas;- la norma IEC 61241-10 per classificare le aree in presenzadi polveri combustibili.

Il risultato della classificazione secondo tali norme sono leseguenti zone pericolose:

• Classificazione delle aree per la presenza di gas

Zona 0: area nella quale una miscela di gas esplosiva èpresente in maniera continuativa (es: interno di un serbatoio dibenzina).Zona 1: area in cui una miscela di gas esplosiva può esserepresente durante il normale funzionamento dell’impianto.

Zona 2: area nella quale una miscela di gas non è normal-mente presente, e nel caso lo sia lo è solo per brevi periodi ditempo.

• Classificazione delle aree per la presenza di polveri

Zona 20: area nella quale una polvere esplosiva è p resen tein maniera continuativa.Zona 21: area in cui una polvere esplosiva può essere presen-te durante il normale funzionamento dell’impianto.

Zona 22: area nella quale una polvere esplosiva non è normal-mente presente e nel caso lo sia lo è solo per brevi periodi ditempo.Se dalla classificazione risulta che:1. le zone classificate come 0,1 o 2 (20, 21 o 22) sono diestensione trascurabile, allora sono definite come zona 0NE,zona 1NE oppure zona 2NE (zona 20NE, zona 21NE oppurezona 22NE) con il significato che, sebbene si abbia una zona con presenza di atmosfera esplosiva, se innescata la reazio-ne di esplosione conseguente non provoca danni apprezza-bili in quanto il volume di atmosfera esplosiva è trascurabile. In questo caso il luogo è considerato non pericoloso.

2. non vi sono zone classificate nel luogo considerato,allora il luogo è definito non pericoloso.

In Europa, le norme IEC sono armonizzate dal CENELEC(vedi capitolo 8) e le norme IEC per eseguire la classificazio-ne diventano le norme EN 60079-10 per la classificazione inpresenza di gas ed EN 61241-10 per la classificazione in pre-senza di polveri combustibili, senza modificarne approccio,metodi, definizione delle zone e risultati.

303

In Italy, classification standards are implemented by CEI (seeChapter 8) without any modifications. Furthermore, CEI has published several guides for the imple-mentation of these rules. although they haven’t normative value, these guides are apowerful tool for classification. For example: guide CEI 31-35 (third edition 2007) and theguide CEI 31-35/a for gas (examples of classification - thethird edition of 2007); guide CEI 31-56 for combustible dusts(first edition 2007).

• CLASSIFICATION OF HAZARDOUS AREAS IN NORTH AMERICA

In the USa and Canada, hazardous areas are classified undernational standards NFPa 70 art.500 NEC and C 22.1 Part. 1Canadian Electrical Code. These standards divide hazardousareas into two categories, and hazardous environments intothree categories according to the substances there in present. Dangerous areas are divided into 3 classes depending on thetype of explosive atmosphere: - Class I (gas, vapours, combustible dust)- Class II (dusts)- Class III (combustible fibers)

Each class is divided into two types of areas at risk of explo-sion depending on the frequency or duration of the explosiveatmosphere formation.

- Division 1: areas with constantly or occasionally dangerousconcentrations of gases, vapours or combustible mist duringnormal operations.

- Division 2: areas without dangerous concentrations of gases,vapours or combustible mist during normal operations butonly in case of failure.

Summing up and considering the classification of gas in Northamerica:

In Italia, le norme di classificazione sono recepite dal CEI(vedi capitolo 8) senza modifiche ed inoltre il CEI ha pubbli-cato alcune guide per l’applicazione di queste norme che, purnon avendo valore normativo, costituiscono un valido stru-mento di classificazione. ad esempio: la guida CEI 31-35 (terza edizione del 2007) e laguida CEI 31-35/a (esempi di classificazione – terza edizionedel 2007) per gas; la guida CEI 31-56 (prima edizione del2007) per polveri combustibili.

• CLASSIFICAZIONE DELLE AREE PERICOLOSE NEL NORD AMERICA

Negli USa e in Canada la suddivisione delle aree pericoloseavviene in base agli standard nazionali NFPa 70 art.500 NECe C 22.1 Part. 1 Canadian Electrical Code che dividono inmodo simile le aree di pericolo in due parti, mentre i luoghi dipericolo sono divisi in tre classi in base alle sostanze presenti.Le aree pericolose sono quindi suddivise in 3 classi a secon-da del tipo di atmosfera esplosiva:- Classe I (gas, vapori, nebbie combustibili)- Classe II (polveri)- Classe III (fibre combustibili)

Ogni classe è suddivisa in due tipi di zone a rischio di esplo-sione per la frequenza o durata della formazione di atmosferaesplosiva.

- Divisione 1: aree nelle quali si trovano costantemente ooccasionalmente concentrazioni pericolose di gas, vapori onebbie combustibili in condizioni di funzionamento normale.

- Divisione 2: aree nelle quali non ci sono concentrazioni peri-colose di gas, vapori o nebbie combustibili in condizioni difunzionamento normale, ma si raggiungono concentrazionipericolose solo in caso di guasto.

Riassumendo quanto detto e considerando la classificazionedei gas adottata nel nord america:

Class atmosphere Zone gas/Dust groups TClass

Class I

Gases,

vapours or

mists

Division

1

constantly or

occasionally

during normal

operations

A (acetilene)

B (hydrogen

C (ethylene)

D (propane)

T1T2

T2aT2BT2CT2DT3

T3aT3BT3CT4

T4aT5T6

Division

2

in case of

failure

Class II

Combustible

Dusts

Division

1

constantly or

occasionally

during normal

operations

E (metal)

F (coal)

G (cereals)

Division

2

in case of

failure

Class II

Combustible

fibers

Division

1

constantly or

occasionally

during normal

operations

Division

2

in case of

failure

Classe Tipo diatmosfera

Tipo di zona gruppo digas/Polveri

TClasse

Classe I

Gas, vapori

o nebbie

Divisione

1

costantemente o

occasionalmente

in condizioni di

funzionamento

normale

A (acetilene)

B (idrogeno)

C (etilene)

D (propano)

T1T2

T2aT2BT2CT2DT3

T3aT3BT3CT4

T4aT5T6

Divisione

2

condizioni di

guasto

Classe II

Polveri

combustibili

Divisione

1

costantemente o

occasionalmente

in condizioni di

funzionamento

normale

E (metallo)

F (carbone)

G (cereali)

Divisione

2

condizioni di

guasto

Classe II

Fibre

combustibili

Divisione

1

costantemente o

occasionalmente

in condizioni di

funzionamento

normale

Divisione

2

condizioni di

guasto


304


• DIFFERENCES BETWEEN EUROPEAN AND NORTH AMERICAN PRACTICE

It is clear that “Zone 2” of the European classification is thesame as the american “Class I Division 2”, while European“Zones 0 and 1” correspond with the american “Class IDivision 2”. We can conclude that the equipment specificallydesigned for use in “Zone 1” in Europe cannot always be usedin “Class I Division 2”.

In 1996, the article 505 was introduced in NEC standards (inCanada with the CEC, 1998 edition) which, as an alternativeto article 500 classification system (above paragraph), intro-duced the IEC classification system. Compared to IEC zone system: - Class I only (stated by article 500 in NEC standards ) is divi-ded into three zones according to IEC standard: Zone 0, Zone 1 and Zone 2;- temperature classes T1-T6 are unvaried;- gases groups IIa, IIB, IIC are unvaried.article 505 provides the opportunity to choose in how to clas-sify, with the aim of giving a global recognition to IEC system,promoting the free movement of equipment suitable for areasclassified according to IEC system.

4. PROTECTION METHODS

Once you have identified the hazardous areas in the plant,you have to choose the right electrical equipment for theseareas in order to avoid the risk of explosion caused by acci-dental sparks or surface over temperature.

an electrical equipment for hazardous areas must have a dif-ferent level of security depending on the area level of danger. The level of security depends on the electrical equipmentcapacity not to trigger (arc, spark or surface over temperatu-re) the potentially explosive atmosphere during normal opera-tion, in case of first failure and in case of a second failuredetermined by different causes of those that caused the first.It depends also on the type of area where the electrical equip-ment is going to be installed.

The security level of an electrical equipment may be reachedmanufacturing it in order to achieve a "type of protection" thatavoids the contact between an arc, spark or high surfacetemperature and the explosive atmosphere.There are different methods of protection depending on howthe ignition is prevented.

Protection methods for gas, vapours and mists.The protection methods are based on the following principles:

a) containment;B) segregation;C) prevention.

• DIFFERENZE TRA LA PRATICA EUROPEA E QUELLA NORD AMERICANA

appare evidente il fatto che la “Zona 2” della classificazioneeuropea equivalga alla “Classe I Divisione 2” americana, men-tre le “Zone 0 e 1” europee corrispondono all’americana“Classe I Divisione 1”, se ne deduce come le apparecchiatu-re espressamente studiate per essere utilizzate in “Zona 1” inEuropa non sempre possono essere adottate all’interno della“Classe I Divisione 1”.

Nel 1996 viene introdotto nel NEC l’articolo 505 (in Canadacon il CEC edizione 1998) che, in alternativa al sistema diclassificazione dell’articolo 500 (paragrafo precedente), intro-duce il sistema di classificazione IEC. Rispetto all’IEC zone system: - la sola Classe I (dell’articolo 500 del NEC) viene suddivisanelle tre zone IEC: Zona 0, Zona 1 e Zona 2;- sono mantenute invariate le classi di temperatura T1-T6;- sono mantenuti invariati i gruppi dei gas IIa, IIB, IIC.L’articolo 505 offre l’opportunità di una scelta nel modo diclassificare con l’obiettivo di conferire al sistema IEC un rico-noscimento mondiale e favorire la libera circolazione delleapparecchiature idonee per le zone classificate secondo ilsistema IEC.

4. I MODI DI PROTEZIONE

Una volta individuate all’interno di un impianto le varie zone dipericolo è di fondamentale importanza operare la scelta cor-retta circa le apparecchiature elettriche che possono venireinstallate in quella zona per scongiurare il pericolo di esplo-sione causato da scintille accidentali o da sovratemperaturesuperficiali.Una costruzione elettrica destinata all’installazione in zonapericolosa deve avere un livello di sicurezza differente aseconda della pericolosità della zona.Il livello di sicurezza viene definito in funzione della capacitàdella costruzione elettrica di non provocare l’innesco (arco,scintilla o temperature superficiali elevate) dell’atmosferaesplosiva in condizioni di funzionamento normale, in condizio-ni di primo guasto ed in condizioni di secondo guasto origi-nato da cause indipendenti da quelle che hanno causato il primo,a seconda del tipo di zona in cui deve essere installata.Il livello di sicurezza di una costruzione elettrica è raggiuntocostruendola in modo tale da realizzare un “modo di protezio-ne” contro il contatto tra un arco, scintilla o temperatura super-ficiale elevata e l’atmosfera esplosiva. a seconda di come viene impedito l’innesco dell’atmosferaesplosiva si hanno modi di protezione diversi.

Modi di protezione per gas, vapori e nebbie.Fondamentalmente i criteri su cui si basano i diversi modi diprotezione sono i seguenti:a) contenimento;B) segregazione;C) prevenzione.

Standard

Normal operation Risk

in faulty

conditionsPermanent

risk

Intermittent

risk

IEC

EUROPEZone 0 Zone 1 Zone 2

USA

CANADA

Class I

Division 1

Class I

Division 2

Standard

Funzionamento normale Pericolo

in condizioni

normaliPericolo

continuo

Pericolo

occasionale

IEC

EUROPAZona 0 Zona 1 Zona 2

USA

CANADA

Classe I

Divisione 1

Classe I

Divisione 2

305

A) Containment (Ex d)Explosion containment is the only method that allows theexplosion to occur but confines it to a well-defined area, thusavoiding propagation to the surrounding atmosphere.an explosion is therefore contained in so called explosionproof enclosures.This is the oldest but still one of the safest and most effectivemethods for most applications.

B) Prevention (Ex e; Ex n; Ex i)This technique is based on the concept of increasing the relia-bility of electrical components which during normal operationcannot spark or reach a surface temperature high, or ener-gies, enough to ignite an explosive mixture.

This technique is mainly applied to two protection methods:Increased Safety and Intrinsic Safety.

The basic difference between these two methods is that thefirst one applies to all low voltage equipment (especially ligh-ting fixtures), while the second one can only be used on instru-mentation plants, where voltages and currents are very low.

C) Segregation (Ex m; Ex o; Ex q; Ex p)This method physically separates or isolates live electricalparts or hot surfaces from the explosive mixture, so that theynever come in contact with the ignition source.This method is applied to various protective techniques, suchas pressurization, resin encapsulation, quartz sand filling or oilimmersion.

Protection methods for combustible dusts. Until 2004, the protection against the ignition of a potentiallyexplosive atmosphere due to dust, was done only by boxeswith a suitable IP protection degree. In Europe, the method was standardized by theEN 50281-1-1 directive.after 2004, (year of issuance of IEC 61241-0 standard), theprotection methods for electrical equipment installed in anexplosive atmosphere with the presence of combustible dustwere introduced.Four different protection methods have been developed, threeof which are based on protection for gas relative to segrega-tion (pD Ex, Ex mD) and prevention (Ex iD).

On the contrary, the fourth is based on enclosure protectionmanufactured to avoid the entrance of dust (by extending theold method of protection against the entry of dust in the enclo-sure ): type of protection Ex tD.tD type of protection can be achieved by two differentmethods (method a and B) to prevent the entry of dust.

Method a is based on enclosures IP protection degree. Method B is characteristic of enclosures with joints that mustbe manufactured to avoid the entry of dust, especially duringthe cooling fase, when the enclosure is not powered on.

A) Contenimento (Ex d)Il contenimento dell’esplosione è la sola metodologia che per-mette all’esplosione di avvenire, questa tuttavia deve rimane-re confinata in un luogo ben definito e non deve propagarsiall’atmosfera circostante. In pratica la possibile esplosioneviene contenuta all’interno di apposite custodie che sonodette appunto a prova di esplosione.Questo metodo è il più antico, ma è tuttora uno dei più validie sicuri per la maggior parte delle applicazioni.

B) Prevenzione (Ex e; Ex n; Ex i)Caratteristica fondamentale di questa tecnica è quella diaumentare l’affidabilità dei componenti elettrici che nel modonormale di utilizzo non possono scintillare né raggiungeretemperature superficiali, né energie, tali da innescare lamiscela esplosiva.Questa tecnica si applica principalmente a due metodi di pro-tezione, quello a Sicurezza aumentata e quello a SicurezzaIntrinseca.La fondamentale differenza tra questi due metodi è che ilprimo si applica a tutte le apparecchiature di bassa tensionee in modo particolare alle armature illuminanti, mentre ilsecondo può essere utilizzato soltanto in impianti di strumen-tazione, dove le tensioni e le correnti in gioco sono estrema-mente basse.

C) Segregazione (Ex m; Ex o; Ex q; Ex p)Con questa tecnica si tende a separare o isolare fisicamenteparti elettriche in tensione o le superfici calde dalla miscelaesplosiva, in modo da non permettere mai il contatto con lafonte di innesco. Questa metodologia viene applicata da varimodi di protezione quali la pressurizzazione, l’incapsulamen-to in resina, l’immersione in olio o in sabbia di quarzo.

Modi di protezione per polveri combustibili.Fino al 2004, la protezione contro l’innesco dell’atmosferaesplosiva originata dalle polveri, era realizzata solo mediantecustodie con un idoneo grado di protezione IP contro l’ingres-so della polvere all’interno della custodia stessa. In Europa ilmetodo era standardizzato dalla norma EN 50281-1-1.Successivamente al 2004 (anno di emissione della norma IEC61241-0), vengono introdotti i modi di protezione anche per leapparecchiature elettriche destinate ad essere installate inatmosfera esplosiva per la presenza di polveri combustibili.Sono stati sviluppati quattro diversi modi di protezione, tre deiquali basati su alcuni dei modi di protezione per i gas relati-vamente alla segregazione (Ex pD, Ex mD) e la prevenzione(Ex iD), il quarto basato invece sulla protezione mediantecustodie costruite in modo tale da non permettere alla polve-re di entrarvi (ampliando il vecchio metodo della protezionecontro l’ingresso della polvere nella custodia): modo di prote-zione Ex tD.Il modo di protezione tD può essere realizzato mediante duediversi metodi (metodo a e B) per impedire l’ingresso dellapolvere.Il metodo a è basato sul grado di protezione IP della custodia;mentre il metodo B è caratteristico di custodie con giunti chequindi devono essere costruiti in modo tale da non permette-re l’ingresso della polvere, soprattutto nella fase di raffredda-mento della custodia quando non è alimentata.


306


Nella tabella sottostante, riportiamo le nuove denominazioni applicate.The table below gives a list of the new names.

MODO DI PROTEZIONEPROTECTIONMETHOD

NORMA IEC IEC STANDARD

NORMA EUROPEAEUROPEAN STANDARD

NORMA ITALIANA ITALIAN STANDARD

DATA DI APPLICAZIONE PER ATEXSECONDO G.U.U.E. del 04/02/2011APPLICATION DATE FOR ATEX FROM

OJEU of February, 4, 2011

Regole generali(gas – dust)

General Rules (gas –dust)

IEC 60079-0:2007 EN 60079-0:2009 CEI EN 60079-0:2010 IN VIgORE DaL 16/04/2010IN FORCE FROM 16/04/2010

Gas - Regole generaliGas – General Rules

IEC 60079-0:2004 EN 60079-0:2006 CEI EN 60079-0:2006 applicabile sino al 31/05/2012applicable until 31/05/2012

Ex-d

IEC 60079-1:2004 EN 60079-1:2004 CEI EN 60079-1:2007 Non più applicabile dal 01/07/2010No more applicable from 01/07/2010


Ex-e



Ex-i

EN 50020:2002 CEI EN 50020:2003 Non più applicabile dal 01/10/2009No more applicable from 01/10/2009


Ex-n

IEC 60079-2001 EN 60079-15:2003 CEI EN 60079-15:2006 Non più applicabile dal 01/06/2008No more applicable from 01/06/2008

IEC 60079-2005 EN 60079-15:2005 CEI EN 60079-15:2007 IN VIgORE DaL 20/07/2006IN FORCE FROM 20/07/2006

IEC 60079-2010 EN 60079-15:2010 CEI EN 60079-15:2011 Non ancora pubblicataNot published yet

Ex-p


EN 60079-2:2007 EN 60079-2:2007 CEI EN 60079-2:2009 IN VIgORE DaL 20/08/2008IN FORCE FROM 20/08/2008

Ex-m(gas)

IEC 60079-18:2004 EN 60079-18:2004 CEI EN 60079-18:2008 applicabile sino al 30/09/2012applicable until 30/09/2012

Ex-m(gas – dust)


Dust - Regole gene-rali

Dust – General RulesIEC 61241-0:2004 EN 61241 -0:2006 CEI EN 61241-0:2008 applicabile sino al 31/05/2012

applicable until 31/05/2012

tD IEC 61241-1:2004 EN 61241 -1 :2004 CEI EN 61241 -1 :2006 applicabile sino al 31/05/2012applicable until 31/05/2012

t IEC 60079-31:2008 EN 60079-31:2009 CEI EN 60079-31:2010 IN VIgORE DaL 07/07/2010IN FORCE FROM 07/07/2010

iD IEC 61241-11:2005 EN 61241-11:2006 CEI EN 61241-11:2010 IN VIgORE DaL 11/04/2008IN FORCE FROM 11/04/2008

307

New regulations from 2010 to 2012

In 2007, with the publication of the 5th edition of IEC 60079-0standard (general Rules), has begun a process which provi-des for the reunion of all the technical standards for Ex elec-trical products in a single set of standards for explosive atmo-spheres due to the presence of gas, vapor, mist or dust. Thisunique set of standards is the IEC 60079. The standard com-mittees are now publishing new standards editions for speci-fic protection method, gathering dust and gas in a single setof rules. This implies that the requirements of IEC 61241 seriesof standards, relating to combustible dust, will be contained inIEC 60079 standard up to now dedicated to gases only. IEC60079-0:2007 standard contains general requirements for gasand dust, while the dust protection methods are normalized asfollows:- for the protection methods applicable for both gasand dust, the requirements for dusts hazardous areas areadded to gas hazardous areas. For example, this is the caseof the protection method of "m" encapsulation in which, therequirements of the "mD” protection method for dusts areadded to the specific part of IEC 60079-18 standard. The newedition of IEC 60079-18:2009, is applicable for Ex "m" equip-ment to be installed in presence of gas or dust. The old IEC61241-18:2004 standard specific for the Ex "mD" protectionmethod will be replaced by IEC 60079-18:2009; for protectionmethods applicable only to dust hazardous areas, new speci-fic parts have been added to IEC 60079 series of standards.This is the case of the protection method by means of enclo-sures which from Ex 'tD' protection method becomes Ex "t"and the reference standard is no longer the IEC 61241-1 butthe new IEC 60079-31. This development is in progress andthe view of the IEC 60079 series of standards is not completeyet. Therefore, we are facing a transition period in which therules relating to the IEC 61241 series of standards are still inforce at the same time with the new rules of the IEC 60079standard applicable for both gas and dust. This transitionperiod will cease in 2012, when only to new rules will be appli-cable. This change also affects the technical rules relating to:areas classification, implementation and verification of electri-cal installations. In particular, we report below the new rulesalready published, which apply to both gas and dust: IEC60079-10-1:2008 standard “Classification of areas - Explosivegas atmospheres”; IEC 60079-10-2:2009 standard“Classification of areas - Combustible dust atmospheres”; IEC60079-14:2007 standard “Electrical installations design,selection and erection”; IEC 60079-17:2007 standard“Electrical installations inspection and maintenance”. all theserules have been harmonized as EN and they are applicable.With regard to product standards relating to specific protec-tion methods, the table in previous page lists the referencestandards in force, with particular reference to the last publi-cation of the OJEU of February 4, 2011 for a presumption ofconformity to aTEX Directive 94/9/EC.

