Upload
donhi
View
217
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa
Ćwiczenia laboratoryjne
Instrukcja do ćwiczenia
Autor: dr inż. Sergiusz Boron
Gliwice, wrzesień 2011
Urządzenia elektryczne z osłoną ognioszczelną
-2-
1. Wprowadzenie
Zgodnie z §610 Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie
bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia
przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych „w wyrobiskach zagrożonych
wybuchem instaluje się maszyny i urządzenia budowy przeciwwybuchowej spełniające
zasadnicze wymagania określone w przepisach dotyczących wyrobów podlegających ocenie
zgodności”. Zasadnicze wymagania, o których mowa w powyższym punkcie, znajdują się w
stosownych dyrektywach Unii Europejskiej (tzw. dyrektywach nowego podejścia), które
zostały wprowadzone do prawa polskiego odpowiednimi ustawami. Dyrektywy nowego
podejścia zawierają zasadnicze (sformułowane bardzo ogólnikowo) wymagania związane z
bezpieczeństwem, zdrowiem, ochroną konsumenta i ochroną środowiska. Do chwili obecnej
przyjęto 26 dyrektyw, z których jedna dotyczy urządzeń instalowanych w przestrzeniach
zagrożonych wybuchem. Dyrektywa ta, skrótowo określana mianem ATEX, została
wprowadzona do ustawodawstwa krajowego Rozporządzeniem Ministra Gospodarki w
sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń i systemów ochrony przeznaczonych do użytku
w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (Dz. U. Nr 263, poz. 2203 z dn. 22 grudnia 2005
r.). Wyroby spełniające wymagania dyrektyw nowego podejścia powinny być oznakowane
znakiem .
Urządzenia elektryczne, będące przedmiotem dyrektywy ATEX, są klasyfikowane na dwie
grupy, w związku z atmosferą wybuchową, w której będą użytkowane:
• grupa I urządzeń: urządzenia przeznaczone do pracy w podziemiach kopalń i w
częściach ich instalacji powierzchniowych, w których jest prawdopodobne
wystąpienie zagrożenia wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego,
• grupa II urządzeń: urządzenia przeznaczone do pracy w innych przestrzeniach, w
których jest prawdopodobne wystąpienie atmosfery wybuchowej.
Urządzenia grupy I dzieli się na dwie kategorie:
• kategoria M1 obejmująca urządzenia o bardzo wysokim poziomie ochrony, które
powinny pozostawać zdolne do działania nawet w przypadku rzadko występującej
awarii urządzenia w obecności atmosfery wybuchowej; uzyskuje się to przez
zastosowanie dwóch niezależnych rodzajów budowy przeciwwybuchowej (np.
urządzenie hermetyzowane masą izolacyjną umieszczone wewnątrz osłony
ognioszczelnej) lub zapewnienie bezpieczeństwa przy dwóch niezależnych
uszkodzeniach (wymaganie to może być spełnione tylko przez urządzenia w
wykonaniu iskrobezpiecznym „ia”),
• kategoria M2 obejmująca urządzenia o wysokim poziomie ochrony, uzyskanym przez
zastosowanie jednego rodzaju budowy przeciwwybuchowej, przy czym przewiduje się wyłączenie zasilania tych urządzeń, gdy pojawi się atmosfera wybuchowa (zgodnie z
§247 rozporządzenia [3] w przypadku, gdy w wyrobisku zawartość metanu wynosi
powyżej 2%, niezwłocznie wyłącza się sieć elektryczną i unieruchamia maszyny i
urządzenia, przy czym obowiązek ten nie dotyczy urządzeń elektrycznych, które
mogą być eksploatowane przy dowolnej zawartości metanu w powietrzu).
Spośród możliwych rodzajów budowy przeciwwybuchowej w górnictwie wykorzystuje się (litery w nawiasach są symbolami przypisanymi poszczególnym rodzajom wykonania):
• urządzenia budowy wzmocnionej (e),
• urządzenia z osłoną ognioszczelną (d),
• urządzenia z osłoną gazową z nadciśnieniem (p),
-3-
• urządzenia z osłoną piaskową (q),
• urządzenia hermetyzowane (m),
• urządzenia iskrobezpieczne (ia, ib lub ic),
• urządzenia budowy specjalnej (s).
Najczęściej stosowanym, w odniesieniu do kopalnianych urządzeń elektroenergetycznych,
rodzajem budowy przeciwwybuchowej jest osłona ognioszczelna, charakteryzująca się tym,
że elementy mogące zainicjować zapłon gazowej atmosfery wybuchowej są zamknięte w
osłonie wytrzymującej ciśnienie powstające podczas wewnętrznego wybuchu mieszaniny
wybuchowej i zapobiegającej przeniesieniu się wybuchu do atmosfery wybuchowej,
otaczającej osłonę. Szczegółowe wymagania dotyczące konstrukcji i badań tych urządzeń zawarte są w normach [1] i [2].