Novità normative dal 2010 al 2012

Nel 2007, con la pubblicazione della quinta edizione della IEC60079-0 (regole generali), è iniziato un processo che prevedela riunione di tutte le Norme tecniche per prodotti elettrici Ex,in un’unica serie di Norme sia per atmosfere esplosive origi-nate da gas, vapori, nebbie sia da polveri. Questa unica seriedi Norme è la IEC 60079. In sostanza, i comitati normativistanno pubblicando le nuove edizioni delle Norme relative aglispecifici modi di protezione riunendo gas e polveri in unaunica serie di Norme. Questo implica che le prescrizioni delleNorme della serie IEC 61241, relativa alle polveri combustibi-li, saranno contenute nelle Norme IEC 60079 fino ad ora dedi-cate solo ai gas. La norma IEC 60079-0:2007 contiene pre-scrizioni generali sia per gas che per polvere, mentre i modidi protezione per polveri vengono normalizzati nel seguentemodo: per i modi di protezione applicabili sia ai gas che allepolveri, si aggiungono alle prescrizioni per atmosfere gasanche quelle per atmosfere da polveri. È il caso, ad esempio,di modi di protezione come l’incapsulamento “m”, nella cuiparte specifica della norma (IEC 60079-18) sono aggiunteanche le prescrizioni del modo di protezione “mD” per polve-ri. La nuova edizione della IEC 60079-18:2009, risulta appli-cabile per apparecchiature Ex “m” da installarsi in presenza digas o di polveri. La vecchia norma del modo di protezione Ex“mD”, IEC 61241-18:2004, sarà sostituita dalla IEC 60079-18:2009; per i modi di protezione esclusivamente applicabilialle atmosfere esplosive da polveri, sono aggiunte nuove partispecifiche alla serie di Norme IEC 60079. È il caso del mododi protezione mediante custodie che, da modo di protezioneEx “tD”, diventa modo di protezione Ex “t” e la Norma di rife-rimento non è più la Norma IEC 61241-1 ma la nuova IEC60079-31. Questa evoluzione è in corso ed al momento ilpanorama della serie IEC 60079 non è ancora completo.Stiamo pertanto affrontando un periodo di transizione in cuisono ancora in vigore le Norme relative alla serie IEC 61241,contemporaneamente alle norme nuove della serie IEC 60079applicabili sia ai gas che alle polveri. Il periodo di transizionecesserà nel 2012, quando saranno applicabili solo le nuovenorme.Questo cambiamento coinvolge anche le Norme tecni-che relative a: classificazione delle aree, esecuzione degliimpianti elettrici e verifiche. In particolare si segnalano lenuove norme già pubblicate, che sono applicabili sia per gasche per polveri: Norma IEC 60079-10-1:2008 “Classification ofareas - Explosive gas atmospheres”; Norma IEC 60079-10-2:2009 “Classification of areas - Combustible dust atmosphe-res”; Norma IEC 60079-14:2007 “Electrical installationsdesign, selection and erection”, per la progettazione ed instal-lazione degli impianti elettrici nelle zone classificate; NormaIEC 60079-17:2007 “Electrical installations inspection andmaintenance”, per la verifica degli impianti elettrici nelle zoneclassificate. Tutte queste Norme sono già state armonizzatecome norme EN e sono applicabili. Per quanto riguarda leNorme di prodotto relative agli specifici modi di protezione,nella tabella della precedente pagina in cui sono elencate lenorme di riferimento in vigore, con particolare riferimentoall’ultima pubblicazione della gUUE del 4 Febbraio 2011 perla presunzione di conformità alla Direttiva atex 94/9/CE.


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• CHOOSING THE RIGHT PROTECTION METHOD

There are many protection methods that allow you to apply the threebasic techniques in different ways. Not all the methods can beapplied universally: as you will see further on, each method is speci-fic to certain applications and impossible to apply to others.

There have been attempts to adopt unspecific techniques to certainapplications, leading to disastrous consequences and often majordamage.

It is therefore fundamental that you analyse the application limits ofeach method and decide which one is best in each case.

Choosing a specific protection method in one situation rather thananother depends on a variety of factors, namely:

- the area where the equipment is going to be installed;

- physical dimensions of the electrical material to be protected;

- level of routine and extraordinary maintenance;

- reliability and flexibility of the system;

- manufacturing and maintenance costs.

Below are some of the main aspects of these protection methods,which conform to specific EC standards.There are basically three protection methods for boxes and enclosu-res housing electrical equipment:

• Ex d protection - explosion-proof

• Ex e protection - increased safety

• Ex n protection - simplified

We will not be considering other methods in this preface, as theircharacteristics are rarely applied to the design and construction oflighting equipment components and parts. However, in order to givea comprehensive view of this subject, below is a list of other methodswhich have been standardized but are rarely applied:• Ex i protection - Intrinsic safety

Standard EN 60079-11

• Ex p protection - Internal overpressure

Standard EN 60079-2

• Ex m protection - Resin encapsulation

Standard EN 60079-18

• Ex o protection - Oil immersion

Standard EN 60079-6

• Ex q protection - Sand filling

EN 60079-5

Please note that in 2007 all the aTEX harmonized European stan-dards were reviewed and a new name was given in compliance withIEC international standards as we wait for the process of harmoniza-tion to be completed in the next few years. This means that rules forthe production of explosion-proof electrical equipment will eventuallybe normalized on an international level.Some standards have been completely reviewed, while others justhave a new code.

• SCELTA DEI MODI DI PROTEZIONE

Vi sono diversi modi di protezione che consentono di applicare inmodalità distinte le tre tecniche fondamentali citate, utilizzandone ilmetodo di base; in particolare, non tutti i sistemi sono universalmen-te applicabili, bensì, come verrà illustrato in seguito, ognuno di essi èspecifico per alcune applicazioni e assolutamente improponibile peraltre. Nel tempo sono stati realizzati diversi tentativi e forzature per adotta-re tecniche non specifiche a determinate applicazioni e i risultati sonostati a dir poco disastrosi, causando nella maggior parte dei casidanni importanti.Risulta, dunque, di fondamentale importanza analizzare quali siano ilimiti di applicabilità di ogni metodo e valutare coscientemente checosa sia meglio utilizzare ogni volta che si presenta una nuova ediversa necessità.Diversi fattori determinano la scelta di un modo di protezione specifi-co, in ciascuna situazione piuttosto che un altro, in particolare la scel-ta va effettuata tenendo in considerazione diversi fattori tra i quali:- la zona in cui l’apparecchiatura verrà installata;

- le dimensioni fisiche del materiale elettrico da proteggere;

- la facilità di manutenzione ordinaria e straordinaria;

- l’affidabilità del sistema e la sua flessibilità;

- i costi di realizzazione e di manutenzione.

Qui di seguito vengono riportate le caratteristiche fondamentali deivari modi di protezione che sono stati finora normalizzati e per i qualiesistono chiare normative comunitarie.Per quanto riguarda le cassette e custodie che possono contenereapparecchiature elettriche, il campo di applicazione dei diversi modidi protezione si restringe sostanzialmente a tre:• Modo di protezione Ex d - a prova di esplosione

• Modo di protezione Ex e - a sicurezza aumentata

• Modo di protezione Ex n - semplificato

gli altri metodi, per le loro caratteristiche sono difficilmente applica-bili nella progettazione e costruzione delle componenti e parti delleapparecchiature illuminanti e pertanto, in questa sede non ne terre-mo conto. Per completezza, tuttavia, ricordiamo che gli altri modi diprotezione normalizzati, ma difficilmente applicabili sono:• Modo di protezione Ex i - a sicurezza intrinseca

Norma EN 60079-11

• Modo di protezione Ex p - a sovrapressione interna

Norma EN 60079-2

• Modo di protezione Ex m - Incapsulamento in resina

Norma EN 60079-18

• Modo di protezione Ex o - Immersione in olio

Norma EN 60079-6

• Modo di protezione Ex q - Sotto sabbia

EN 60079-5

Dobbiamo considerare che nel 2007 tutte le normative europee armo-nizzate aTEX, sono state riviste ed è stata adottata la nuova denomi-nazione in conformità alle norme internazionali IEC, in attesa che neiprossimi anni si concluda quel processo di armonizzazione che por-terà alla normalizzazione a livello mondiale delle regole di costruzio-ne delle apparecchiature elettriche antideflagranti.alcune normative sono state completamente rivisitate, mentre peraltre vi è stata esclusivamente un adattamento della codifica.

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5. PROTECTION METHODS FOR ENCLOSURES AND BOXES

• EX D - EXPLOSION-PROOF

Basic principleThis method allows the explosive atmosphere to come into contactwith live electric circuits. These should therefore be contained insidea purpose-built enclosure to resist pressure which builds up due toan explosion inside this enclosure, and to prevent the flame fromescaping outside the enclosure and igniting the surrounding explosi-ve atmosphere.

This method is based on the concept that it is impossible to preventa gas from spreading. Hence it is impossible to produce electricalequipment inside an airtight enclosure which prevents the ingress ofgas.These enclosures are therefore built to allow the ingress of gas, but ifit comes in contact with the ignition source (an arc or a spark) theexplosion will be contained inside and the combusted gases willescape through the fittings between the parts of the enclosure. Thesefittings are specifically designed to allow the flame to cool as it esca-pes, so that only the product of combustion reaches outside theenclosure; and by then it has cooled down and is unable to ignite thesurrounding atmosphere.The materials used are usually aluminium alloys for the enclosure andtempered borosilicate glass or polycarbonate for the transparentparts, like round windows for instruments.

ApplicationsThis method can be applied to all low-voltage equipment and gene-rally all equipment which can cause sparks or overtemperatureduring normal operation, such as switches, divertors and thermoma-gnetic switches.Main featuresThe main feature is a strong construction, which guarantees reliabi-lity in the long-term.AdvantagesThe main advantage of this protection method is that the enclosuresand boxes, built to contain an explosion, house common electricalcomponents, which are easy to find on the market.

DisadvantagesThe enclosures and boxes need special maintenance to guaranteethat all the safety devices (i.e. fittings, screws and glass, etc.) arekept in perfect condition. Maintenance may only be carried out byqualified staff.Reference standards- IEC 60079 -1 (International)- EN 60079-1 (European)- CEI 31-58 (Italian)

5. MODI DI PROTEZIONE APPLICABILI A CUSTODIE E CASSETTE

• EX D - A PROVA DI ESPLOSIONE

Principio baseIn questo metodo di protezione è consentito che l’atmosfera esplosi-va venga a contatto con i circuiti elettrici in tensione. Questi dovran-no però essere racchiusi all’interno di una custodia appositamenteprogettata per resistere alla pressione sviluppata a causa di unaeventuale esplosione all’interno della stessa e per impedire il propa-garsi della fiamma all’esterno della custodia e di innescare l’atmo-sfera esplosiva esterna ad essa.La filosofia del metodo è basata sulla considerazione che non è pos-sibile impedire ad un gas di propagarsi ovunque. Pertanto sarebbeimpensabile la costruzione di una apparecchiatura elettrica contenu-ta in una custodia, stagna al punto da impedire l’ingresso del gas.Si costruiscono pertanto custodie che permettono sì che il gas entriall’interno, ma in caso di contatto tra questo e la sorgente di innesco(arco o scintilla) l’esplosione che ne consegue sia contenuta all’in-terno e i gas combusti, escano attraverso appositi giunti, creati tra levarie parti della custodia, progettati in modo tale che la fiamma,uscendo si raffreddi e all’esterno arrivi soltanto il prodotto della com-bustione, ormai raffreddato ed incapace di innescare l’atmosfera cir-costante.I materiali utilizzati, di solito sono le leghe di alluminio per la custodiae il vetro borosilicato temperato o il policarbonato per le parti traspa-renti, come gli oblò per gli strumenti.

ApplicazioniSi può applicare a tutte le apparecchiature principali di bassa ten-sione e in genere a tutte le apparecchiature che in condizioni di eser-cizio ordinario possono dare luogo a scintille o sovratemperature,come interruttori, deviatori, magnetotermici ecc.Caratteristiche principaliLa caratteristica principale è la robustezza della costruzione chegarantisce l’affidabilità nel tempo.VantaggiIl principale vantaggio di questo modo di protezione è che all’internodi custodie e cassette, costruite in modo da contenere una eventua-le esplosione, i componenti installati sono comuni componenti elet-trici di facile reperibilità. SvantaggiCustodie e cassette prevedono una assidua manutenzione pergarantire che tutti i presidi di sicurezza siano mantenuti nelle condi-zioni di efficienza (giunti, viterie, integrità dei vetri ecc.). La manu-tenzione può essere effettuata soltanto da personale specializzatoNorme di riferimento- EN 60079-1(Internazionale)- EN 60079-1 (Europea)- CEI 31-58 (Italiana)

Gap - Interstizio

Length of couplingLunghezza del giunto

Fig. n. 3


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• EX E - INCREASED SAFETY

Basic principleThis protection method applies certain measures for preventing theformation of arcs, sparks or temperatures, which can ignite the explo-sive mixture. These measures guarantee a high safety coefficient.

ApplicationsThis principle is only applicable to non-sparking equipment such asenclosures or terminals. By combining it with other protection methods, this technique can beused for building highly complex equipment with the simplicity ofEx e construction, integrating it with individually protected parts andother protection methods.It can be applied to electric panels combined with protection methodEx d.

Main features The equipment is built to prevent sparks even in irregular operatingconditions.

AdvantagesThe main advantage of this protection method is its simplicity of useand construction.Ex e enclosures and boxes have practically the same appearanceand maintenance methods as common watertight equipment, soeven unqualified electricians prefer them as they are easy to install.

DisadvantagesThese boxes and enclosures require special components, such aslampholders, ballasts, igniters, condensers, terminals and cut-outs,which must be individually protected according to one of the stan-dardized methods.These components are quite difficult to find on the market and mustbe supplied by the manufacturer at a high cost.another disadvantage is the shape of the fixtures, which makes themlook very much like common industrial lighting fixtures, so mainte-nance men tend not to take necessary precautions, even in hazar-dous areas. Despite their appearance, they should be serviced byspecialized staff using special tools, even during routine mainte-nance.

Reference standards- IEC 60079-7 (International)- EN 60079-7 (European)- CEI 31-65 (Italian)

• EX E - A SICUREZZA AUMENTATA

Principio baseIn questo metodo di protezione vengono applicate determinate misu-re che devono impedire, con un elevato coefficiente di sicurezza, laformazione di archi o scintille, o la possibilità di temperature tali dainnescare la miscela esplosiva. ApplicazioniIn pratica il principio è applicabile soltanto ad apparecchiatura nonscintillante, come custodie, morsetti ecc. In effetti l’evoluzione diquesto modo di protezione ha fatto sì che, combinandolo con altrimodi di protezione, si potessero costruire apparecchiature anchemolto complesse, sfruttando la semplicità costruttiva dell’Ex e,integrandola con componenti protetti singolarmente con altri modi diprotezione. Si applica ai quadri elettrici in combinazione con la protezione Ex d.

Caratteristiche principaliLa caratteristica principale di queste apparecchiature sono i requisi-ti costruttivi che le rendono non scintillanti anche in determinate con-dizioni di funzionamento anomalo.VantaggiIl principale vantaggio di questo modo di protezione è la sua sem-plicità costruttiva e, soprattutto, applicativa.apparentemente cassette e custodie Ex e sono molto simili ai comu-ni apparecchi stagni, e la metodologia di manutenzione è affine aquesti, rendendoli più graditi agli elettricisti non specializzati che lipreferiscono per la semplicità di installazione.SvantaggiCassette e custodie necessitano di componenti specifici, quali por-talampade, reattori, accenditori, condensatori, morsetti, interruttori disicurezza, che devono essere singolarmente protetti, secondo unodei modi normalizzati.Tali componenti non sono facilmente reperibili sul mercato, ma devo-no essere forniti direttamente dalla casa costruttrice e presentanocosti piuttosto elevati.Un altro svantaggio è rappresentato proprio dalla forma delle arma-ture che, facendole apparire molto simili ai comuni corpi illuminantiindustriali, induce i manutentori a non prendere le necessarie pre-cauzioni, operando comunque in luogo pericoloso. Nonostante l’apparenza, richiedono personale specializzato ed uten-sili specifici anche per la manutenzione ordinaria.

Norme di riferimento- IEC 60079-7 (Internazionale)- EN 60079-7 (Europea)- CEI 31-65 (Italiana)

Fig. n. 4

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• EX N - SIMPLIFIED

Basic principleThis protection method uses other protection methods such as d, e,i and p in a simplified way. It prevents electrical equipment from cau-sing the ignition of an explosive atmosphere even during normal ope-ration.

ApplicationsThis protection method allows you to design boxes and enclosuresfor Zone 2, i.e. in the less hazardous part of a plant, where the explo-sive atmosphere is present for short times during the year.

Main featuresIn Zone 2, this is an alternative to the protection methods used inZone 1. It has not met with much success because it is less safe than Ex dand Ex e systems, despite costing just as much.

AdvantagesLike Ex e protection, its main advantage is again simplicity of use andconstruction.

DisadvantagesThis method also requires equipment with components specificallyproduced for a certain type of application.These components must be supplied by the manufacturer. althoughthey do not cost as much as Ex e fixtures, they are not as cheap ascommon components which can be installed in Ex d equipment.These fixtures may only be installed in Zone 2 where danger is verylimited. However, due to their shape, maintenance men tend not takethe necessary precautions even in hazardous areas. Even Ex n fixtu-res require specialized workers and special tools for maintenance.

Reference standards- IEC 60079-15 (International)- EN 60079-15 (European)- CEI 31-64 (Italian)

• EX N - SEMPLIFICATO

Principio baseQuesto metodo di protezione si fonda sull’applicazione in forma sem-plificata dei principi base di altri modi di protezione quali d, e, i, p. Lasua applicazione alle costruzioni elettriche le rende incapaci duran-te il funzionamento ordinario di provocare l’innesco dell’atmosferaesplosiva.

ApplicazioniCon questo modo di protezione si possono costruire cassette ecustodie, utilizzabili in Zona 2, nella parte di impianto, cioè, menopericolosa, in quanto l’atmosfera esplosiva può essere presente pertempi brevissimi nel corso dell’anno.

Caratteristiche principaliIn Zona 2 è una alternativa ai modi di protezione utilizzati in Zona 1.Non ha finora ottenuto un grosso successo perché pur essendo menosicuro dei sistemi Ex d, Ex e che dovrebbe sostituire, il suo costo nonè generalmente inferiore a questi.

VantaggiCome per il modo di protezione Ex e, anche in questo caso, il prin-cipale vantaggio è costituito dalla semplicità costruttiva e, soprattut-to, applicativa.

Svantaggianche in questo caso, gli apparecchi necessitano di componentispecificatamente prodotti per lo specifico tipo di applicazione.Tali componenti devono obbligatoriamente essere forniti dalla casacostruttrice e pur non presentando i costi dei componenti di unaarmatura Ex e, non sono altrettanto economici dei comuni compo-nenti che possono essere installati in una apparecchiatura Ex d.Pur essendo posizionabili soltanto in Zona 2, dove il pericolo è moltolimitato, la forma delle armature, potrebbe indurre i manutentori a nonprendere le necessarie precauzioni, operando comunque in luogopericoloso. anche le armature Ex n richiedono personale specializ-zato ed utensili specifici per la manutenzione.

Norme di riferimento- IEC 60079-15 (Internazionale)- EN 60079-15 (Europea)- CEI 31-64 (Italiana)

Fig. n. 5


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• CHOOSING AN EXPLOSION-PROOF PIECE OF EQUIPMENT

The choice of one pice of equipment as opposed to another dependson the design of the plant.The plant engineer therefore has to consider the type of environment,the type of gas or dust present and its characteristics.all enclosures are supplied with holes for installing cable glands orfittings. These holes can only be made by the manufacturer and fol-low specific standards regarding the threading and the maximumsurface area of the drilled wall.The holes are made following the instructions supplied with eachenclosure.Holes must not be altered later on, as this could impair the safety ofthe enclosure.all enclosures are supplied with a certificate and all the necessarypreces equipment. End-users risk prosecution if they modify the cir-cuits or add components later on, as it is extremely hazardous for thesafety of the plant.If the enclosures or internal circuits are tampered with, the manufac-turer is no longer held responsible for the safety of the product andthe validity of the certificate automatically lapses.

Choosing in relation to hazardous areasThe choice of one equipment depends on the type of hazar-dous area. Taking into account the considerations made in theprevious paragraphs, we analyze now which characteristicsan explosion-proof equipment must have to guarantee thenecessary protection in relation to the hazardous area inwhich it will be installed.

For this aim, please note that the choice of an electrical equip-ment, the electrical system design and the selection of elec-trical conduits are regulated by the following rules:

- IEC 60079-14 for gases (international)- IEC 61241-14 for dusts (international)- EN 60079-14 for gases (European)- EN 61241-14 for dusts (European)- CEI 31-33 for gases (Italian)- CEI 31-67 for dusts (Italian)

The following table shows which gas types of protection aresuitable for installation in Zone 0, Zone 1 or Zone 2.

• SCELTA DI UN’APPARECCHIATURA ANTIDEFLAGRANTE

La scelta di un’apparecchiatura piuttosto che un’altra, avviene sullabase delle scelte progettuali. È necessario che il progettista tenga inconsiderazione la tipologia ambientale, il tipo di gas o di polvere pre-sente nell’ambiente e le sue caratteristiche. Tutte le custodie vengo-no fornite con le forature per il montaggio dei pressacavi o dei giun-ti. Tali forature possono essere realizzate soltanto dal costruttore eseguono precisi dettami normativi, sia sul tipo di filettatura, sia sullasuperficie massima di parete forata e sono eseguite seguendo leprescrizioni del certificato della singola custodia. Le forature nonpossono essere successivamente modificate dall’utente, in quantotale fatto potrebbe compromettere la sicurezza della custodia. Tuttele custodie sono fornite di certificato e complete dell’apparecchiatu-ra richiesta. anche in questo caso l’utilizzatore finale non può modi-ficare i circuiti e aggiungere componenti in tempi successivi, poichéquesto è assolutamente vietato dalle normative, può essere perse-guito penalmente per legge, e risulta essere molto pericoloso per lasicurezza dell’impianto. In caso di manomissione delle custodie o deicircuiti interni, decadrà immediatamente la validità del certificato e ilcostruttore non sarà più responsabile della sicurezza del prodotto.

Scelta in relazione alle zone pericoloseLa scelta di un’apparecchiatura si esegue una volta noto iltipo di atmosfera pericolosa. Tenendo conto delle considera-zioni fatte nei paragrafi precedenti sul modo di protezione inrelazione al tipo di apparecchiatura, analizziamo ora qualidevono essere le caratteristiche di un apparecchiatura anti-deflagrante necessarie a garantire la necessaria protezione inbase alla pericolosità della zona in cui è destinato ad essereinstallato.a tale scopo si ricorda che la scelta delle apparecchiatureelettriche, la progettazione dell’impianto elettrico e la sceltadelle condutture elettriche è soggetta e regolata dalle seguen-ti norme:- IEC 60079-14 per i gas (internazionale)- IEC 61241-14 per le polveri (internazionale)- EN 60079-14 per i gas (Europea)- EN 61241-14 per le polveri (Europea)- CEI 31-33 per i gas (Italiana)- CEI 31-67 per le polveri (Italiana)

La tabella seguente indica quali modi di protezione per gassono idonei all’installazione in Zona 0, Zona 1 oppure Zona 2.

ZonaZone

Modo di protezione per gasgas protection mode

EX ia EX ib EX ma Ex mb Ex e Ex d Ex p Ex q EX o Ex n

0

1

2

Legenda colori - Verde = Permesso; Rosso = Vietato; azzurro = idoneo in quando già consentito per una zona più pericolosa.Colors Key - Green = Allowed; Red = Forbidden ; Blue = suitable because allowed for a more dangerous Zone.

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The selected electrical equipment for use in hazardous areadue to the presence of combustible dusts (Zone 20, Zone 21,Zone 22), must be protected using one type of protection pro-vided (tD, mD, pD, iD).For example, for a type of protection with tD enclosures, thereis no restriction on the type of area where it can be installed.It’s the type of protection manufactured that makes the equip-ment suitable for Zone 20 rather than zone 21 or Zone 22.

For this reason, manufacturer of Ex tD equipment, indicates inthe marking for which area it is suitable. For example: Ex td a21 T70 ° C IP66.

Choice in relation to the ignition temperature of a poten-

tially explosive atmosphere.

gaSThe electrical equipment must be chosen so that its maximumsurface temperature (indicated on the marking by manufactu-rer) is less than the ignition temperature of gas.

In Chapter 2, we saw that the gases are grouped into tempe-rature classes according to their ignition temperature. For this reason, the manufacturer assigns a class temperatu-re from T1 to T6, depending on the maximum surface tempe-rature reached during operation, and indicates it on the equip-ment marking.

The installer and designer choose the electrical equipment sothat its T class is less than gas one.

DUSTWe have seen that two different ignition temperatures are defi-ned, depending on if dusts is mixed with air in a cloud or ifthere is a layer of dust (Chapter 2).

The electrical equipment shall be selected comparing the twoignition temperatures as follows, choosing the lowest:

Temperature limit in presence of dust clouds.

Tmax = 2/3 TCLTCL is the cloud ignition temperature

Temperature limit in presence of dust layer up to and morethan 5 mm thickness (protection mode tD method A, mD, pDand iD).

- Up to 5 mm thickness: Tmax = T5 mm – 75 °CT5 mm is the ignition temperature of a dust layer of 5 mmthickness.- For layer more than 5 mm thickness must be followed theEN 61241-14 standard.

Temperature limit in presence of dust layer up to 12,5 mmthickness (protection mode tD method B)

Tmax = T12,5 mm – 25°C

T12,5 mm is the ignition temperature of a dust layer of 12,5mm thickness.The highest surface temperature, indicated on the marking,must be smaller than the lower of Tmax calculated.

La costruzione elettrica scelta per l’uso in zona pericolosa perla presenza di polveri combustibili (zona 20, zona 21, zona22) deve essere protetta da uno dei modi di protezione previ-sti (tD, mD, pD, iD). ad esempio per il metodo di protezione con custodie tD nonvi è una limitazione al tipo di zona in cui può essere installato,ma è il modo con cui è realizzato il modo di protezione stessodal costruttore, che rende l’apparecchio installabile in zona20, piuttosto che in zona 21 o in zona 22. Per questo motivo ilcostruttore dell’apparecchio con modo di protezione Ex tD,indica sul contrassegno dell’apparecchio per quale zona èidoneo. ad esempio: Ex tD a21 T70°C IP66.

Scelta in relazione alla temperatura di accensione dell’at-

mosfera esplosiva.

gaSLa costruzione elettrica deve essere scelta in modo tale chela massima temperatura superficiale della stessa (dichiaratadal costruttore nel contrassegno) sia inferiore alla temperatu-ra di innesco del gas.Nel capitolo 2, abbiamo visto che i gas vengono raggruppatiin classi di temperatura in funzione della loro temperatura diaccensione. Per questo motivo il costruttore dell’apparecchia-tura assegna all’apparecchiatura stessa una classe di tempe-ratura da T1 a T6 in funzione della massima temperaturasuperficiale raggiunta nel funzionamento e la riporta sul con-trassegno. Il progettista e l’installatore dell’impianto scelgonola costruzione elettrica a partire dalla classe di temperaturadel gas, in modo che la classe T dell’apparecchio sia inferio-re a quella del gas.

POLVEREabbiamo visto che vengono definite due temperature di inne-sco differenti a seconda che la polvere sia miscelata con ariain nube, oppure in strato (capitolo 2).La costruzione elettrica deve essere scelta confrontando ledue temperature di innesco nel modo di seguito indicato, sce-gliendo quella minore:

Limite di temperatura in presenza di nubi di polvere.

Tmax = 2/3 TCLOve TCL è la temperatura di innesco della nube

Limite di temperatura in presenza di strati di polvere di spes-sore fino a 5 mm e oltre 5 mm (modi di protezione tD metodoA, mD, pD ed iD).

- Fino a 5 mm di spessore: Tmax = T5 mm – 75 °Cove T5 mm è la temperatura di innesco di uno strato di polve-re di 5 mm.- Oltre 5 mm di spessore si seguono le regole della normaEN 61241-14.

Limite di temperatura in presenza di strati di polvere di spes-sore fino a 12,5 mm (modo di protezione tD metodo B)

Tmax = T12,5 mm – 25°C

Ove T12,5 mm è la temperatura di innesco di uno strato di pol-vere di 12,5 mm.La massima temperatura superficiale dell’apparecchiaturaindicata sul contrassegno, deve essere minore della minoretra le Tmax calcolate.

Suitable forZone 21

Idoneo perZona 21


314


Choice in relation to the classification of the potentially

explosive atmosphere.

gaSgases groups are defined according to the minimum ignitionenergy and the joints maximum experimental safe interstice.Obviously, these characteristics influence the equipment con-struction manufactured with particular protection modes.

The gas group influences the type of protection Ex d, Ex i,Ex n (Ex nC, Ex nL).

Manufacturer indicates on the equipment marking if it is suita-ble for IIa, IIB or IIC gas group.For example: Ex d IIC T5

DUSTThe type of dust, conductive or non-conductive, affects theequipment choice.For example, enclosures with Ex tD type of protection, methoda, have a different IP degree of protection depending on ifthey are manufactured for conductive or non-conductive dust.

6. INSTALLATION METHODS

Three basic systems are used for installing electrical systems inareas at risk of explosion:

A) conduit installation;B) cable installation with direct entry;C) cable installation with indirect entry.

Reference standards consider all three systems on the same level,but their installation requirements are still not the same in allEuropean countries.Below is a description of the above installations and their main fea-tures:

A) Conduit installationThis type of system is mainly used in the US and in countries underamerican influence. The electric cables run in a system of rigid con-duits and enter explosion-proof boxes through sea-led fittings. This allows explosions to expand andspread inside the housings. The outlet on every Exd box features a sealed fitting which preventsexplosions from spreading to other sections.The wires pass inside a threaded conduit andthrough a sealed fitting; these sealed fittings mustbe filled with the right mixture of bi-componentresin.This method effectively protects cables againstmechanical and chemical damage. One disadvan-tage is that it is difficult to modify the wiring later on.

Scelta in relazione alla classificazione dell’atmosfe-

ra esplosiva.

gaSI gruppi dei gas vengono definiti in funzione della minima ener-gia di innesco e del massimo interstizio sperimentale di sicu-rezza dei giunti. È ovvio che tali caratteristiche influiscano sullacostruzione dell’apparecchiatura realizzata con determinatimodi di protezione.Il gruppo del gas influisce sui modi di protezione Ex d, Ex i,Ex n (Ex nC, Ex nL).

Il costruttore dichiara sul contrassegno dell’apparecchio sequesti è costruito per un gas del gruppo IIa, IIB oppure IIC. adesempio: Ex d IIC T5

POLVEREIl tipo di polvere incide sulla scelta delle apparecchiature aseconda che sia conduttrice piuttosto che non conduttrice.Nel modo di protezione Ex tD metodo a, ad esempio, le custo-die hanno diverso grado di protezione IP a seconda che siacostruito per polvere conduttrice oppure non conduttrice.

6. METODI DI INSTALLAZIONE

al fine di eseguire la corretta installazione degli impianti elettrici inluoghi con pericolo di esplosione esistono tre sistemi fondamentaliad oggi adottati:A) impianto in tubo;B) impianto in cavo con entrata diretta;C) impianto in cavo con entrata indiretta.

Le norme di riferimento pongono sullo stesso piano i tre sistemi, tut-tavia i requisiti per l’installazione non sono ancora eguali in tutti gliStati Europei.Qui di seguito vengono riportate le principali caratteristiche dei siste-mi elencati:

A) Impianto in tuboTale tipologia di impianto viene utilizzato soprattutto negli Stati Uniti enei paesi di influenza americana. In questo tipo di impianto i cavi elet-

trici corrono all’interno di un sistema di tubo rigido atenuta e l’entrata nelle cassette a prova di esplosio-ne avviene attraverso un giunto di bloccaggio sigil-lato che permette ad una eventuale esplosioneaccidentale di espandersi e propagarsi all’internodel sistema di tubi. all’uscita di ogni cassetta Ex d,dunque, si trova un giunto di bloccaggio sigillatoche impedisce all’esplosione di propagarsi in altrisettori.L’impianto in tubo prevede i conduttori posti all’inter-no di un tubo “Conduit” filettato ed un raccordo congiunto di bloccaggio; tali raccordi di bloccaggiodevono essere riempiti di apposita miscela.Questo metodo assicura una protezione efficace deicavi sia contro gli attacchi meccanici che controquelli chimici; tra i suoi difetti, tuttavia, vanno evi-denziate possibili complicazioni in eventuali suc-cessive modifiche di cablaggio dell’impianto.

Fig. n. 6

Conduit installation american systemImpianto in tubo sistema americano

Suitable forHydrogen and

acetylene

Idoneo perIdrogeno eacetilene

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B) Cable installation with direct entryThis type of system is mainly used in the UK and in countries underBritish influence. The cable directly enters the explosion-proof boxthrough a cable gland with a sealin ring that prevents explosions insi-de the box from spreading elsewhere. Every cablegland must have standard safety specificationsand the same internal diameter as the cable beingused. The seal must also be explosion proof.

armoured cables with braid, wire and tape areused in this installation along with cable glands forarmoured cables. The advantage of this method isthat armoured cables guarantee both mechanicalprotection and electrical continuity.One disadvantage is that the cable clamp installa-tion requires special maintenance to guaranteeearth continuity.

C) Cable installation with indirect entryThis method is used a lot in germany and in many areas influencedby VDE technology. Cables enter and exit a junction box through ter-minals. This box is connected by sealed through-cables to the explo-sion-proof box which houses electrical equipment that can causesparks. The box containing the terminals has IP54 protection and the termi-nals and terminal connectors are both Ex e EN 60079-7 “increasedsafety”.

This system uses non-armoured cables and the-refore fittings with specifically designed cableglands.

This type of installation is therefore used whenthere is a low risk of mechanical damage andwhen earth continuity is not essential.This system is quick to install, flexible and econo-mical. However, it does not effectively protectagainst the risk of mechanical damage, so it isbetter to use an armoured cable or anti-staticcable trunking trays wherever this risk is present.

7. CONCLUSIONS

No protection method is perfect or universal - every applica-tion must be analysed first in order to choose the best method.

The most important thing to remember is that all thesemethods are effective if you apply them following their con-struction criteria and maintain their original safety levelsthrough systematic maintenance. No system is infallible, but ifyou keep the equipment in the same condition in which theywere installed, you are on the right track to guarantee plantsafety.

B) Impianto in cavo con entrata direttaQuesto tipo di sistema trova applicazione soprattutto nel Regno Unitoe nelle zone di influenza britannica. La tecnologia britannica prevedel’entrata diretta nella cassetta a prova di esplosione, la quale avviene

attraverso un pressacavo con guarnizione che nonpermette ad una eventuale esplosione all’internodella cassetta di propagarsi all’esterno. Ovviamenteciascun pressacavo utilizzato deve possedere lecaratteristiche di sicurezza previste dalla normativae avere il diametro interno corrispondente a quellodel cavo con cui viene utilizzato; allo stesso modo,anche la lunghezza della guarnizione deve assicu-rare la tenuta all’esplosione.

Il modo di installazione prevede l’utilizzo di un cavoarmato per treccia, filo e nastro, dunque un raccor-do con pressacavo per cavo armato. I vantaggiderivanti dall’utilizzo di questo metodo sono legati alfatto che il cavo armato assicura oltre che una pro-tezione meccanica, una continuità elettrica attraver-so l’armatura del cavo. I limiti di tale metodo sonodettati dal fatto che l’installazione dei pressacavinecessita di una manutenzione particolare al fine diassicurare la continuità di massa.