2. Charakterystyczne cechy budowy urządzeń z osłoną ognioszczelną
2.1 Wymagania dotyczące temperatury Maksymalna temperatura powierzchni urządzeń elektrycznych grupy I nie powinna
przekraczać (p. 5.3.2.1 [1])
• 150 °C na dowolnej powierzchni, na której może osadzić się warstwa pyłu węglowego,
• 450 °C tam, gdzie osadzanie się warstwy pyłu węglowego jest wykluczone.
Jeżeli możliwe jest otwarcie obudowy zanim minie czas niezbędny do ochłodzenia
nagrzanych powierzchni części wewnętrznych do temperatury niższej od podanych powyżej,
to urządzenia powinny być oznakowane napisem ostrzegawczym „UWAGA – PO
WYŁĄCZENIU NAPIĘCIA ODCZEKAJ ... MINUT PRZED OTWARCIEM” lub „UWAGA –
NIE OTWIERAJ W OBECNOŚCI ATMOSFERY WYBUCHOWEJ” (p. 6.3 i 29.8 [1]).
2.2. Materiały i kształt obudowy Wysokie wymagania w zakresie wytrzymałości mechanicznej sprawiają, że w praktyce
osłony ognioszczelne urządzeń elektrycznych górniczych wykonuje się z blachy stalowej lub
z żeliwa. Materiały użyte do konstrukcji obudów urządzeń elektrycznych nie powinny
zawierać więcej niż 15% ogółem aluminium, magnezu i tytanu oraz więcej niż 6% ogółem
magnezu i tytanu (p. 8.1.1. [1]) (uderzenie żelaza, szczególnie zardzewiałego, o element
wykonany ze stopów lekkich może powodować powstawanie iskier, które mogą zainicjować wybuch).
Jeżeli osłona posiada kilka łączących się ze sobą przedziałów może wystąpić zjawisko
spiętrzenia ciśnienia polegające na tym, że wybuch w jednym z przedziałów może
spowodować sprężenie mieszaniny wybuchowej w innym przedziale i zwielokrotnienie
ciśnienia gazów powybuchowych. Z tego względu należy unikać tego typu rozwiązań (p. 12.3
[2]).
Puste osłony ognioszczelne (niewyposażone w aparaturę elektryczną) można certyfikować jako tzw. podzespoły Ex, co umożliwia użycie obudowy przez innych producentów bez
konieczności powtarzania wszystkich badań. Osłony powinny mieć w takim przypadku prostą geometrię (z kwadratowymi, prostokątnymi lub cylindrycznymi przekrojami poprzecznymi) i
ze zbieżnością nie przekraczającą 10%. Stosunek dowolnego głównego wymiaru do innego
głównego wymiaru nie powinien być większy niż 4:1 (p. D.3.2 [2]). Wyposażenie osłony
może być zabudowane w ten sposób, aby minimum 20% powierzchni dowolnego przekroju
pozostało wolne, co zapewni swobodny przepływ gazu i niezakłócony przebieg wybuchu (p.
D.3.10 [2]).
3.3. Elementy mocujące
-4-
Poluzowanie lub usunięcie elementów niezbędnych do zapewnienia przeciwwybuchowości
lub uniemożliwiających dostęp do nieizolowanych części czynnych powinno być możliwe
wyłącznie z użyciem narzędzia (p. 9.1 [1]). Łby śrub powinny być zabezpieczone gniazdami
ochronnymi lub osłonami (p. 9.2 [1] i 11.1 [2]). Niedopuszczalne jest stosowanie elementów
mocujących z tworzyw sztucznych lub stopów lekkich (p. 11.2 [2]). Elementy mocujące nie
powinny przechodzić na wylot przez ściany osłony ognioszczelnej. Pozostała grubość ściany
osłony ognioszczelnej d (rys. 1) powinna wynosić co najmniej jedną trzecią średnicy śruby,
ale nie mniej niż 3 mm (p. 11.5 i 11.6 [2]).
Rys. 1. Sposób wykonania otworów na śruby
Drzwi lub pokrywy szybko otwierane i zamykane wyposażone są w mechanizm
umożliwiający otwarcie lub zamknięcie za pomocą prostej manipulacji, takiej jak
przesunięcie dźwigni lub przekręcenie pokrętła. Mechanizm powinny charakteryzować dwa
ruchy robocze:
• jeden ryglujący lub odryglowujący
• drugi otwierający lub zamykający (p. 3.11 [2]).
3.4. Blokady i aparatura łączeniowa Drzwi lub pokrywy szybko działające powinny mieć mechaniczną blokadę z odłącznikiem,
tak aby osłona zachowała właściwości osłony ognioszczelnej dopóki odłącznik jest
zamknięty, natomiast odłącznik mógł być zamknięty jedynie przy zamkniętych drzwiach
(pokrywie) (p. 17.2.1 [2]). Blokada powinna być tak skonstruowana, aby pogorszenie jej
skuteczności nie było możliwe za pomocą śrubokręta, kleszczy i podobnych narzędzi (p. 10
[1]).
Mechanizm uruchamiający odłącznik powinien umożliwiać zablokowanie go w położeniu
otwarcia za pomocą kłódki (p. 18.3 [1]). Aparatura łączeniowa powinna być blokowana przez
zabezpieczenia zwarciowe i ziemnozwarciowe w celu uniemożliwienia wielokrotnego
załączania napięcia do sieci dotkniętej zakłóceniem (p. 18.3 [1]). Drzwi lub pokrywy
mocowane śrubami (ewentualnie gwintowe) powinny być wyposażone w tabliczkę z napisem
„NIE OTWIERAĆ POD NAPIĘCIEM” (p. 17.2.2 [2]).
Nie dopuszcza się aparatury łączeniowej ze stykami zanurzonymi w ciekłym dielektryku
palnym (p. 18.1 [1]). Jeżeli aparatura łączeniowa zawiera odłącznik, to powinien on odłączać wszystkie bieguny a położenie zestyków odłącznika powinno być widoczne lub stan
rozwarcia wskazywany w niezawodny sposób. Odłączniki, które nie są przeznaczone do
-5-
załączania i wyłączania pod obciążeniem, powinny być elektrycznie lub mechanicznie
zblokowane z odpowiednim urządzeniem do wyłączania pod obciążeniem (p. 18.2 [1]).
Obudowy zawierające bezpieczniki topikowe powinny być wyposażone w blokadę zezwalającą na dostęp do bezpieczników tylko przy odłączonym zasilaniu albo urządzenie
powinno być oznakowane napisem ostrzegawczym „NIE OTWIERAĆ POD NAPIĘCIEM”
(p. 19 [1]).
3.5. Złącza ognioszczelne Miejsca styku odpowiednich powierzchni dwóch elementów osłony, noszące nazwę złącz
ognioszczelnych, powinny być wykonane w sposób uniemożliwiający przeniesienie się wewnętrznego wybuchu do atmosfery wybuchowej otaczającej osłonę (p. 3.3 [2]).
Konstrukcja złączy powinna być odpowiednia do obciążeń mechanicznych, na jakie są narażone. Ich powierzchnie mogą być zabezpieczone przed korozją, jednakże pokrywanie ich
farbą jest niedopuszczalne. Powszechnie stosowanym sposobem zabezpieczenia przed korozją jest pokrywanie powierzchni złączy smarem (p. 5.1 [2]). W przypadku złącz kołnierzowych
nie powinno być zamierzonego prześwitu pomiędzy powierzchniami (z wyjątkiem szybko
zamykanych drzwi lub pokryw) (p. 5.2 [2]). Jeżeli występuje prześwit to nie powinien nigdzie
przekraczać maksymalnych wartości natomiast długość złączy nie powinna być mniejsza niż wartość minimalna. Graniczne wartości parametrów złącz ognioszczelnych podano w tabeli 1.
Tabela 1. Minimalna długość złącza i maksymalny prześwit dla osłon ognioszczelnych grupy I – złącza
kołnierzowe, cylindryczne lub cylindryczno-kołnierzowe
Minimalna
długość złącza
L mm
Maksymalny prześwit mm
Dla objętości
cm3
V≤100
Dla objętości
cm3
100<V≤500
Dla objętości
cm3
500<V≤2000
Dla objętości
cm3
V>2000
6 0,30 – – –
9,5 0,35 0,35 0,08 –
12,5 0,40 0,40 0,40 0,40
25 0,50 0,50 0,50 0,50
Jeżeli złącze jest przerwane przez otwory przeznaczone do przejścia śrub, odległość l do
krawędzi otworu (rys. 2) nie powinna być mniejsza niż (p. 5.2.4 [2]):
• 6 mm jeżeli długość złącza L < 12,5 mm,
• 8 mm jeżeli długość złącza 12,5 ≤ L < 25 mm,
• 9 mm jeżeli długość złącza L ≥ 25 mm.