C) Impianto in cavo con entrata indirettaTale metodologia impiantistica viene molto utilizzata in germania edin molte aree influenzate dalla tecnologia VDE. Questo sistema pre-vede una cassetta di derivazione con morsetti alla quale arrivano icavi e dalla quale questi si dipartono. Tale cassetta è connessa tra-mite passanti sigillati alla cassetta a prova di esplosione nella qualesono contenute le apparecchiature elettriche che potrebbero provo-

care la scintilla. La cassetta contenete i morsetti haun grado di protezione IP 54 ed i morsetti unita-mente ai connettori terminali sono del tipo “a sicu-rezza aumentata” Ex e EN 60079-7.

Questo tipo di impianto prevede l’utilizzo di cavi nonarmati e dunque di raccordi con pressacavi apposi-ti; alla luce di ciò, questo metodo di installazioneviene utilizzato quando il rischio di danni meccaniciè minore e la continuità di terra non obbligatoria.I vantaggi di questo metodo consiste della sua fles-sibilità e rapidità, unitamente alla sua economicità.Il suo principale difetto si manifesta nel caso dirischio meccanico, per questa ragione è maggior-mente conveniente utilizzare un cavo armato o pas-serelle antistatiche per cavi laddove questo tipo dirischio sia presente.

7. CONCLUSIONI

Non esiste un metodo di protezione perfetto ed universale; cia-scuna applicazione impiantistica necessita di analisi e utilizzodel metodo ottimale.L’elemento di fondamentale importanza che non va dimentica-to è che qualunque metodo è valido se viene applicatoseguendo i criteri propri di costruzione e, soprattutto, se vienemantenuto nello stato originale di sicurezza da una accuratamanutenzione. Nessun sistema è infallibile, ma se le apparecchiature vengo-no mantenute nelle condizioni in cui si trovavano nel momentoin cui sono state installate, potremmo affermare che siamo giàsulla buona strada per garantire la sicurezza degli impianti.

Fig. n. 7

Cable installation british systemImpianto in cavo sistema britannico

Fig. n. 8

Cable installation german systemImpianto in cavo sistema tedesco


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8. ATEX 94/9/EC DIRECTIVE

anyone responsible for electrical installations in hazardousareas- as a plant engineer, an installer or a maintenance wor-ker - should be very familiar with the aTEX 94/9/EC directive.Otherwise known as the “new approach directive”, it cameinto effect on 1 July 2003.This Directive applies to protective systems and equipmentdesigned for potentially explosive atmospheres, where mate-rials are used in mining and in surface industries.This directive has had a major impact on the design, installa-tion and maintenance of plants and systems, as only equip-ment conforming to this new directive and certified accordingto new standards is allowed to be used. Previously installedequipment can still be used, but must be replaced by equip-ment conforming to this new European directive whenever theplant has a fault or needs modifying.Before going into the details of this new directive and its prac-tical implications, it is interesting to see how standards regu-lating applications in areas with risk of explosion have evolvedover time.

Laws and technical standards First it is important to understand the difference between legaland technical standards. In all technical fields, particularlywhere safety is fundamental, it is important to comply with allthe relevant standards and be familiar with all of them in orderto be able to deal with problems in protective electricalsystems.Legal standards dictate safety regulations in each state.In Italy, the main sources of legal regulations are laws enactedby Parliament, law decrees issued by the government andPresidential Decrees.While legislative measures dictate guidelines, incorporatingregulations and technical standards specify the requirements.Technical standards embrace all the specifications for desi-gning, producing and verifying all equipment and plants, inorder to guarantee maximum efficiency and safety duringoperation.Technical standards are issued by national and supranationalauthorities and are prepared and published in detail. They canhave presumption of conformity with law if they are implemen-ted by a legislative provision.

Historyas well as understanding the difference between legal andtechnical standards, it is interesting to go back in time and seewhich laws and orders have led to this situation and createdthe foundations for future regulations.The history of standards is similar in all fields. Unlike today,technical standards were originally made to protect domesticmarkets and prevent foreign manufacturers from competingsuccessfully against local manufacturers.Since the opening of borders and free trading, standards havebecome a benchmark for harmonizing products and makingthem usable in all countries.In electrotechnical and electronic fields, the standardizationbody in Italy is CEI. It began issuing the first standards forexplosion-proof electrical equipment almost fifty years ago.

8. DIRETTIVA ATEX 94/9/CE

Per chi si occupa, in veste di progettista, installatore o manu-tentore, di impianti elettrici in luoghi con pericolo di esplosio-ne, è di particolare importanza approfondire la conoscenzadella direttiva aTEX 94/9/CE, detta anche “direttiva nuovoapproccio” che è entrata in vigore il primo luglio del 2003.Tale Direttiva si applica agli apparecchi e ai sistemi di prote-zione destinati ad essere utilizzati in atmosfera potenzialmen-te esplosiva, includendo sia i materiali per uso in superficie siaper quelli in miniera.L’applicazione di questa direttiva ha avuto un impatto moltopesante sia nella progettazione, sia nella installazione, esoprattutto nella manutenzione degli impianti, in quanto, pos-sono essere utilizzate soltanto apparecchiature conformi allanuova direttiva e certificate secondo i nuovi schemi. Le appa-recchiature precedenti già installate potranno continuare adessere utilizzate, ma in caso di guasti o modifiche d’impianto,dovranno essere sostituite da apparecchiature conformi allanuova direttiva europea.Prima di trattare, però, diffusamente della nuova direttiva edelle sue implicazioni pratiche, è interessante capire come sisia evoluta nel tempo la normativa che regola le applicazioninei luoghi con pericolo di esplosione.

Leggi e norme tecnichePrima di tutto è importante comprendere quale sia la differen-za tra norme giuridiche e norme tecniche, poiché in ogni ambi-to tecnico ed in particolare nei settori in cui la sicurezza è unacomponente fondamentale, è necessario il rispetto di tutte lenorme di pertinenza di quel settore, e la loro conoscenzadiviene presupposto fondamentale per approcciare corretta-mente le problematiche degli impianti elettrici di sicurezza.Le Norme giuridiche sono quelle dalle quali nascono le rego-le di comportamento dei soggetti che si trovano nell'ambito disovranità di uno Stato. In Italia, le principali fonti dell'ordina-mento giuridico sono le leggi emanate dal Parlamento, iDecreti legge emanati dal governo e i Decreti del Presidentedella Repubblica.I provvedimenti legislativi dettano le linee generali, deman-dando poi ai regolamenti di attuazione e alle norme tecnichel'indicazione delle prescrizioni specifiche.Le Norme tecniche, invece, sono l'insieme delle prescrizioniper progettare, costruire e controllare tutte le apparecchiaturee gli impianti affinché sia garantita l'efficienza e la sicurezza difunzionamento.Le norme tecniche sono emanate da organismi sia nazionali,sia sovranazionali e sono scritte in modo particolareggiato, epossono assumere presunzione di conformità alla normaquando la stessa è loro attribuita da un provvedimento legis-lativo.

La storiaCompreso che cosa siano le norme, sia giuridiche che tecni-che, può essere interessante, allora, ripercorrere la lunga stra-da che, attraverso le leggi e gli ordinamenti ha portato allasituazione attuale e ha fondato le basi per le regole future.La storia delle norme è un po' simile in tutti i settori. Le norma-tive tecniche, al contrario di quello che avviene oggi, sononate con lo scopo di proteggere i vari mercati interni ai singo-li stati, in modo tale da non permettere a costruttori stranieri diessere in grado di far concorrenza a produttori locali.Con la progressiva apertura delle frontiere e la libera circola-zione delle merci, le normative sono invece divenute punto diriferimento per armonizzare i vari prodotti e renderli utilizzabiliin ogni nazione.

Table 1 / Tabella 1 - Standardization bodies - Enti normatori

Before then, both plants and electrical equipment were desi-gned and produced in a rough and ready fashion, based onthe specifications of foreign companies or information takenfrom standards of other countries.

To give an overview of Italy’s beginnings in this field, below isa list of the country’s earliest laws, standards and directives:

- Presidential Decree 547 “Standards for accident-preventionat work” of 27/04/1955.- Standard CEI 2-2 “Explosion-proof rotary electrical machi-nery” file n. 88, (1955);- Standard CEI 23-4 “Explosion-proof enclosures for electricalequipment” file n. 92, (1956);- Standard CEI 31-1 “Explosion-proof safety enclosures”file n. 259, (1969);- Standard CEI 64-2 “Electrical systems in areas with risk ofexplosion or fire” file n. 319, (1973).

In May 1969, the European Community Commission launcheda program to eliminate technological barriers and encouragefree trading within the European Community.This led to the need to harmonize the standards of variousmember states and create a common standard that could beaccepted by all EEC states.CENELEC (European Committee for Electric Standardization)prepared the EN European Standards from 50014 to 50020 forexplosion-proof electrical equipment. These were acceptedby all EEC member states.These standards are basically the same but have been repla-ced by the new standards listed in the table in paragraph 4.In addition to the other EEC member states, austria, Finland,Norway, greece, Portugal, Sweden and Switzerland all accep-ted the new harmonized standards and still send their techni-cians to help update and review these standards prepared byCENELEC.Today, some of the above countries have joined the EuropeanCommunity, while other countries from the ex-Eastern blockhave adapted their technology to European standards sincethe fall of the Berlin wall and are making the EN standardstheir own.

Standardization bodiesNow we are going to see what the standardization bodies areand what they do.Currently, standards and regulations are basically issued onthree different levels: international, regional and national.There are three organizations for the electricity industry.

a) IEC International Electrotechnical Commission b) CENELEC European Committee for Electrotechnical Stdc) CEI Italian Electrotechnical Committee

Nel settore Elettrotecnico ed Elettronico in Italia, l'ente norma-tivo è il CEI, che ha iniziato ad emettere le prime norme per lecostruzioni elettriche antideflagranti quasi cinquanta anni fa.Prima di allora sia gli impianti che le apparecchiature elettrichevenivano progettati e costruiti in modo empirico, basandosi suspecifiche di aziende straniere o su dati ricavati da normativedi altri Paesi. Per avere un quadro di quelli che sono stati i primi passi nellanostra nazione in questo settore possiamo elencare quelle chesono state le prime leggi, norme e direttive:- D.P.R. 547 “Norme per la prevenzione degli infortuni sullavoro” del 27/04/1955.- Norma CEI 2-2 “Macchine elettriche rotanti antideflagranti”fascicolo n. 88, (1955);- Norma CEI 23-4 “Custodie antideflagranti di apparecchielettrici” fascicolo n. 92, (1956);- Norma CEI 31-1 “Custodie di sicurezza a prova di esplosio-ne” fascicolo n. 259, (1969);- Norma CEI 64-2 “Impianti elettrici nei luoghi con pericolo

di esplosione o di incendio” fascicolo n. 319, (1973).

Nel maggio del 1969 il Consiglio della Comunità Europea varòun programma per l'eliminazione delle barriere tecnologiche inmodo da favorire la libera circolazione delle merci in ambitocomunitario.a quel punto si sentì la necessità di armonizzare le normativedei vari stati membri in una normativa comune che fosseaccettata da tutti i paesi della CEE. Per quanto riguarda leapparecchiature elettriche antideflagranti il CENELEC(Comitato Europeo per la Standardizzazione Elettrica) preparògli standard europei EN, dal 50014 al 50020, che sono statiaccettati da tutti i paesi membri della CEE.Oggi tali standard, pur se simili nella sostanza, sono stati sosti-tuiti dagli standard che abbiamo visto nella tabella del para-grafo 4.In aggiunta agli stati membri della CEE, anche l'austria, laFinlandia, la Norvegia, la grecia, il Portogallo, la Svezia, e laSvizzera hanno accettato le nuove normative armonizzate eoggi partecipano con propri tecnici al continuo lavoro diaggiornamento e revisione, costantemente portato avanti dalCENELEC. Oggi alcuni dei paesi sopracitati sono entrati nellaComunità Europea e altri paesi, dell'ex blocco orientale, dopola caduta del muro di Berlino, si stanno avvicinando tecnologi-camente all'Europa e stanno facendo proprie le normative EN.

Enti normatoriMa parlando di enti normatori, vediamo di fare un po’ di luce ecomprendere chi siano e che cosa facciano.Fondamentalmente, in questo momento, l'attività di normazio-ne è esplicata su tre livelli, in relazione all'area geografica:internazionale; regionale e nazionale.Per il settore elettrico, ambito di nostro interesse, abbiamo trediversi Enti.

a) IEC International Electrotechnical Commission b) CENELEC European Commitee for Electrotechnical Stdc) CEI Comitato Elettrotecnico Italiano

FIELD - SETTORE

Electrotechnical and electronic Telecommunications Other fields

Elettrotecnico ed elettronico Telecomunicazioni Altri settori

International - Internazionale IEC ITU ISO

Europe - Europa CENELEC ETSI CEN

Italy - Italia CEI CONCIT UNI

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a) IEC - International Electrotechnical Commission This authority was founded in London in 1907 and is nowbased in geneve.It groups all the national electrotechnical committees of themost industrialized countries and represents over 80% of theworld’s population and 95% of produced and consumed elec-trical energy.It issues technical standards and recommendations whichmember states can follow without any obligation.It is hoped (and most likely) that these standards will form thebasis of all national standards and regulations.as the first step towards the globalization of standards, a newinternational standard called IECEX has been implemented in2007.

b) CENELEC - European Committee for ElectrotechnicalStandardizationThis authority was founded by the European EconomicCommunity with the aim to eliminate technical barriers againstEuropean trading.Unlike the standards issued by the IEC, CENELEC standardsare technical regulations which are binding for member sta-tes.CENELEC produces two types of documents:HD (Harmonized document) and EN (European Norm).The HD harmonized documents containing technical informa-tion tend to unify the standards of different countries.The EN European Standards are official and must be fullytranslated and adopted as a national standard by all EC mem-ber states within an established period.In 2007 started the process of voting and issuing the new edi-tion of EN and IEC standards. This vote in parallel will allow, in the next future, the alignmentof international and European standards, supporting the freemovement of products throughout the world.When IEC issues a new rule, the vote in parallel allows a quickEN harmonization with equal standard number and content.

In this phase, CENELEC examines if the standard is in accor-dance to EU directives essential safety requirements and,subsequently, it is published in the Official Journal of theEuropean Union (OJ). This publication on OJ confers to ENstandard the presumption of conformity with EU Directive.

c) CEI - Italian Electrotechnical CommitteeThis was founded in 1909 by the Italian Electrotechnicalassociation and was acknowledged in 1967 as a private asso-ciation with legal powers under Italian Presidential Decree n.822 of 11/07/67.The aim of CEI is to “establish the requirements that materials,machinery, equipment and electrical systems must have inorder to comply with the standards of quality electrical tech-nology, and the criteria for verifying these requirements ".The CEI is divided into Technical Committees and Sub-com-mittees and issues technical standards and dimensional spe-cifications for the entire electrical industry, based on a con-vention endorsed by the CNR.It represents Italy in European and international organizations(CENELEC and IEC) for the preparation and harmonization ofstandards. Together with UNEL (Electrotechnical andElectrical Standardization), it prepares and publishes CEI-UNEL tables.It collaborates with UNI (Italian Unification authority) in thepreparation and publication of tables and standards of com-mon interest.

a) IEC - International Electrotechnical Commission Questo ente è stato fondato a Londra nel 1907 e oggi ha lapropria sede a ginevra.Raggruppa i comitati elettrotecnici nazionali delle principalinazioni industrializzate e rappresenta oltre l'80% della popola-zione mondiale e il 95% dell'energia elettrica prodotta e con-sumata. Emette Norme tecniche e Raccomandazioni alle qualii paesi aderenti possono attenersi, ma senza alcun vincolo ealcun obbligo. Si auspica, e con il tempo ciò avverrà sicura-mente, che in futuro tali norme costituiranno la base di tutte lenorme e regolamenti a livello nazionale. a tal proposito, già dal2007 esisterà una normativa internazionale denominata IECEXche sarà il primo passo per una globalizzazione della standar-dizzazione.

b) CENELEC - European Commitee for ElectrotechnicalStandardizationQuesto ente è stato costituito dalla Comunità EconomicaEuropea con lo scopo di eliminare le barriere tecniche agliscambi commerciali in ambito europeo. al contrario dellenorme emanate dal IEC, quelle emanate dal CENELEC sonoregole tecniche che hanno carattere vincolante per i paesi chevi aderiscono.Il CENELEC produce due tipi di documenti, gli HD(Harmonized document) e le EN (European Norm). gli HDsono documenti di armonizzazione i cui contenuti tecnici ten-dono ad uniformare le varie norme già presenti nei vari paesi.Le EN, Norme Europee sono Norme ufficiali il cui testo deveessere tradotto integralmente e adottato quale norma nazio-nale da tutti i Paesi della Comunità entro un periodo prestabi-lito. a partire dal 2007 è iniziato il processo di votazione edemanazione delle nuove edizioni delle norme EN del pericolodi esplosione, parallelamente alle norme IEC. Il voto parallelopermetterà in futuro il riallineamento tra le norme internaziona-li ed europee, favorendo la libera circolazione dei prodotti intutto il mondo. Quando una norma è emessa dall’IEC, il voto inparallelo permette una veloce armonizzazione EN con parinumerazione della norma e stessi contenuti. In questa fase ilCENELEC esamina la norma ai fini della rispondenza ai requi-siti essenziali di sicurezza delle direttive comunitarie e, suc-cessivamente, viene pubblicata sulla gazzetta Ufficialedell’Unione Europea (gUUE). La pubblicazione sulla gUUEconferisce di fatto alla norma EN la presunzione di conformitàalla direttiva comunitaria di riferimento.

c) CEI - Comitato Elettrotecnico ItalianoÉ stato fondato nel 1909 dall'associazione ElettrotecnicaItaliana ed è stato riconosciuto nel 1967 come associazioneprivata dotata di personalità giuridica, mediante il D.P.R. n.822 del 11/07/67.Scopo del CEI è quello di "stabilire i requisiti che devono averei materiali, le macchine, le apparecchiature e gli impianti elet-trici perché essi rispondano alle norme della buona elettrotec-nica, e i criteri con i quali detti requisiti debbano essere con-trollati".Il CEI è suddiviso in Comitati e Sottocomitati Tecnici ed emet-te norme tecniche e tabelle dimensionali per tutto il settoreelettrico, in base ad una convenzione sancita con il CNR.Rappresenta l'Italia nelle sedi europee (CENELEC) ed interna-zionali (IEC) per la stesura e armonizzazione delle norme.É affiancato nel lavoro dall'UNEL (Unificazione Elettrotecnicaed Elettronica) con il quale provvede alla stesura delle tabelleCEI-UNEL.Collabora con l'UNI (Ente Italiano di Unificazione) per la ste-sura di tabelle e norme di reciproco interesse.

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Laws and directives for protective systems and equipment

as you can see from above, a technical standard is a way ofgua ranteeing the safety of materials and the methods fordesign, instal lation and maintenance. However, these stan-dards have no legal value unless they are incorporated in acountry’s law or directive (see table 2).Under articles 32 and 41, the Italian Constitution acknowled-ges indi vidual health as a basic right and undertakes to pro-tect this right. The first and now the best known decree relevant to workershealth protection was the Presidential Decree 547 of april 27th1955. This decree was repealed by Legislative Decree N° 81,april 9th 2008 "Implementation of article 1 of Law N° 123,august 3th 2007 concerning the safety in the workplace .Title XI of Legislative Decree n. 81, which consists of 11 arti-cles, from 287 to 297, contains the requirements for"Protection from Explosive atmospheres", meaning scope,employer obligations, terms for adjustment, checks and sanc-tions on employers and managers.Furthermore, in addition to this Decree, there is another veryimportant law (n. 186 of 1 March 1968) which consists of thetwo following articles:Art. 1 - all electrical and electronic plants, installations, machi-nery, equipment and materials must be made to the higheststandards of workmanship.Art. 2 - Electrical and electronic plants, installations, machi-nery, equipment and materials produced in compliance withthe Standards of the Italian Electrotechnical Committee (CEI)are considered made to the highest standards of workmans-hip. This law allows anyone working in the electrical field in Italy tofollow the CEI standards as a benchmark and be sure they are working in full compliance with the law.In addition to national laws, other EC directives have beenadopted over the last twenty years under Presidential Decreesregarding materials destined for use in areas with risk ofexplosion or fire.