W zasadzie w złączach ognioszczelnych nie stosuje się uszczelek (nie dotyczy to wpustów
kablowych), jeżeli jednak są stosowane, to nie powinny być uwzględniane przy określaniu
długości złącza ognioszczelnego ani nie powinny go dzielić (p. 5.4 [2]).
-6-
Rys. 2. Długość złącza ognioszczelnego
3.6. Skrzynki zaciskowe Skrzynki zaciskowe powinny być budowy przeciwwybuchowej i tak wykonane, aby łatwo
można było przyłączać przewody elektryczne (p. 14.2 [1]). Wewnątrz skrzynki zaciskowej, w
pobliżu innych zacisków przyłączeniowych, powinien być umieszczony zacisk
przyłączeniowy przewodu ochronnego (p. 15.1 [1]). Urządzenia elektryczne w obudowie
metalowej powinny mieć dodatkowy zewnętrzny zacisk przyłączeniowy przewodu
ochronnego (nie dotyczy to urządzeń przewidzianych do przemieszczania pod napięciem i
zasilanych przewodem zawierającym żyłę ochronną) (p. 15.2 [1]). Zaciski przyłączeniowe
przewodów ochronnych powinny umożliwiać przyłączenie co najmniej jednego przewodu o
przekroju, który podano w tabeli 2 (p. 15.4 [1]).
Zaciski zewnętrzne powinny umożliwić przyłączenie przewodu o przekroju co najmniej
4 mm2
(p. 15.4 [1]).
Tabela 2. Minimalne przekroje przewodów ochronnych
Przekrój przewodów fazowych instalacji, S mm2
Minimalny przekrój odpowiedniego przewodu ochronnego, Sp
mm2
S ≤ 16 S
16 < S ≤ 35 16
S > 35 0,5⋅S
3.7. Wpusty kablowe Wpust kablowy, czyli osprzęt przeznaczony do wprowadzenia do urządzenia jednego lub
kilku kabli (przewodów), może być wykonany jako integralna część urządzenia lub jako
urządzenie certyfikowane oddzielnie, w które można wyposażyć obudowę urządzenia
podczas jego instalowania (tzw. wpust kablowy Ex). Podstawowe elementy wpustów
kablowych przedstawiono na rys. 3 (p. A.2.1 [1]).
-7-
Rys. 3. Podstawowe elementy wpustów kablowych
1 – korpus wpustu, 2 – kabel (przewód), 3 – pierścień uszczelniający, 4 – dławik
Pierścień uszczelniający zapewnia szczelność pomiędzy wpustem a kablem (przewodem) pod
wpływem siły wywieranej na niego przez dławik. Wpusty kablowe powinny zapewniać takie
mocowanie kabla lub przewodu, aby zapobiec przekazywaniu wywieranego na niego naciągu
lub skręcania na przyłączenia (p. A.2.3.1 [1]). Wpusty nie powinny mieć ostrych krawędzi,
zdolnych do uszkodzenia kabla lub przewodu (p. A.2.4.1 [1]). Krawędź wejściowa powinna
być zaokrąglona (p. A.2.4.2 [1]). Wpusty kablowe powinny być tak skonstruowane, aby ich
poluzowanie lub zdemontowanie było możliwe tylko przy użyciu narzędzi (p. A.2.5 [1]).
Nieużywane otwory w ścianach obudowy (np. niewykorzystane wpusty kablowe) powinny
być zamknięte elementami zaślepiającymi spełniającymi wymagania osłony ognioszczelnej.
Element zaślepiający powinien być możliwy do usunięcia tylko przy użyciu narzędzia (p.
16.4 [1])
3.8. Znakowanie Część główna urządzenia elektrycznego powinna być oznakowana w widocznym miejscu.
Oznakowanie (rys. 4) powinno zawierać (p. 29.1 [1] i §56.1 [4]):
• nazwę i adres producenta,
• oznakowanie wraz z numerem indentyfikacyjnym jednostki notyfikowanej,
odpowiedzialnej za fazę kontroli produkcji,
• serię lub typ urządzenia,
• numer fabryczny (jeżeli się je stosuje),
• rok produkcji,
• specjalne oznaczenie zabezpieczenia przeciwwybuchowego wraz z symbolem
grupy i kategorią urządzeń, • znak Ex (norma [6], która do 1.10.2008 r. była zharmonizowana z dyrektywą ATEX,
stanowiła, że wymagane jest oznaczenie EEx, w związku z tym urządzenia
produkowane w latach 2004-2008 posiadają oznaczenie EEx),
• symbol wskazujący rodzaj użytej budowy przeciwwybuchowej; jeżeli zastosowano
więcej niż jeden rodzaj budowy, należy w porządku alfabetycznym podać symbole
wszystkich rodzajów,
• symbol grupy urządzenia elektrycznego,
• w razie potrzeby symbol Ta lub Tamb wraz ze specjalnym zakresem temperatury
otoczenia (jeżeli zakres temperatury otoczenia, w jakiej urządzenie może być
-8-
eksploatowane wynosi od -20 °C do +40 °C to dodatkowe oznakowanie nie jest
potrzebne), względnie symbol X wskazujący na specjalne warunki stosowania,
• nazwę lub znak wydawcy certyfikatu oraz oznaczenie certyfikatu (dwie ostatnie cyfry
roku certyfikowania, a za nimi numer kolejny certyfikatu w tym roku).