Certification authoritiesas you can see, in Europe equipment designed to be used inareas with risk of explosion is regulated by EN European stan-dards, which are known in Italy as CEI standards. These are referred to in the European directives which havenow become national laws. However, the manufacturer’s declaration is still not enough toguarantee the conformity of a product made to these stan-dards - this conformity must be certified.a recognized body, completely independent from the manu-facturer, issues a certificate declaring that the component orthe equipment has passed the type tests required by the rele-vant standards.all tests must be made by an accredited laboratory or onewhich has passed the procedures that establish it as compe-tent and reliable.In Italy, one of the laboratories appointed to examine explo-sion-proof electrical material is the CESI (Italian ExperimentalElectrotechnical Centre). This was designated under ItalianMinisterial Decree 01/03/83. after the product has passed the type test, the laboratoryissues a certificate stating that the prototype of this electricalproduct conforms to the standards.The certificate also lists all the routine tests to be carried outon the product before it is put on the market, as well as itslimits of use and any departures from the standard.The certificate authorizes the manufacturer to apply theEuropean Community mark and establishes what informationis to be provided with the mark.

Leggi e direttive per apparecchiature ed impianti di sicurezza

Come abbiamo visto sopra, la norma tecnica definisce il meto-do per garantire la sicurezza dei materiali e le modalità dicostruzione, di installazione e di manutenzione. Tali norme,però non hanno alcun valore giuridico se non vengono recepi-te da una direttiva o da una legge dello Stato (vedi tabella 2)In Italia la Costituzione, con gli articoli 32 e 41, sancisce il dirit-to alla salute dei cittadini e si fa carico di tutelarla.Il primo decreto, ed ad oggi il più noto che si è occupato dellatutela della salute dei lavoratori, è stato il DPR 547 del 27 apri-le del 1955. Questo decreto è stato abrogato dal DecretoLegislativo n. 81 del 9 aprile 2008 “attuazione dell’articolo 1della legge n. 123 del 3 agosto 2007 in materia di tutela dellasicurezza nei luoghi di lavoro.”Il titolo XI del DLgs 81, che è formato da 11 articoli dal 287 al297, riporta le prescrizioni per la “Protezione da atmosfereEsplosive”, indicando il campo di applicazione, gli obblighi deldatore di lavoro, i termini per l’adeguamento, le verifiche non-ché le sanzioni a carico dei datori di lavoro e dei dirigenti.Oltre a detto Decreto, è di fondamentale importanza la leggen. 186 del 1 marzo 1968, che è composta da due importantiarticoli:Art. 1 - Tutti i materiali, le apparecchiature, i macchinari, leinstallazioni e gli impianti elettrici ed elettronici devono esserecostruiti a regola d'arte.Art. 2 - I materiali, le apparecchiature, i macchinari, le installa-zioni egli impianti elettrici ed elettronici realizzati secondo leNorme del Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI) si considera-no costruiti a regola d'arte.grazie a questa legge, quindi, chiunque operi in Italia nel set-tore elettrico ha come punto di riferimento le norme emessedal CEI, che gli garantiscono di operare nel perfetto rispettodella legge. Oltre alle leggi nazionali, esistono, da circa ven-t’anni, delle direttive comunitarie europee che sono state rece-pite mediante decreti del Presidente della Repubblica cheriguardano i materiali destinati ad essere utilizzati in luoghi conpericolo di esplosione o di incendio.

Enti di certificazioneCome abbiamo visto, in Europa le apparecchiature che pos-sono essere utilizzate in luoghi con pericolo di esplosione, sot-tostanno alle normative europee EN, recepite in Italia comenorme CEI, richiamate nelle direttive europee che sono dive-nute leggi dello stato. Non è però sufficiente una dichiarazione del produttore pergarantire la conformità delle apparecchiature prodotte allenorme in vigore, ma tale conformità deve essere certificata.La certificazione rilasciata da un ente terzo, organismo ricono-sciuto, esterno alla azienda costruttrice, attesta che il compo-nente o l'apparecchiatura ha superato le prove di tipo previstedalle norme applicabili a quel prodotto.Tutte le prove devono essere effettuate da un laboratorioaccreditato, ossia da un laboratorio che a sua volta ha supe-rato le procedure necessarie per stabilirne la competenza el'affidabilità. In Italia uno dei laboratori incaricati all'esame deimateriali elettrici antideflagranti è il CESI (Centro ElettrotecnicoSperimentale Italiano) che è stato designato mediante il D.M.01/03/83. Dopo il superamento delle prove di tipo, il laborato-rio emette un certificato che attesta che il prototipo di costru-zione elettrica presentato, è conforme alle norme.Il certificato riporta anche le prove di routine alle quali il pro-dotto deve essere sottoposto prima di essere messo in com-mercio, i limiti di utilizzo e gli eventuali scostamenti dallanorma. Il certificato autorizza il produttore ad apporre al pro-dotto il marchio distintivo comunitario e definisce, come vedre-mo meglio nel prossimo paragrafo, quali dati deve riportare lamarcatura.

320


EC Directive

Direttiva

Comunitaria

Content ContenutoIncorporating law

Legge

di recepimento

76/117/CEE of 18/12/1975

This is a framework directive which:- allows the free trading of explosion-proof

materials provided with a conformity certificate.

- Defines the responsibilities of bodies authorized to issue conformity certificates.

- Defines the procedure for issuingconformity certificates.

- Establishes the use of the European Community mark.

- Issues regulations to member states regarding production control.

É una direttiva quadro che:- Permette la libera circolazione dei materiali antideflagranti che abbiano ottenuto un certificato di conformità.- Definisce i compiti degli organismi autoriz-

zati a rilasciare i certificati di conformità.- Definisce la procedura per il rilascio dei

certificati di conformità.- Stabilisce l'uso del marchio distintivo comunitario.- Dà disposizioni agli Stati membri per la

sorveglianza sulla fabbricazione

Presidential Decree

D.P.R. n. 727of 21/12/82

79/196/CEE of 6/2/79

This directive defines:- The types of Ex material governed by

previous directive 76/1 17/EC.- The harmonized CENELEC reference

standards.- The symbol used as the European

Community mark.

La direttiva definisce:- I tipi di materiale Ex per i quali si applica

la precedente direttiva 76/117/CE.- Le Norme CENELEC di riferimento

armonizzate.- Il simbolo da utilizzare come marchio

comunitario.

Presidential Decree

D.P.R.n. 675of 21/7/82

84/47/CEEof 16/1/84

This directive:- adapts previous directive 79/196/EC to

technical progress.- Introduces amendments prepared by

CENELEC to reference standards.- Defines the configuration of the European

Community Mark in more detail.- Establishes the expiration date of old

standards as 1/1/2005.

La direttiva:- adegua al progresso tecnico la precedente

Direttiva 79/196/CE.- Introduce nelle norme di riferimento le

varianti elaborate del CENELEC.- Definisce in modo più preciso la

configurazione del Marchio Comunitario.- Pone il termine di validità delle vecchie

Norme al 1/1/2005.

MinisterialDecree

D.M.of 5/10/84

88/571/CEEof 10/11/88

Introduces generation C amendments to har-monized standards.

Introduce nelle norme armonizzate le variantidella generazione C.

90/487/CEEof 17/09/90

Introduces other protection methods:- Materials with "m" encapsulation.- Intrinsic safety systems.- Manual spray guns for electrostatic

coating.

Introduce altri modi di protezione:- Materiali con incapsulamento “m”- Sistemi a sicurezza intrinseca.- Pistole manuali per la verniciatura

elettrostatica.

94/26/CEof 15/06/94

Introduces generati on D amendments to har-moni zed standards.

Introduce nelle norme armonizzate le variantidella generazione D.

aTEX 94/9/CEof 23/3/94

This new directive:- governs trading and use of Ex products- Introduces the CE mark in addition to the

Ex European Community mark.- Establishes as 30/6/2003 the term by

which products on the market must conform to European Communitydirectives.

La nuova direttiva:- Disciplina la commercializzazione e la

messa in servizio dei prodotti Ex.- Introduce l'apposizione della marcatura CE

in aggiunta al marchio comunitario Ex.- Fissa al 30/6/2003 il termine entro il quale i

prodotti immessi sul mercato devonoessere conformi alle direttive comunitarie.

Table 2/ Tabella 2 - European Community Directives - Direttive comunitarie

321

• EUROPEAN COMMUNITY MARK

MarksIn order to be able to apply the EuropeanCommunity Mark, the manufacturer notonly has to possess the certificate statingthat the prototype has passed the neces-sary tests, but also has to follow the provi-sions which guarantee that the materialsold complies with both the standards andthe specifications on the certificate.Therefore, when the manufacturer appliesthe mark to the product, it declares (takingfull responsibility) that the material con-forms to the certified prototype and hasbeen tested as required by the standards.These tests must also be stated on the cer-tificate and are specified by the laboratory,depending on the type of material and theway in which it has been manufactured.according to European Standard EN 60079-0(general regulations), specific informationmust be marked legibly and indelibly onthe main structure of all electrical equip-ment.

The mark can be put either directly on the body of the product or ona special plate which is irremovably attached to the product.

Unless otherwise specified in the certificate, the mark must alsostate:- The manufacturer’s name or the trademark.- The product code, provided by the manufacturer for identification.- The European Community mark, which consists of an epsilon and

a lower case X inside a hexagon.The letters Ex followed by:- The protection methods or techniques used (e.g. d).- The equipment’s group (I for mining - II for surface industries).- The equipment’s group of gases (e.g. IIa -IIB - IIC).- The temperature class (e.g. T6).- The serial number, if required by the certificate.- The name of the laboratory that issued the certificate, followed

by the number of the certificate.- any symbols in addition to the certificate number (X stands for

special conditions of use, whereas U indicates that the product is a component which only can be used with an electrical construction).

- Rating data as required by electrical equipment standards, such asthe voltage, current and so on.

The ATEX 94/9/EC directiveafter looking at the European Community directives whichhave regulated the production and use of explosion-proofelectrical equipment, we shall now describe the aTEX 94/9/ECdirective in more detail. This Directive became mandatory in 1July 2003 and applies to protective systems and equipmentdesigned to be used in potentially explosive atmospheres. This includes equipment used for mining and surface indu-stries.The Directive also applies to safety, control and regulatingdevices that do not actually operate in explosive atmospheresbut are fundamental for making the equipment function safely.The main difference between this “new approach” directiveand the previous ones is that it considers all risks of explosionthat can be a source of ignition (like mechanical impact, elec-

• MARCHIO COMUNITARIO EX

MarcaturePer poter apporre il Marchio distintivocomunitario il produttore deve, non soltan-to possedere il certificato che attesta leprove superate dal prototipo, ma deveottemperare alle disposizioni necessarie alfine di garantire che il materiale vendutocorrisponda a quanto richiesto dallenorme e a quanto riportato sul certificato.Pertanto, con l'apposizione del marchio sulprodotto, il costruttore attesta, sotto la suacompleta responsabilità, che il materiale èconforme al prototipo che ha ottenuto ilcertificato e che è stato sottoposto, a curadello stesso costruttore, a tutte le proveindividuali previste dalle norme e che sonoriportate sul certificato. Le prove da effet-tuare in produzione vengono decise dallaboratorio in base al tipo di materiale e almodo nel quale esso viene prodotto.La Norma Europea EN 60079-0, Regolegenerali, prescrive che le costruzioni elet-

triche devono portare sulla parte principale della costruzione, in unpunto visibile e in modo leggibile e duraturo, determinate indicazioni.La marcatura può essere fatta direttamente sul prodotto o su di unatarghetta che però dovrà essere posta sul prodotto in modo inamovi-bile.La marcatura, in ogni caso, ove non diversamente indicato nel certi-ficato, dovrà riportare:- Nome del produttore o il marchio di fabbrica.- Codice del prodotto, dato dal costruttore, che lo possa identificare

in modo univoco.- Marchio comunitario costituito da una Epsilon ed una x racchiuse

in un esagono.La sigla Ex seguita da:- Il modo o i modi di protezione utilizzati (per esempio: d).- Il gruppo al quale la costruzione appartiene (I per le miniere - II per industrie di superficie).- Il gruppo dei gas al quale la costruzione appartiene (per esempio:

IIa -IIB - IIC).- La Classe di temperatura (per esempio: T6).- Il numero di fabbricazione, ove richiesto dal certificato.- Il nome del laboratorio che ha rilasciato il certificato seguito dal

numero del certificato.- gli eventuali simboli aggiuntivi al numero di certificato (la X indica

condizioni speciali di utilizzo; la U indica che si tratta di un componente utilizzabile solo assieme ad una costruzione elettrica).

- Dati di targa previsti dalle norme specifiche delle costruzioni elettriche, quali tensione, corrente ecc.

La direttiva ATEX 94/9/CEDopo aver visto le varie direttive comunitarie che fino ad oggihanno regolamentato la costruzione e l'utilizzo delle apparec-chiature elettriche antideflagranti, è importante, ora, approfon-dire la conoscenza della direttiva aTEX 94/9/CE che è divenu-ta obbligatoria dal primo luglio del 2003.La Direttiva si applica agli apparecchi e ai sistemi di protezio-ne destinati ad essere utilizzati in atmosfera potenzialmenteesplosiva, includendo sia i materiali per uso in superficie siaper quelli per miniera.Oltre a questi la Direttiva include anche i dispositivi di sicurez-za, di controllo e di regolazione che non operano direttamentein atmosfera esplosiva, ma che sono necessari al funziona-mento sicuro degli apparecchi con i quali sono connessi.La grande differenza tra questa Direttiva "nuovo approccio" e


Fig. n. 9

322


Group Category Presence of Substance Protection level Zoneexplosive atmosphere

Gruppo Categoria Presenza di Sostanza Livello di protezione Zonaatmosfera esplosiva

Present Firedamp - Combustible dusts Very highI Mines M1 Presente grisou - Polveri combustibili Molto alto

I Miniere M2 Probable presence Firedamp - Combustible dusts High Probabile presenza grisou - Polveri combustibili alto

always, often or for long

periods of time gas or dusts Very high Zone 0 - Zone 201 Sempre, spesso gas o Polveri Molto alto Zona 0 - Zona 20

II Surface industry o per lunghi periodi

Probable presence gas or dusts High Zone 1 - Zone 21II Superficie 2 Probabile presenza gas o Polveri alto Zona 1 - Zona 21

Unlikely or for a short time gas or dusts Normal3 Scarse probabilità gas o Polveri Normale Zona 2 - Zona 22

e per breve tempo

Table 3 / Tabella 3 - Classification of equipment into groups/categories - Classificazione delle apparecchiature in gruppi/categorie

tromagnetic waves, overheating or optical radiation). It there-fore applies to all products, even non-electrical ones, used inpotentially explosive atmospheres.The Directive follows the European Commission’s “newapproach” guidelines, i.e. the directives are written in generalterms.The Directive contains the ESR (Essential SafetyRequirements). all equipment produced for use in potentiallyexplosive atmospheres must conform to these requirements.all manufacturers designing and producing this type of equip-ment should therefore refer to the ESR contained in annex II ofthe Directive.The harmonized standards are still valid as they provide “pre-sumption of conformity” to the ESR. However, they are no lon-ger the only reference standards.

Essential safety requirementsThe Essential Safety Requirements, stated in annex II of theDirective, are the most important criteria for guaranteeingsafety.If a piece of equipment is manufactured in compliance with aharmonized standard that includes one or more essentialrequirements, it is presumed conforming to the ESR.The ESR are mainly intended for fields not currently governedby harmonized standards and provide at least the basic crite-ria for evaluating safety.In the electrical industry, the adoption of ESR in manufacturingis purely theoretical, as complete technical standards haveexisted for years.

Classification of equipmentas mentioned above, the aTEX Directive includes material formining and surface industries and classifies them undergroup I and group II.Table 3 shows how this equipment falls under differentgroups/categories.

le precedenti è che vengono considerati tutti i rischi di esplo-sione di ogni natura che possono costituire sorgente di inne-sco (per esempio urti meccanici, onde elettromagnetiche,sovrariscaldamento, radiazioni ottiche) e si applica a tutti i pro-dotti, anche non elettrici, che sono utilizzati in atmosferapotenzialmente esplosiva.La Direttiva segue le linee guida del "nuovo approccio" delConsiglio Europeo, che prevedono l'emissione di direttive concontenuti a carattere generale.La Direttiva contiene gli ESR, Essential Safety Requirements,requisiti essenziali di sicurezza, ai quali devono conformarsi leapparecchiature costruite per essere utilizzate in atmosferapotenzialmente esplosiva.Il costruttore, pertanto, nel progettare e produrre le apparec-chiature, dovrà far riferimento agli ESR contenuti nell'allegatoII della Direttiva.Le norme armonizzate continuano a mantenere la loro validità,in quanto costituiscono "presunzione di conformità", ma nonsono più l'unico criterio di riferimento.

Requisiti essenziali di sicurezzaI requisiti essenziali di sicurezza, che sono riportatinell'allegato II della Direttiva, rappresentano il criterio predo-minante per la verifica della sicurezza.Se una norma armonizzata esistente comprende già uno o piùrequisiti essenziali, allora l'apparecchiatura costruita in confor-mità a tale norma è presunta conforme agli ESR.In definitiva gli ESR sono destinati soprattutto a quei campi incui al momento attuale non esistono ancora delle norme armo-nizzate e per i quali essi forniscono almeno un criterio genera-le per la valutazione della sicurezza.Nel settore elettrico, dove esistono da moltissimi anni dellenorme tecniche complete l'applicazione degli ESR sarà unesercizio puramente teorico.

Classificazione delle apparecchiatureCome detto più sopra, la Direttiva aTEX comprende sia i mate-riali di superficie che quelli di miniera, pur mantenendo la sud-divisione in gruppo I e gruppo II.Nella tabella 3 è riportata la classificazione delle apparecchia-ture in gruppi/categorie.

323

Requirements of Directive 94/9/EC - Requisiti della Direttiva 94/9/CE

Cortem, Milano (manufacturer’s name and address) - (nome e indirizzo del costruttore)gUaT 26 - 2004 (type, serial number and year of manufacture) - (tipo, numero di serie e anno di costruzione)CE (CE mark, annex X) - (marcatura CE, allegato X)Ex "2g" (group II - gas, category 2 equipment) - (gruppo II - gas, apparecchiatura di categoria 2)4581 (identification number of Notified Body responsible for control)

numero di identificazione dell'O.N. responsabile della sorveglianza)

Requirements of Directive EN 60079-0 - Requisiti della Norma EN 60079-0

F (symbol/name of manufacturer) - (simbolo/nome del costruttore)Ex d IIC T6 (protection method - gas group - Temperature class) - (modo di protezione - gruppo del gas - Classe di temperatura)ISSEP 86.103.28U (certificate number) - (numero di certificato)


Valutazione della conformitàLa Direttiva prevede diverse procedure di valutazione dellaconformità, a seconda del tipo di prodotto e della categoria diappartenenza.Per quanto riguarda le apparecchiature elettriche di categoria1 e 2 devono essere sottoposte alla certificazione del prototi-po da parte di un Organismo Notificato, tale verifica altro nonè che la prova di laboratorio accreditato che è già in uso nellaprassi attuale.Il tipo di prova verrà chiamata "Esame CE di Tipo".a questa prova si aggiunge però la sorveglianza sulla produ-zione che può essere realizzata in due modi a scelta delcostruttore:- controllo del sistema di qualità del fabbricante da parte

dell'Organismo Notificato;- verifica sui prodotti da parte dell'Organismo Notificato.

Per le apparecchiature elettriche di categoria 3 il costruttore ètenuto ad effettuare un controllo di fabbricazione interno e aredigere una dichiarazione di conformità e una documentazio-ne tecnica che dimostri la conformità dell'apparecchiatura airequisiti della Direttiva.Si può notare come la Direttiva spinga i costruttori ad adottaresistemi di qualità secondo le norme della serie ISO 9000.Questo è un passo veramente interessante, in quanto, la cer-tificazione del prototipo, finora in uso, non era sufficiente agarantire la conformità del prodotto finale alle normative per lequali era stato certificato. Molto spesso in produzione eranoattuate modifiche costruttive, dettate soprattutto da motivazio-ni economiche, che non garantivano più che l'apparecchiatu-ra prodotta fosse completamente conforme a quella che erastata certificata. Questo fenomeno aveva portato negli anni aduna grossa disparità di qualità tra i diversi concorrenti e appa-recchiature non perfettamente conformi alle norme erano statemesse normalmente in commercio.La sorveglianza eviterà completamente il ripetersi di questopericoloso fenomeno e garantirà a tutti i costruttori di potersibattere ad armi pari con la propria concorrenza.

MarcaturaLe apparecchiature conformi alla nuova direttiva dovrannoessere contraddistinte anche dal marchio CE.Questo significa che dovranno soddisfare anche i requisiti ditutte le altre Direttive ad esse applicabili.Ciò è quanto già avviene per la conformità alla Direttiva EMCe alla Direttiva Macchine.

La marcatura all’interno dell’esagono viene mantenutaseguita dal simbolo del gruppo di appartenenza e della categoria.Per il gruppo II si dovrà aggiungere la lettera “g” per le atmo-sfere esplosive dovute alla presenza di gas, vapori o nebbie,la lettera “D” per quelle dovute alla presenza di polveri.

Evaluation of conformityThe Directive specifies different procedures for evaluatingconformity, depending on the type of product and its category.

Electrical equipment under category 1 and 2 must have theprototype certification issued by a Notified Body. This officiallycertifies the accredited laboratory test currently in practice.The type test will be called “CE Type Test Certification”.In addition to this test is production control, which can be car-ried out in two ways:- inspection of manufacturer’s quality system by the NotifiedBody;- inspection of products by the Notified Body.

For electrical equipment under category 3, the manufactureris obliged to carry out its own manufacturing inspections andprepare a conformity statement and technical documentationwhich demonstrates that the equipment conforms to theDirective’s requirements.The Directive also encourages manufacturers to adopt qualitysystems in accordance with ISO 9000 standards.This is a positive step forward, as the prototype certificateused up to now has not been enough to guarantee the con-formity of a final product to the standards for which it was cer-tified. Before, structural modifications were often made duringproduction mainly for economic reasons, which meant thatoften manufactured equipment no longer conformed to what itwas certified for. Over the years, this phenomenon createdhuge differences in quality between competitors and equip-ment not fully complying with the standards was often put onthe market.Quality control prevents this dangerous phenomenon fromrecurring and guarantees all manufacturers that they cancompete on equal terms.

MarkingEquipment conforming to the new directive must have the CE mark.This means that they must also satisfy the requirements of allother applicable directives.This includes conformity to the EMC Directive and theMachinery Directive.

The mark enclosed in the hexagon is followed by thesymbol of the group or category.group II is represented with the addition of the letter “g” forexplosive atmospheres due to the presence of gas, vapoursor mist, while the letter “D” is for explosive atmospheres dueto the presence of dusts.

324


Advantages of the directiveThis Directive has and will continue to benefit users and espe-cially the most creditable manufacturers.Product control forces manufacturers to adopt the sameinspection procedures and use the same materials. Thismeans that production costs will be the same for everyoneand manufacturers can enjoy fair competition based on relia-ble and acceptable standards.Users can also be sure of buying products with acceptablesafety levels.

• IECEx CERTIFICATION

The compliance with aTEX Directive is a necessary and suffi-cient condition in the European Union countries, for the explo-sion-proof electrical equipment installation in hazardousareas.Outside the European Union but IEC countries, the explosion-proof electrical equipment conformity to IEC 60079 (gas) andIEC 61241 (dust) standards must be evaluated by a third partfor both general parties and types of protection. In this case, the institution must be accredited by the IEC, sui-table and conform to IEC Ex scheme.

The certification process is the same as described in the para-graph relating to certification bodies and the mark enclo-sed in the hexagon that is:

• an IEC accredited third part evaluates the explosion-proofelectrical equipment conformity to IEC 60079 (general part)standard and relevant type of protection section;

• The third part issues the IECEx type certificate;• Tests to perform in the laboratory are determined accordingto type of material and production;

• The manufacturer must identify with the mark enclosedin the hexagon and complete the marking information asrequired by IEC 60079-0 standard and IEC standard of type ofprotection:

- Manufacturer name or trademark.- Product code, given by the manufacturer, that identifies it

unambiguously. - Community mark consisting of an Epsilon and a x contained

in a hexagon.

The Ex followed by:

• Type of protection (for example: d).• group (I for mines - II for surface industries).

• gas group (for example: IIa -IIB - IIC).

• Temperature Class (for example: T6).• Manufacturing number if the certificate required it.• Laboratory name that issued the certificate and certificatenumber.• any additional symbols to the certificate number (X symbolmeans special use conditions. U symbols means that the component can be use along withan electrical equipment only).• Data required by specific standards of electrical equipment,such as voltage, current etc.

Vantaggi della direttivaL'applicazione della Direttiva ha portato e porterà molti van-taggi, sia agli utilizzatori, ma soprattutto ai costruttori più seri.La sorveglianza sui prodotti costringerà tutti i costruttori adadottare le stesse misure di controllo e l'utilizzo degli stessimateriali, con conseguente livellamento dei costi di produzio-ne ed una concorrenza che si giocherà su basi serie ed accet-tabili.gli utilizzatori avranno dalla loro la certezza che i prodottiacquistati saranno ad un livello di sicurezza certamente accet-tabile.

• LA CERTIFICAZIONE IECEx

La conformità alla Direttiva atex è condizione necessaria e suf-ficiente nei paesi dell’Unione Europea per l’installazione delleapparecchiature elettriche antideflagranti nelle aree classifica-te come pericolose.Nei paesi non facenti parte dell’Unione Europea, ma facentiparte dell’IEC, un’apparecchiatura elettrica antideflagrante èsoggetta comunque alla valutazione della conformità allenorme IEC 60079 (gas) e IEC 61241 (polveri), sia per le partigenerali che per le parti relative ai modi di protezione, da partedi un ente terzo.In questo caso l’ente deve essere accreditato dalla IEC dimo-strando di essere idoneo e conforme allo schema IEC Ex. L’iter di certificazione è il medesimo descritto nei paragrafi relativi aglienti di certificazione e all’apposizione del marchio nell’esagono,ossia:• Valutazione, da parte di un ente terzo accreditato allo sche-ma IECEx, della conformità dell’apparecchiatura alla normaIEC 60079-0 (parte generale) ed alla corrispondete parte dellanorma relativa al modo di protezione con cui è realizzato l’ap-parecchio;• Emissione da parte dell’ente terzo del certificato IECEx del tipo;• Le prove da effettuare in produzione vengono decise dallaboratorio in base al tipo di materiale e al modo nel qualeesso viene prodotto; • Il costruttore appone il marchio nell’esagono e comple-ta le informazioni del contrassegno secondo quanto prescrittodalla norma IEC 60079-0 e dalla norma IEC del modo di pro-tezione:

- Nome del produttore o il marchio di fabbrica.- Codice del prodotto, dato dal costruttore, che lo possa

identificare in modo univoco.- Marchio comunitario costituito da una Epsilon ed una x

racchiuse in un esagono.

La sigla Ex seguita da:

• Il modo o i modi di protezione utilizzati (per esempio: d).• Il gruppo al quale la costruzione appartiene (I per le miniere -II per industrie di superficie).• Il gruppo dei gas al quale la costruzione appartiene (peresempio: IIa -IIB - IIC).• La Classe di temperatura (per esempio: T6).• Il numero di fabbricazione, ove richiesto dal certificato.• Il nome del laboratorio che ha rilasciato il certificato seguitodal numero del certificato.• gli eventuali simboli aggiuntivi al numero di certificato (la Xindica condizioni speciali di utilizzo; la U indica che si tratta diun componente utilizzabile solo assieme ad una costruzioneelettrica).• Dati di targa previsti dalle norme specifiche delle costruzio-ni elettriche, quali tensione, corrente ecc.

325

METAL MATERIALS PLASTIC MATERIALS TRANSPARENT

aluminium Polyesters Polycarbonates

Cast iron Polycarbonates Borosilicate glass

Stainless steel

Brass

MATERIALI METALLICI MATERIALI PLASTICI TRASPARENTI

alluminio Poliesteri Policarbonati

ghisa Policarbonati Vetro borosilicato

acciao inossidabile

Ottone


9. MATERIALS USED IN THE PRODUCTION OF EXPLOSION-PROOF EQUIPMENT

Many different materials are used for producing enclosures, equip-ment, fittings and components designed for areas with a potentiallyexplosive atmosphere.They can be basically classified as follows:

When choosing the best materials to be transformed into finishedproducts, it is important to consider the limiting factors of nature.all materials, including the ones we use, have THREE enemies:

• environment;• temperature;• time.

Temperature and time are familiar factors, while the environment isstill an unexplored aspect.The environment (where our products are used) is not easy to con-trol.

I am not talking about familiar potential hazards caused by an explo-sive atmosphere (which can be controlled by laboratory tests andguaranteed by certification), but rather deterioration caused byhighly aggressive environments like chemical and petrochemicalplants.Corrosion resistance is a relative factor, as it depends on the actualenvironmental conditions that significantly influence the nature of theattack.

This is why Cortem group constantly tests its materials and carriesout in-depth research into their resistance in outdoor environments. Itis therefore able to choose the right material based on objectiveexperience and to guarantee long-term product safety.The next chapter goes into detail about aluminium alloys used byCortem group, as aluminium is the most commonly used material.The following table summarizes the reaction of various materials tothe most common aggressive factors.

9. MATERIALI UTILIZZATI NELLA COSTRUZIONE DI APPARECCHIATURE ANTIDEFLAGRANTI

Diversi sono i materiali che vengono oggi utilizzati per la produzionedi custodie, apparecchiature, raccorderia e componenti che sonoimpiegati in luoghi con atmosfera potenzialmente esplosiva.In estrema sintesi potremmo raggrupparli nella seguente tabella:

Nonostante l’accurata scelta di questi materiali da trasformare in pro-dotti finiti, dobbiamo tenere conto dei limiti imposti dalla natura.Tutti i materiali in generale, ed i nostri non fanno eccezione, devonoaffrontare TRE nemici:

• l’ambiente;• la temperatura;• il tempo.

La temperatura e il tempo sono fattori conosciuti mentre l’ambiente èla nostra grande incognita.L’ambiente, dove i nostri prodotti trovano impiego, rappresenta dellevariabili di non facile controllo.

Non mi riferisco ai potenziali pericoli dovuti all’atmosfera esplosivache tutti conosciamo e che sono controllati dalle prove di laboratorioe garantiti dalle certificazioni, mi riferisco invece al deterioramentoprovocato dall’ambiente fortemente aggressivo che normalmentetroviamo negli impianti chimici e petrolchimici.La resistenza dei materiali alla corrosione è un fattore relativo inquanto è necessario verificare le reali condizioni ambientali cheinfluiscono in maniera significativa sulla natura dell’attacco.

a tale scopo Cortem group effettua costantemente dei test sui mate-riali utilizzati e degli studi approfonditi sulla loro resistenza agliambienti esterni, in modo da effettuare delle scelte ponderate basa-te su esperienze oggettive e garantire in tal modo il Cliente sulla sicu-rezza negli anni dei propri prodotti.Nel capitolo successivo si parlerà in particolare delle leghe di allu-minio utilizzate da Cortem group, poiché questo è il materiale mag-giormente impiegato. Nella tabella che segue, invece, riassumiamoil comportamento dei vari materiali ai più comuni fattori aggressivi.

326


aCETYLENE - aCETILENE • • • • • •

aCETONE - aCETONE • • • • • •

aCETIC aCID - aCIDO aCETICO • • • • • •

BORIC aCID - aCIDO BORICO • • • • • •

HYDROCYaNIC aCID - aCIDO CIaNIDRICO • • • • • •

CITRIC aCID - aCIDO CITRICO • • • • • •

HYDROCHLORIC aCID - aCIDO CLORIDRICO • • • • • •

HYDROFLUORIC aCID - aCIDO FLUORIDRICO • • • • • •

PHOSPHORIC aCID - aCIDO FOSFORICO • • • • • •

LaCTIC aCID - aCIDO LaTTICO • • • • • •

HYDROgEN SULPHIDE - aCIDO SOLFIDRICO • • • • • •

SULPHURIC aCID - aCIDO SOLFORICO • • • • • •

SEaWaTER - aCQUa DI MaRE • • • • • •

DRINKINg WaTER - aCQUa POTaBILE • • • • • •

SPIRITS - aLCOOLI • • • • • •

aNHYDROUS aMMONIa - aMMONIaCa aNIDRa • • • • • •

MOIST aMMONIa - aMMONIaCa UMIDa • • • • • •

aMMONIUM NITRaTE - aMMONIO NITRaTO • • • • • •

aMMONIUM SULPHaTE - aMMONIO SOLFaTO • • • • • •

CaRBON DIOXIDE - aNIDRIDE CaRBONICa • • • • • •

SULPHURIC aNHYDRIDE - aNIDRIDE SOLFORICa • • • • • •

SULPHUR DIOXIDE - aNIDRIDE SOLFOROSa • • • • • •

BUTaNE - BUTaNO • • • • • •

PaRaFFIN - CHEROSENE • • • • • •

COLOPHONY - COLOFONIa • • • • • •

FORMaLDEHYDE - FORMaLDEIDE • • • • • •

HYDROCaRBONS - IDROCaRBURI • • • • • •

HYDROgEN - IDROgENO • • • • • •

OXYgEN - OSSIgENO • • • • • •

Sostanza Lega alluminio Acciaio Lega ottone Policarbonato Poliestere Vetroinossidabile borosilicato

UNI 4514 E AISI 316 L UNI 5705 PC UP (SMC)

Table 4 / Tabella 4

• excellent - eccellente • good - buono • sufficient - sufficiente • insufficient - insufficiente

Subtance Aluminium Stainless Steel Brass alloy Polycarbonate Polyester Borosilicatealloy E AISI glass

UNI 4514 316 L UNI 5705 PC UP (SMC)

Table 4 provides a brief guide to general conditions. In more parti-cular conditions, important information is necessary in order to advi-se customers on which choice to make. Specifically, it is necessaryto consider the following:

a) ambient temperature; b) concentration of corrosive vapours (acids - anhydrides - salt fog);c) average exposure time.

La tabella 4 permette di rispondere puntualmente alle principalirichieste di carattere generale, ovviamente per condizioni molto par-ticolari è necessario conoscere alcuni dati importantissimi per poterindirizzare il Cliente sulla scelta migliore. In particolare sarà neces-sario sapere:

a) temperatura dell’ambiente;b) concentrazione dei vapori corrosivi (acidi - nidridi - nebbia salina);c) tempo medio di esposizione.

327


STaINLESS STEEL - aCCIaIO INOX

COMMON STEEL - aCCIaIO COMUNE

RESILIENCE Kv (JOULE)RESISTENZa Kv (JOULE)

TEMPERATURE °C - TEMPERaTURa °C

Cu Zn40 Pb2 ALLOYLEga Cu Zn40 Pb2

SPHEROIDAL CAST IRONgHISa SFEROIDaLE

ALUMINIUM ALLOYLEga aLLUMINIO

• EFFECT OF HYPONORMAL TEMPERATURES ON METALS

We shall now look briefly at how different materials behave in hypo-normal temperatures.

The following graph shows how the most commonly used materialsbehave in low temperatures.

Note that the mechanical properties of aluminium alloy, brass alloyand spheroidal cast iron remain unaltered even when temperaturesdrop.

• EFFETTO DELLE TEMPERATURE IPONORMALI SUI METALLI

abbiamo parlato della corrosione, ora è necessario accennare bre-vemente anche al comportamento dei vari materiali alle temperatureiponormali.

Nel grafico seguente si nota il comportamento dei principali metallialle basse temperature.

È interessante notare che la lega di alluminio, la lega d’ottone e laghisa sferoidale, con il diminuire della temperatura, mantengonopressoché inalterate le proprie caratteristiche meccaniche.

328


• THE PROPERTIES OF GLASS FOR PRODUCING TRANSPARENT PARTS

Explosion-proof enclosures often require windows in order to inspectthe instruments inside.Borosilicate glass showed the best results in a series of tests carriedout at the Murano Experimental glass Station in Venice.Borosilicate glass is less transparent than glass containing sodium orcalcium, but much more resistant to corrosion and thermal shock,due to its low expansion.

• CARATTERISTICHE DEI VETRI PER LA PRODUZIONE DI PARTI TRASPARENTI

Molto spesso è necessario predisporre oblò o finestre per il controllodi strumentazione contenuta all’interno delle custodie antideflagranti.Dopo molte prove eseguite presso la Stazione Sperimentale del Vetrodi Murano - Venezia, i risultati migliori sono stati ottenuti con il vetroborosilicato.Il vetro borosilicato è meno trasparente rispetto ai vetri sodico-calci-co, ma molto più resistente alla corrosione e allo shock termico dovu-to al basso coefficiente di dilatazione.

• EFFECT OF TEMPERATURE ON THERMOPLASTIC RESINS

another problem regards the ageing of thermoplastic materials.With the help of the DUPONT Information Centre, we have identifiedwhat type of thermoplastic conforms to the ageing parameters requi-red by Standard IEC 216-1-2. This standard specifies that a thermo-plastic material brought to its specific temperature of use and main-tained for 20,00 hours must not lose more than 50% of its initial pro-perties. The graph below shows the behaviour of material used byCortem group.

• EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLE RESINE TERMOPLASTICHE

Un altro problema riguarda l’invecchiamento dei materiali termoplastrici.Con l’aiuto del Centro Informazioni DUPONT abbiamo individuato iltipo termoplastico che rispetta i parametri di invecchiamento richiestidalla norma IEC 216-1-2 , che definisce che una materia termoplasti-ca portata alla sua specifica temperatura di utilizzo e mantenuta per20.000 ore, non deve perdere più del 50% delle proprietà iniziali.Nel grafico sottostante si evidenzia il comportamento del materialeutilizzato da Cortem group.