Rys. 4. Przykład oznakowania urządzenia z osłoną ognioszczelną
4. Program ćwiczenia
Należy dokonać oględzin wskazanego przez prowadzącego ćwiczenie urządzenia budowy
przeciwwybuchowej z osłoną ognioszczelną. Ocenić zgodność badanej osłony z wybranymi
wymaganiami normatywnymi poprzez następujące sprawdzenia (w nawiasach podano
odpowiednie rozdziały niniejszej instrukcji):
• badanie ogólne osłony(3.2),
• pomiar wymiarów głównych poszczególnych komór badanej osłony (3.2),
• pomiar grubości ścianek osłony,
• sposób mocowania elementów niezbędnych do zapewnienia przeciwwybuchowości
(drzwi, pokrywy – liczba i średnica śrub mocujących, zabezpieczenie przed
samoodkręcaniem i wypadaniem, gniazda ochronne itp.),
• działanie mechanizmu szybkiego otwierania i zamykania drzwi (3.3),
• wyposażenie urządzenia w aparaturę łączeniową (3.4),
• działanie blokady pomiędzy odłącznikiem a drzwiami komory głównej (3.4),
• możliwość obserwacji położenia zestyków odłącznika (3.4),
• działanie blokady uniemożliwiającej otwarcie odłącznika pod obciążeniem (3.4),
• działanie blokady uniemożliwiającej załączenie łącznika po zadziałaniu
zabezpieczenia zwarciowego (3.4),
• sposób zabezpieczenia złącz ognioszczelnych przed korozją (3.5),
• pomiar parametrów złącz ognioszczelnych – długość szczeliny, prześwit, długość szczeliny w miejscu mocowania (3.5),
-9-
• zakres stosowania uszczelek (3.5),
• wyposażenie pokryw w tabliczki ostrzegawcze (3.1, 3.4),
• dostęp do zacisków przyłączowych w skrzynkach zaciskowych, średnica śrub
zaciskowych, oznaczenie zacisków (3.6),
• umiejscowienie zacisków przyłączeniowych przewodów ochronnych wewnętrznych
i zewnętrznych (3.6),
• budowa wpustów kablowych – zaokrąglenie krawędzi, szerokość pierścieni
uszczelniających (3.7),
• zaślepienie niewykorzystanych otworów w obudowie (3.7),
• sposób i kompletność oznakowania (3.8).
5. Sprawozdanie z ćwiczenia
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
• opis przebiegu ćwiczenia,
• dane z tabliczki znamionowej badanego urządzenia,
• wyniki wykonanych w ramach ćwiczenia oględzin, pomiarów i badań zgodnie z
programem ćwiczenia,
• ewentualne dodatkowe punkty podane przez prowadzącego ćwiczenie,
• własne uwagi i wnioski wynikające z ćwiczenia.
6. Literatura 1. PN-EN 60079-0:2009 Atmosfery wybuchowe – Część 0: Sprzęt – Podstawowe
wymagania (oryg.).
2. PN-EN 60079-1:2010 Atmosfery wybuchowe – Część 1: Zabezpieczenie urządzeń za
pomocą osłon ognioszczelnych "d".
3. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie
bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego
zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz. U. Nr
139, poz. 1169 oraz z 2006 r. Nr 124, poz. 863).
4. Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń
i systemów ochrony przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych
wybuchem (Dz. U. Nr 263, poz. 2203 z dn. 22 grudnia 2005 r.).
5. PN-EN 13237:2005 Przestrzenie zagrożone wybuchem – Terminy i definicje dotyczące
urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach
zagrożonych wybuchem.
6. PN-EN 50014:2004 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem
– Wymagania ogólne (norma wycofana 1.03.2007 r., zharmonizowana z dyrektywą ATEX do 1.10.2008 r.)