TEMPERATURE °CTEMPERaTURa °C

HOURS - ORE

329

Casting technology Ultimate tensile stress Yield point Elongation Brinell hardness

Tecnologie di formatura Carico di Rottura Carico al limite Allungamento Durezza Brinella Trazione di snervamento

R (Kg/mm2) S (Kg/mm2) A5 (%) Hd (Kg/mm2)Sand - Sabbia 17 - 20 8 - 10 4 - 8 50 - 60

Shell - Conchiglia 18 - 22 9 - 11 5 - 7 50 - 70Die casting - Pressofusione 23 - 27 13 - 17 1,5 - 2,5 75 - 95Low pressure - Bassa pressione 23 - 27 13 - 17 5 - 7 50 - 70

Table 5 / Tabella 5 - Mechanical properties of aluminium castings - Caratteristiche meccaniche dei getti in alluminio

Nel passato, si parla di venticinque, trenta anni fa, si era diffusa tragli utilizzatori la credenza che l'alluminio non fosse indicato per appli-cazioni in zone con atmosfere fortemente corrosive, come impianti inriva al mare o off shore, o impianti chimici con presenza di acidi forti.Questo, a quel tempo, non era del tutto errato, poiché effettivamentesi erano verificati casi di corrosione passante in ambienti di quelgenere. Tale fenomeno era causato dall'utilizzo errato di alcune leghedi alluminio.Comunemente si utilizza il termine improprio di alluminio, ma è piùcorretto parlare di leghe di alluminio, in quanto l'alluminio utilizzatoper i getti è sempre legato ad altri composti che ne esaltano alcunecaratteristiche.

Le leghe alluminio Rame sono leghe normalmente utilizzate nell'in-dustria automobilistica per produrre particolari di motori. In questocaso la protezione contro la corrosione non è importante in quanto ilmotore è costantemente ricoperto da oli. Pertanto le leghe alluminio-rame sono sicuramente indicate per le loro caratteristiche meccani-che e per la facilità che offrono alla lavorazione all'utensile.Le prime custodie a prova di esplosione vennero fuse proprio conqueste leghe, che però hanno lo svantaggio di non essere assoluta-mente resistenti alla corrosione.Oggi, dopo studi approfonditi, si è visto che è il contenuto in rame,all'interno della lega, che in presenza di un elettrolita innesca la cor-rosione.

Le leghe con migliori caratteristiche anticorrosive sono le leghealluminio Magnesio, infatti queste sono le leghe maggiormente utiliz-zate per la componentistica delle navi. Tali leghe però non possono

adequate for ensuring explosion-proof electrical protection.Twenty-five to thirty years ago, it was commonly believed that alumi-nium was not suitable for applications in areas with highly corrosiveatmospheres, like coastal and offshore plants or chemical plantsusing strong acids.This was not entirely untrue, as there were signs of corrosion in thesekinds of environments. However, this was because some aluminiumalloys were used incorrectly.We often refer to the improper term “aluminium”, but it is more correctto speak of aluminium alloys, as the aluminium used for casting isalways alloyed with other compounds that enhance certain proper-ties.

aluminium-copper alloys are normally used in the car industry forproducing engine parts. Corrosion protection is not important in thiscase, as the engine is always coated with oils. aluminium-copperalloys are therefore ideal due to their mechanical properties andgood malleability.The first ever explosion-proof enclosures were cast with these alloys,but they were not entirely resistant to corrosion.after years of research, it has now been discovered that it is the cop-per content in the alloy which causes corrosion whenever there is anelectrolyte.

Magnesium-aluminium alloys offer the best corrosion resistance,which is why they are most commonly used for producing ship parts.However, they cannot be used for making explosion-proof enclosuresor any other parts designed for use in potentially explosive atmo-

10. ALUMINIUM ALLOY USED IN THE PRODUCTIONOF EXPLOSION-PROOF ENCLOSURES

aluminium is one of the world’s most widely used materials in the pro-duction of explosion-proof enclosures, which is why we have dedi-cated a separate chapter to its technological aspects.Cortem group has invested a lot in research for the best alloys andprocessing methods in order to guarantee maximum compliancewith the required safety standards. aluminium is highly corrosion resi-stant and therefore universally known as the most effective and ver-satile material for most applications.It is much lighter than cast iron, so it makes electrical systems mucheasier to install and maintain. aluminium is highly corrosion-resistantand does not require surface protection, unlike cast iron which has tobe galvanized or coated.aluminium is also much cheaper than stainless steel.The mechanical properties of aluminium alloy castings are more than

10. LA LEGA DI ALLUMINIO UTILIZZATA NELLA COSTRUZIONEDI CUSTODIE ANTIDEFLAGRANTI

L' alluminio oggi è uno dei materiali maggiormente utilizzati a livellomondiale per la costruzione di custodie a prova di esplosione.Le sue ottime caratteristiche di resistenza alla corrosione, fanno siche questo materiale sia universalmente riconosciuto come il più vali-do e versatile per la maggior parte delle applicazioni.Nei confronti della ghisa ha il vantaggio di essere molto più leggero equindi facilitare sia il montaggio che la manutenzione dell'impianto, edi avere un'ottima resistenza alla corrosione senza il bisogno di esse-re protetto superficialmente, come avviene con la ghisa che devevenire protetta galvanicamente e verniciata.Nei confronti degli acciai inossidabili ha dalla sua il costo enorme-mente più basso.Le caratteristiche meccaniche dei getti delle leghe di alluminio sonoaltamente soddisfacenti per gli impieghi nel campo della protezioneelettrica antideflagrante.


330


spheres.This is because magnesium-aluminium alloys tend to cause sparks ifthey rub against metal tools. Magnesium is in fact highly flammableand its presence in the alloy creates this risk, which is unacceptablein an explosion-proof plant.European standard EN 60079-0 allows aluminium alloys to contain upto 6% of magnesium. I personally believe this limit is too high, becau-se even this kind of percentage can cause sparks if the alloy rubsagainst the surface of the enclosure. I have seen this happening intests and in other experiences.

Nowadays, most manufacturers use aluminium silicon alloys with apercentage of silicon ranging from 5% to 13%, depending on whatcasting technology is used.Copper is only present as an impurity and primary alloys can containa maximum of 0.05% copper in the ingots and 0.1% in the castings.These alloys guarantee total protection against corrosion in any envi-ronment.

In the past, manufacturers normally used alloys with a copper contentof 0.3% or more, so in the best conditions, the copper content was sixtimes higher than today.

• CORROSION RESISTANCECorrosion resistance is a relative factor, as you first need to considerthe environmental conditions that greatly influence the nature of theattack.aluminium and its alloys are generally characterized by excellent cor-rosion resistance in many different environments.Despite being a chemically active metal, aluminium is made stableby the formation of a protective oxide film on the surface. If this filmbreaks, it is able to reproduce itself immediately, and has a thicknessof 50 to 100 Å if it forms in the air.The film thickens when it is exposed to highly corrosive atmospheresor treated with artificial techniques like anodization.This oxide film is transparent, hard, adherent to the surface and notlaminated. accidental abrasions on the surface of the film are auto-matically repaired. The corrosion of aluminium and its alloys is there-fore caused by conditions that mechanically abrade the protectivefilm or lead to chemical conditions that damage a certain area of thefilm and reduce the amount of oxygen required for the film to repairitself.This protective oxide film is generally stable in aqueous solutions witha pH of 4.5 to 8.5 and is not corroded by acids and alkaline solutionslike nitric acid, acetic acid, sodium silicate or ammonium hydroxide,for example.as in the case of other metals, corrosion is related to the flow of cur-rent between anodic and cathodic areas, and therefore the potentialdifference between the areas. The entity and morphology of corrosi-ve phenomena depend on various factors, such as the compositionof the microconstituents, their localization and their quantity. Pure aluminium offers the best corrosion resistance, but all its alloysare still highly resistant to corrosion in many different environments.Like most materials, the presence of impurities on the surface or insi-de the metal can significantly reduce corrosion resistance.

• SILICON ALUMINIUM ALLOYSas already mentioned in the introduction, three types of alloys arenormally used for producing aluminium castings:- aluminium - Copper- aluminium - Magnesium- aluminium - Silicon

venire utilizzate per la costruzione di custodie antideflagranti o diqualsiasi componente che venga utilizzato in zone con presenza diatmosfera potenzialmente esplosiva.Infatti, le leghe alluminio magnesio hanno la caratteristica di provo-care scintille se sfregate con utensili metallici. Si sa che il magnesioè un metallo facilmente infiammabile e la sua presenza nella legacrea questo inconveniente che non è accettabile in un impianto anti-deflagrante. La normativa europea EN 60079-0 ammette leghe dialluminio con un contenuto in Magnesio fino al 6%. Personalmenteritengo che tale limite sia troppo elevato, in quanto, come dicevamoprima, una percentuale del genere può provocare scintille se si sfre-ga la superficie della custodia. Tale convinzione deriva da esperien-ze dirette con tali leghe e da prove effettuate.Le leghe di alluminio utilizzate attualmente dalla maggior parte deicostruttori sono leghe alluminio al Silicio, con una percentuale in legadi quest'ultimo che varia, a seconda della tecnologia di formatura,dal 5% al 13%.Il rame è presente soltanto come impurità e le leghe primarie utiliz-zate possono contenere rame per un massimo dello 0,05 % nei panie dello 0,1 % nel getto. Tali leghe garantiscono la perfetta protezionecontro la corrosione in qualsiasi ambiente.Si pensi che nel passato si utilizzavano normalmente leghe con con-tenuti in rame dallo 0,3 % in su, quindi, nella condizione migliore, conuna quantità di rame sei volte superiore di quanto avviene oggi.

• RESISTENZA ALLA CORROSIONELa resistenza alla corrosione è un fattore relativo, in quanto è neces-sario considerare le condizioni ambientali che influiscono in manierasignificante sulla natura dell'attacco.L'alluminio e le sue leghe hanno generalmente una eccellente resi-stenza alla corrosione in svariati e differenti ambienti.Pur essendo un metallo chimicamente molto attivo, il suo comporta-mento è reso stabile dalla formazione di un film di ossido protettivosulla sua superficie. Tale film, che in caso di rottura è in grado diriprodursi immediatamente, ha uno spessore, se formatosi in aria,che va da 50 a 100 Å.In caso di esposizione ad atmosfere più aggressive, o quandomigliorato con processi di crescita artificiale (anodizzazione), il filmdiviene più spesso.Questa pellicola di ossido è trasparente, dura, aderente alla superfi-cie e non sfogliata. accidentali abrasioni della superficie della pelli-cola sono automaticamente riparate. Pertanto le condizioni che origi-nano la corrosione dell'alluminio e delle sue leghe sono quelle cheabradono meccanicamente il film protettivo o favoriscono condizionichimiche che degradano localmente lo stesso e minimizzano la dis-ponibilità di ossigeno per la sua ricostruzione.In linea generale, il film d'ossido protettivo è stabile in soluzioniacquose con Ph compreso tra 4,5 e 8,5, e non è attaccato da acidi esoluzioni alcaline, come, ad esempio, acido nitrico, acido acetico,silicato di sodio, idrossido d'ammonio.Come per altri metalli, i fenomeni di corrosione sono connessi al pas-saggio di corrente tra zone anodiche e catodiche, quindi alla diffe-renza di potenziale delle diverse zone. a questo proposito va notatoche l'entità e la morfologia dei fenomeni corrosivi sono legate a moltifattori, tra i quali la composizione dei microcostituenti, la loro localiz-zazione e la loro quantità. La migliore resistenza alla corrosione si ottiene con l'alluminio puro,tuttavia le sue leghe sono ugualmente altamente resistenti alla corro-sione di molti ambienti. Come per la maggior parte dei materiali, lapresenza di impurità sulla superficie o all'interno del metallo puòdegradare in modo significativo la resistenza alla corrosione.

• LEGHE ALLUMINIO SILICIOCome detto nell'introduzione, le leghe utilizzate normalmente per laproduzione di getti di alluminio sono di tre tipi:- alluminio - Rame- alluminio - Magnesio- alluminio - Silicio

331

We shall exclude the first two for the reasons mentioned earlier in thepreface and concentrate on Silicon aluminium alloys.This category includes aluminium alloys for castings commonly usedin a wide range of applications.These alloys are characterized by a silicon content of 5% to 13% andare used without copper to guarantee good castability, averagemechanical resistance and corrosion resistance.Small amounts of magnesium can be added to make these alloysheat-treatable and therefore ideal for semi-structural and structuraluses.al Si alloys are one of the most prestigious families in aluminiumcasting, because they have some of the most valued propertiesrequired for casting:- Fairly high mechanical resistance- adequate ductility- good denseness- Corrosion resistance

Some of these properties are only potentially contained in al-Si alloys.To make these properties effective, you need a special type of treat-ment: modification.

• MODIFYING SILICON ALUMINIUM ALLOYSThere is no concise, effective or universally accepted term for defi-ning this kind of modification.This is because of the ambiguity surrounding the actual mechanismsof the so-called “modifying agents”, both on a chemical and metal-lurgical level.The term “modification” is a very vague and generic term. Thegerman term "Veredelung" is more accurate and descriptive, as it lite-rally means “nobilization”.In order to understand the physical and mechanical implications ofthis modification, you just need to analyse the differences on a micro-graph of the structure before and after treatment.

If you look at the microphotographsshown in figure 10 and figure 11, youcan see the refined, “more noble” qualityof the modified alloy structure in figure 11,compared to the coarser structure of theunmodified alloy in figure 10.In the unmodified structure, you can seelarge polyhedral primary silicon crystalssurrounded by much finer but manysmaller acicular and needlelike forma-tions of al-Si eutectic. The background isa coarse matrix of phase α (solid solutionof Silicon in aluminium).

The structure looks very uneven and itsconstituents are spread randomly. It ispossible to deduce that the large dimen-sions and sharp edges of these forma-tions lead to unpredictable, anisotropicand poor mechanical performances.The modified structure does not haveany large silicon crystals, while the solidstructure · appears in the form of dendri-tes, immersed in a compact mass ofminute eutectic formations, which lookspheroidal under higher magnification.We can therefore conclude that themodification treatment acts on the struc-ture of the al-Si alloy and gives eutecticformations a more refined, spheroidalmorphology.

Escludendo le prime due per i motivi più sopra esposti, concentria-moci sulle leghe alluminio Silicio.In questa classe di materiali sono comprese le leghe di alluminio pergetti largamente diffuse per una ampia gamma di applicazioni.Sono caratterizzate da una percentuale di silicio compresa tra il 5%e il 13% e vengono utilizzate, senza rame, ove vi sia la richiesta diuna buona colabilità, media resistenza meccanica, ma soprattuttoresistenza alla corrosione.Modeste aggiunte di magnesio, rendono tali leghe trattabili termica-mente, quindi del tutto idonee anche ad impieghi semistrutturali estrutturali.Riepilogando, le leghe al Si rappresentano una delle più prestigiosefamiglie nel campo della fonderia di alluminio. In esse si trovano riunitealcune delle proprietà più apprezzate da produttori e utilizzatori di getti:- Resistenza meccanica abbastanza elevata- Sufficiente duttilità- Buona compattezza- Resistenza alla corrosione

alcune di queste caratteristiche sono tuttavia contenute nelle legheal-Si soltanto a livello di pura potenzialità. Per rendere queste carat-teristiche effettivamente sfruttabili si rende necessario un particolaretrattamento: la modifica.

• MODIFICA DELLE LEGHE ALLUMINIO SILICIONon esiste una definizione sintetica, efficace ed universalmenteaccettata per definire la modifica.La mancanza di questa definizione è dovuta alla nebulosità cheancora oggi circonda i reali meccanismi d'azione dei cosiddetti"agenti modificanti", sia a livello chimico che strettamente metallurgico.Il termine modifica ("modification" in inglese e francese) apparequanto mai vago e generico. Più descrittivo e preciso è invece il ter-mine tedesco: “Veredelung”, che tradotto letteralmente significa"nobilitazione",Per comprendere quale sia l'implicazione a livello fisico e meccanicodella modifica, è sufficiente considerare le differenze che sono evi-

denziate dalla micrografia della strutturaprima e dopo il trattamento.analizzando le microfotografie riportatein figura 10 e in figura 11 si può subitonotare il carattere di raffinata nobiltà dellastruttura della lega modificata dellafigura 11, contrapposta alla rozzezzadella struttura della lega non modificatadella figura 10.È evidente la presenza, nella strutturanon modificata, di grossi cristalli polie-drici di Silicio primario, attorniati da piùsottili, ma numerose, formazioni acicula-ri, aghiformi, di eutettico al-Si, aventi persfondo una matrice grossolana di fase α(soluzione solida di Silicio in alluminio).

L'aspetto della struttura è molto etero-geneo, tutti i suoi costituenti sono distri-buiti ed accostati in modo casuale, ed èintuitivo di come le notevoli dimensionie la spigolosità dei contorni delle varieformazioni conduca a prestazioni mec-caniche imprevedibili, anisotrope ecomunque scadenti. Nella strutturamodificata, invece, i grossi cristalli diSilicio sono totalmente assenti, mentrela struttura solida α si presenta sottoforma di dendriti, immerse in una massacompatta di minutissime formazionieutettiche, che tramite un maggioringrandimento apparirebbero globulari.

Fig. n. 10 - Unmodified AI-SI structure

Struttura AI-Si non modificato

Fig. n. 11 - Structure of modified Al-Si

Struttura AI-Si modificato


332


Choosing the type of modification is still one the most controversialissues in aluminium casting.It depends on a series of reasons - from the technology that the typeof modification requires, to its impact on the characteristics of thecasting as well as economic and environmental implications.Hypoeutectic alloys, which have a silicon content of less than 13%,can be modified by adding controlled quantities of sodium or stron-tium, which both refine the eutectic. The addition of calcium and anti-mony can also be useful in some cases. In hypoeutectic alloys, the structure of the castings is refined bymodifying non-eutectic silicon crystals and adding phosphorous.The structure of Silicon aluminium alloy is obtained through a modifi-cation treatment which improves its mechanical properties and cor-rosion resistance, as shown in tests carried out on samples producedwith a piece of modified al-Si alloy.

11. DETERMINING CORROSION RESISTANCE

• AIM OF TESTSa series of testing procedures demonstrate and measure the suscep-tibility of modified al-Si casting alloy to generalized, localized andstructural corrosion when it is combined with bronze components andsubjected to specifically corrosive environmental conditions, in orderto simulate the effect of an accelerated industrial situation.These procedures include the tests and methods standardized byaSTM described in paragraphs 2 and 3.

• METHODS AND REFERENCE DOCUMENTSThe laboratory equipment, the procedures used, the calculation ofcorrosion rates and the methods for evaluating the results have beenplanned in accordance with or in relation to the aSTM standards.

Sintetizzando quanto esposto, si potrebbe concludere che il tratta-mento di modifica agisce sulla struttura della lega al-Si attribuendoalle formazioni eutettiche una fine morfologia globulare.La scelta del tipo di modifica costituisce a tutt'oggi uno dei problemipiù dibattuti nel campo della fonderia di alluminio.Tale scelta deve infatti essere determinata in base a motivazioni mol-teplici, dalla tecnologia operativa che il genere particolare di modifi-ca comporta, alle sue influenze sulle caratteristiche dei getti, alleargomentazioni di tipo economico, alle implicazioni ecologiche.La modifica delle leghe ipoeutettiche, con un tenore di silicio inferio-re al 13%, può essere ottenuta per mezzo di aggiunte di quantitàcontrollate di sodio o di stronzio che affinano l'eutettico, in alcuni casipuò essere utile utilizzare anche calcio e antimonio. Nelle leghe ipereutettiche la struttura dei getti è affinata attraverso lamodifica dei cristalli di silicio non eutettico, con aggiunta di fosforo.La struttura della lega alluminio Silicio, ottenuta con un trattamento dimodifica, oltre a migliorare le caratteristiche meccaniche, favorisceuna alta resistenza alla corrosione, come dimostrano i test condottisu campioni prodotti con una particolare lega al-Si modificata.

11. DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA ALLA CORROSIONE

• SCOPO DEI TESTÈ stato elaborato un piano atto ad evidenziare e misurare la suscetti-bilità alla corrosione, generalizzata, localizzata, strutturale, della legada fonderia in al-Si modificata, soggetta, in combinazione con com-ponenti di bronzo, rispettivamente assemblati, a specifiche condizio-ni ambientali corrosive, in modo da simulare l’effetto di una situazio-ne industriale accelerata.I test prescelti comprendono prove e metodologie normate dall’aSTMcome descritto nei prossimi paragrafi.

• METODOLOGIA E DOCUMENTI DI RIFERIMENTOLe attrezzature di Laboratorio, le procedure utilizzate, i calcoli deirates di corrosione, i metodi di valutazione dei risultati sono scelti inaccordo o correlazione con i seguenti standard aSTM.

A 262

G 1

G 4G 16G 31G 46G 40B 368B 117D 96G 34

G 50G 46G 69G 71G 82

G 15

Practices for detecting susceptibility to intergranular attack in austeni-tic stailess steels.Practice for preparing, cleaning and evaluation corrosion test speci-mens.Methods for conducting corrosion coupons tests in plant equipment.Practice for applying statistics to analysis of corrosion date.Practice for Laboratory immersion corrosion testing of metals.Practice for examination and evaluation of pitting corrosion.Standard terminology.accelerated salt spray testing.Salt spray testing.Corrosion in plant equipment.Exfoliation corrosion susceptibility in 2xxx and 7xxx series alluminiumalloys.atmosferic corrosion test on metals.Examination of pitting corrosion.Mesaurement of corrosion potential of alluminiun alloys.Conducting and evaluating galvanic corrosion test in electrolytes.Development and use of galvanic series for predicting galvanic cor-rosion performance.Terminology. Corrosion and corrosion testing.

Procedure atte a localizzare la suscettibilità all’attacco interstrutturalenell’acciaio inossidabile austenitico.Procedura per preparare, pulire e valutare campioni sottoposti a test di corrosione.Metodi per condurre test di corrosione su attrezzature di impianti.Procedura per applicare le statistiche all’analisi della corrosione.Prova di corrosione per immersione di metalli in laboratorio.Procedura per esaminare e valutare la corrosione vaiolata (pitting).Terminologia standard.Prova accelerata in nebbia salina.Prova in nebbia salina.Corrosione su attrezzature di impianti.Suscettibilità alla corrosione ed esfoliazione nelle leghe di alluminiodella serie 2xxx e7xxx.Test di corrosione atmosferica sui metalli.Controllo della corrosione vaiolata (pitting).Misurazione della possibile corrosione nelle leghe di alluminio.Test di corrosione galvanica in soluzione elettrolitica.Sviluppo e utilizzo di serie galvaniche per prevedere risultati di corro-sione galvanica.Terminologia. Corrosione e test di corrosione.

333

• TESTING PROCEDUREIn accordance with the above aims and considering the assembledcombination of aluminium alloy and bronze components (fig. 12), aseries of tests have been planned in order to recreate industrial envi-ronmental conditions in an accelerated way. These tests were carriedout combining pairs of specimens in contact, with average surfaceratios similar to real use.

The testing procedure includes the following tests:

a) Salt spray - duration 48 / 96 hASTM B 117

b) Corrosion test in hydrogen sulphide current - duration 96 hASTM G 31

c) Corrosion test in hydrogen chloride solution 20 ppm - 600 h ASTM G 31

d) galvanic corrosion test in electrolytic solution (NaCl 5%) ASTM G 71

Pitting corrosion is evaluated on tested specimens in accordancewith aSTM g 46 and intergranular corrosion is evaluated by means ofa micrographic examination in accordance with aSTM a 262.

Equipment, test conditions, results and their analysis are recordedafter each test.

• TEST RESULTS

• PIANO DELLE PROVEIn accordo con gli scopi descritti e tenendo in evidenza la propostacombinazione in montaggio tra la lega di alluminio e i componenti inbronzo (fig. 12), si è progettata una serie di test in grado di riprodur-re in modo accelerato le condizioni ambientali di tipo industriale cheaggrediscono il prodotto finito. La serie di prove predisposte è stataeseguita abbinando coppie di campioni a contatto, con rapporti disuperficie media esposta simile all’impiego effettivo.

Il piano delle prove comprende i seguenti test:

a) Nebbia salina - durata 48 / 96 hASTM B 117

b) Test di corrosione in corrente di acido solfidrico - durata 96 hASTM G 31

c) Test di corrosione in soluzione di acido cloridrico 20 ppm - 600 hASTM G 31

d) Test di corrosione galvanica in soluzione elettrolitica (NaCl 5%)ASTM G 71

Sui campioni testati viene inoltre effettuata una valutazione della cor-rosione vaiolata (pitting) secondo aSTM g 46 e una valutazione dellacorrosione interstrutturale mediante esame micrografico secondoaSTM a 262.

attrezzatura, condizioni di prova, risultati ed analisi degli stessi sonoriportati a fronte di ciascun test.

• RISULTATI DEI TEST

Fig. n. 12 - Test piece - Campione di prova


334


Salt spray corrosion test (48-96 hours)

Test conditions

Instruments usedSalt spray chamber HERaEUS VOTSCH VSN 500

Salt concentration, density and pH5 % ± 0.5 %; mass 1033 Kg/m3; pH 6.9

Volume collected in pluviometer1.6 cc/hour

Temperature of chamber and air pressure35 ± 1°C; 0.7 atm

Testing timesDuration 48 hours and 96 hours - 24-hour observation

Washing of test piece after testRunning water

Test pieces- Silicon aluminium alloy plate- Bronze plate- Stainless steel screws

Surface finishing of test pieces600 grain carborundum paper

Test results

Prova di corrosione in nebbia salina (48-96 ore)

Condizioni di prova

Strumentazione usataCamera a nebbia salina HERaEUS VOTSCH VSN 500

Concentrazione salina, densità e pH5 % ± 0.5 %; massa 1033 Kg/m3; pH 6.9

Volume raccolto nel pluviometro1.6 cc/ora

Temperatura della camera e pressione dell’aria35 ± 1°C; 0.7 atm

Tempi di provaDurata 48 ore e 96 ore - osservazione a 24 ore

Lavaggio dei campioni al termine della provaacqua corrente

Campioni di prova- Piastrina in lega di alluminio-Silicio- Piastrina in bronzo- Viteria in acciaio inossidabile

Finitura superficiale dei proviniCarta abrasiva al carburo di silicio granulometria 600

Risultati di prova

Speciment Testing time Weight loss Comments

Al-SiBronze alloy

24 hours 0 gr Black marks appear on both al-Siand bronze plates

48 hours 0 gr Black marks worsen and spreadextensively; white corrosion depo-

sits appear

96 hours 0 gr The above defects graduallyworsen

Campione Tempo di controllo

Perdita dipeso Osservazioni

Lega Al-SiBronzo

24 ore 0 gr Formazione di macchie nere suentrambe le piastrine di lega

48 ore 0 gr Peggioramento delle macchie nereche si presentano estese, comparsa

di prodotti di corrosione bianchi

96 ore 0 gr Progressivo peggioramento dei difettiriscontrati precedentemente

335

Corrosion test in hydrogen sulphide current (duration 96 hours)

Test conditionsInstruments used- ERLENMYER 1000 cc containers- METTLER analytical balance div. 0.0001 g.

Test solution, pHaqueous solution of NaCl (5 % in weight); pH 7.4

Chamber temperature25 ± 1°C

Exposure time96 hours

Examined specimens - al-Si alloy plate:20.7 x 5.0 x 100.5 mm - Weight: 26.856 g- Bronze plate: 39.9 x 20.1 x 4.9 mm - Weight: 30.709 g


Gas flows- Saturation of testing chamber with nitrogen released at 100 cc/min

per litre of solution for 1 hour;- saturation with hydrogen sulphide released at 200 cc/min per litre

of solution for 1 hour;- saturation with hydrogen sulphide released and maintained at a

ratio of 10 cc/min per litre of solution for 96 hours.

Test results

Prova di corrosione in corrente di acido solfidrico (durata 96 ore)

Condizioni di provaStrumentazione usata- Contenitori 1000 cc tipo ERLENMYER- Bilancia analitica METTLER div. 0.0001 gr.

Soluzione di prova, pHSoluzione acquosa di NaCl al 5 % in peso; pH 7.4

Temperatura della camera25 ± 1°C

Tempo di esposizione96 ore

Campioni esaminati- Piastrina in lega di al-Si: 20.7 x 5.0 x 100.5 mm - Peso: 26.856 g- Piastrina in bronzo: 39.9 x 20.1 x 4.9 mm - Peso: 30.709 g


Flussi di gas- Saturazione della camera di prova con azoto immesso a 100 cc/min

per litro di soluzione per 1 ora;- saturazione con acido solfidrico immesso a 200 cc/min per litro di

soluzione per 1 ora;- mantenimento della saturazione con acido solfidrico immesso con

rapporto di 10 cc/min per litro di soluzione per 96 ore.

Risultati di prova

Speciment Testing time Weight loss Comments

Al-SiBronze alloy

96 hours 0 gr

The specimens do not loseweight after 96 hours.Localized black marks appear onthe surface of both plates and thedendritic structure of aluminium ismore evident. No sign on eithersurface of corrosive phenomenalike pitting.

Campione Tempo di controllo

Perdita dipeso Osservazioni

Lega Al-SiBronzo

96 ore 0 gr

Non si rileva alcuna perdita in pesodei campioni al termine delle 96ore. Sulla superficie di entrambe lepiastrine si nota la formazione dimacchie nere localizzate e lamessa in evidenza della strutturadentritica dell’alluminio. Non si evi-denzia la formazione di fenomeni dicorrosione del tipo “pitting” suentrambe le superfici


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Prova di corrosione per immersione in soluzione acquosadi acido cloridrico diluito

La prova è stata condotta utilizzando una soluzione di acido cloridri-co a 20 ppm. Di seguito sono riportati i dati relativi. I calcoli si riferiscono esclusivamente al campione in alluminio-silicioin quanto il bronzo, ha dimostrato un’ottima resistenza alla corrosio-ne non manifestando alcuna perdita in peso.

Condizioni di provaStrumentazione usata- Beuta 250 cc- Bilancia analitica METTLER div. 0.0001 g.

Soluzione di provaSoluzione acquosa di acido cloridrico al 20 ppm


Tempi di esposizione600 ore

Campioni esaminati- Piastrina in lega al-Si: 20.6 x 5.0 x 100.7 mm - Peso : 26.927 g- Densità: 2.66 g/cm3


Risultati di prova

Corrosion test - Immersion in aqueous solution of dilutedhydrogen chloride

This test was carried out using a solution of 20 ppm hydrogen chlori-de. The results are shown below. The calculations only refer to the sili-con-aluminium specimen, as the bronze piece did not lose weightand therefore demonstrated excellent corrosion resistance.

Test conditionsInstruments used- 250 cc flask- METTLER analytical balance div. 0.0001 g

Test solutionaqueous solution of 20 ppm hydrogen chloride


Exposure times (hours)600 hours

Examined specimens- al-Si alloy plate: 20.6 x 5.0 x 100.7 mm- Weight : 26.927 g- Density: 2.66 g/cm3


Test results

Explosiontime (hours)

Weight loss(g)

Corrosionindex

(mm/year)Notes

600 0,0011 0,012 -

Calculation of corrosion index:Corrosion index (mm/year) = (K x W) / (a x T x D)

where:K is a constant equal to 87600; W is the weight loss (g);a is the exposed surface (in cm2);T is the exposure time (h) and D is the density (g/ cm3).

The tested specimen demonstrated good resistance to hydrogen chloride in the per-centage of 20 ppm.

Tempo diesposizione

(ore)

Perdita dipeso (g)

Indice di cor-rosione

(mm/anno)Note

600 0,0011 0,012 -

Calcolo dell’indice di corrosione:Indice di corrosione (mm/anno) = (K x W) / (a x T x D)

dove:K è una costante pari a 87600, W è la perdita in peso (g);a la superficie esposta (in cm2);T il tempo di esposizione (h) e D la densità (g/ cm3).

Il campione sottoposto al test di corrosione ha dimostrato una buona resistenza all'aci-do cloridrico nella percentuale di 20 ppm.

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Corrosion test in galvanic current

Test conditionsInstruments used- 250 cc flask- METTLER analytical balance div. 0.0001 g.

Test solutionaqueous solution of NaCl (5% in weight)


Exposure times (hours) and applied voltages/currents (A)Voltage: 2 V - 1.4 a for 48 h

Examined specimens- al-Si alloy plate: 20.4 x 5.1 x 100.9

Weight: 26.928 g- Bronze plate: 39.9 x 20.1 x 4.9

Weight: 30.709 g


Test results

• EVALUATION OF PITTING CORROSIONPitting only appeared on the specimen subjected to galvanic currentcorrosion. It was limited (maximum depth of 0.15 mm) and more evi-dent along the edges.

Prova di corrosione in corrente galvanica

Condizioni di provaStrumentazione usata- Beuta 1000 cc- Bilancia analitica METTLER div. 0.0001 g.

Soluzione di provaSoluzione acquosa di NaCl al 5% in peso


Tempi di esposizione (ore) e tensioni/correnti applicate (A)Tensione: 2 V - 1.4 a per 48 h

Campioni esaminati- Piastrina in lega di al-Si: 20.4 x 5.1 x 100.9

Peso: 26.928 g- Piastrina in bronzo: 39.9 x 20.1 x 4.9

Peso: 30.709 g


Risultati di prova

• VALUTAZIONE DELLA CORROSIONE VAIOLATA (PITTING)Il fenomeno di pitting, presente sul solo campione sottoposto a testdi corrosione per correnti galvaniche, assume un aspetto modestocon presenza di leggere vaiolature di modesta entità (profonditàmassima 0.15 mm). La distribuzione preferenziale è in corrisponden-za degli spigoli.

Campione Tempo Perdita Ossevazionidi controllo di peso

Comportamento del campionedi bronzo offre conferma dellabuona resistenza alla corrosio-ne di questo materiale presen-tando solo lievi accenni di for-mazione di prodotti bianchisulla superficie esposta. Sulcampione di lega di al-Si i pro-dotti bianchi di corrosionesono più evidenti in particolaresulla zona di contatto fra i duemateriali.Sulla superficie di alluminio, inmaniera non uniforme, notiamola formazione di leggero feno-meno di “pitting”, localizzatoed evidente in particolare nellazona di contatto fra i due cam-pioni e sugli spigoli.

0 gr48 ore2V/1.4a

LegaaI-Si

Bronzo

Specimen Testing Weight Commentstime loss

al-SBronzealloy

48 hours2V/1.4a 0 g

The reaction of the bronzespecimen demonstrates thatthis material has excellent cor-rosion resistance. There areonly slight signs of white corro-sion deposits on the exposedsurface. On the al-Si alloy spe-cimen, the white corrosiondeposits are more evident,especially in the area of con-tact between the two materials.Slight and uneven localizedpitting appeared on the alumi-nium surface. This was morenoticeable in the area of con-tact between the two speci-mens and along the edges.

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• EVALUATION OF INTERGRANULAR CORROSIONThe micrographic structures of the specimens during the corrosiontests were analysed to identify signs of intergranular corrosion.after the metallographic preparation of the specimens (cutting, polis-hing and chemical attack), the structures showed the typical charac-teristics of the tested alloys. In particular, you can note the typicalstructural differences deriving from the different solidification speedsMicrophotograph n°1 (figure 10): aluminium dendrites in solid solu-tion with matrix formed by the al-Si eutectic; Microphotograph n°2(figure 11): interdendritic particles of the silicon eutectic in the alu-minium matrix. These two types of structures are present in all thetested specimens and continuously pass from one to anotherMicrophotograph n°3 (figure 13). None of the structures show signsof intergranular corrosion.

• FINAL COMMENTSThe corrosion of the tested alloy, also when combined with bronzecomponents, can be summarized in the following way:

1. Corrosion test in salt spray fogBoth materials behave in a very similar way and demonstrate ade-quate corrosion resistance. The corrosion is also adequately limited.

2. Corrosion test in hydrogen sulphide current Both materials behave in a very similar way and do not lose weightor show signs of substantial corrosion. There are no signs of altera-tions even on a microstructural level.

3. Corrosion test in aqueous solution of hydrogen chlorideThe aluminium alloy subjected to the corrosion test in hydrogen chlo-ride demonstrated good corrosion resistance. There are no signs ofalterations on a microstructural level.

4. Corrosion test in galvanic currentThe bronze component reacts slightly better, but the al-Si alloy doesnot show any particularly negative signs. The only effect is smallsigns of localized pitting in some areas.

• VALUTAZIONE DELLA CORROSIONE INTERSTRUTTURALELe strutture micrografiche dei campioni testati nel corso delle diffe-renti prove di corrosione, sono state verificate allo scopo di indivi-duare fenomeni di corrosione di tipo interstrutturale.Dopo preparazione metallografica dei campioni (taglio, lucidatura edattacco chimico), le strutture si presentano con le tipiche caratteristi-che delle leghe in oggetto. In particolare si notano le differenze strut-turali tipiche derivanti dalle differenti velocità di solidificazioneMicrofoto n°1 (figura 10): dendriti di alluminio in soluzione solida conmatrice formata dall’eutettico al-Si; Microfoto n°2 (figura 11): particelle interdendritiche dell’eutettico sili-cio nella matrice di alluminio. Questi due tipi di strutture sono presentisu tutti i campioni esaminati e passano con continuità dall’una all’al-tra Microfoto n°3 (figura 13). Tutte le strutture osservate evidenzianol’assenza di fenomeni di corrosione interstrutturale.

• COMMENTI FINALIIl comportamento alla corrosione della lega in oggetto, anche accop-piata con manufatti in bronzo, può essere riassunto sinteticamentenel modo seguente:

1. Prova di corrosione in nebbia salinaI due materiali presentano un comportamento sensibilmente analogo,denotando una peraltro soddisfacente resistenza alla corrosione chesi mantiene a livello sufficientemente contenuto.

2. Prova di corrosione in corrente di acido solfidricoI due materiali presentano comportamento sensibilmente analogo,senza perdite di peso nè presenza di sostanziali fenomeni corrosivi.anche a livello microstrutturale non si notano alterazioni di sorta.

3. Prova di corrosione in soluzione acquosa di acido cloridricoLa lega di alluminio sottoposta al test di corrosione in acido cloridri-co ha evidenziato una buona resistenza alla corrosione. anche a livel-lo microstrutturale non si notano alterazioni.

4. Prova di corrosione in corrente galvanicaPur confermando una leggera differenza di comportamento a favoredel componente in bronzo, non si riscontrano, sulla lega al-Si, sostan-ziali fenomeni negativi. Come unico effetto rimane un leggero feno-meno di pitting localizzato su alcune aree.

Fig. n. 13 - Micrograph of specimen after tests

Micrografia del campione dopo i test

339

Note

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Note

Documents

Cortem appendix