Что такое искробезопасная электрическая цепь

Искробезопасной называется такая электрическая цепь, само исполнение которой с вероятностью не более 0,1% не допустит возникновения электрического разряда, способного вызвать воспламенение окружающей ее взрывоопасной среды, что, как правило, подтверждается условиями испытаний.

Условие взрывозащищенности «искробезопасной электрической цепи» зиждется на поддержании в такой цепи напряжения, тока и мощности на определенном искробезопасном уровне. Для искробезопасной цепи можно выделить три уровня искробезопасности: ia, ib и ic.

Искробезопасные уровни

ia - особо взрывобезопасный уровень. Здесь предполагается соблюдение безопасных условий даже тогда, когда случаются два независимых или одновременных повреждения цепи. Данный уровень искробезопасности гарантирует наибольшую взрывозащиту и безопасность, поэтому он применим ко взрывоопасным зонам класса 0,1 и 2.

ib – взрывобезопасный уровень. С этим уровнем допускается лишь одно повреждение, поэтому он применим лишь ко взрывоопасным зонам класса 1 и 2.

ic – уровень повышенной надежности против взрыва. Вообще не допускает повреждений, в связи с чем применяется только во взрывоопасных зонах класса 2.

Классы взрывоопасных зон

Как и уровни искробезопасности цепей, взрывоопасные зоны также классифицируются:

Взрывоопасная зона 0. В такой зоне постоянно или на протяжении длительного времени присутствует взрывоопасная газовая смесь.

Взрывоопасная зона 1. В этой зоне даже при нормальных условиях эксплуатации оборудования всегда есть некоторая вероятность того, что взрывоопасная газовая смесь может присутствовать вокруг.

Взрывоопасная зона 2. В данной зоне при нормальных условиях эксплуатации оборудования вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси очень маловероятна. Если такое и случается, то крайне редко, и то на непродолжительный промежуток времени.

Сравнительная таблица уровней искробезопасности

• Для зоны 0 требуется уровень ia.

• Для зоны 1 допускаются уровни ia и ib.

• Для зоны 2 хватает уровня ic, реже ib и ia.

Выбор уровня защиты

Выбор уровня защиты зависит от зоны эксплуатации и требуемой надёжности. Уровень ia обеспечивает максимальную безопасность, поскольку он требует отсутствия воспламенения при двух независимых повреждениях в цепи. Это делает его пригодным для использования в зонах с высокой вероятностью присутствия взрывоопасных сред, таких как зона 0.

Уровень ic, наоборот, обеспечивает минимальную безопасность, но достаточную для зон с низким риском, таких как зона 2. В этих зонах взрывоопасная атмосфера маловероятна, и требования к безопасности менее строги. Однако даже при уровне ic необходимо обеспечить, чтобы цепь не вызывала воспламенения в нормальных условиях эксплуатации.

Уровень ib занимает промежуточное положение и обеспечивает защиту при одном повреждении. Он используется в зонах 1, где взрывоопасная атмосфера может возникнуть при аварии или неисправности оборудования.

Таким образом, выбор уровня защиты зависит от конкретных условий эксплуатации и требований к безопасности в каждой зоне.

Кроме того, при выборе уровня защиты учитываются такие факторы, как тип взрывоопасной среды (газ, пыль или пар), температура самовоспламенения и группа взрывоопасности. Это позволяет обеспечить максимальную безопасность и предотвратить риск воспламенения во взрывоопасных зонах.

Коэффициент искробезопасности

Для применяемых искробезопасных цепей вводится особый коэффициент - коэффициент искробезопасности. Он выражает отношение минимальных параметров условия воспламенения к соответствующим параметрам искробезопасности. Так, в Соединенных Штатах для защиты от взрыва по типу «искробезопасная электрическая цепь» принимают следующие искробезопасные коэффициенты:

Коэффициент искробезопасности 1,5 — для одного повреждения в наиболее неблагоприятных условиях;

Коэффициент искробезопасности 1 — для двух повреждений в наиболее неблагоприятных условиях;

Например в Северной Америке коэффициент 1,5 по энергии принят для условий, когда устройство прошло экспериментальные испытания. В ходе теоретических исследований для нормального режима и для аварийного режима с одним повреждением берут коэффициент 2 по току и напряжению, а для аварийного режима с двумя повреждениями принимают коэффициент искробезопасности 1,33.

Главная причина, почему в данных условиях повышают коэффициент искробезопасности — при теоретических исследованиях обычно не располагают полной информацией о номиналах всех компонентов, например величина индуктивности может зависеть от того, как ее измеряют.

Согласно отечественному ГОСТу и евростандартам, коэффициент искробезопасности искробезопасной цепи не должен быть менее 1,5 для нормального режима работы электрооборудования, а также для аварийного режима с искусственно созданным повреждением соединений и прочих элементов на данном электрооборудовании. Применительно к напряжению и току, коэффициент искробезопасности 1,5 соответствует коэффициенту 2,25 применительно к энергии.Простое электрооборудование

Электрооборудование имеет собственную классификацию в аспекте искробезопасности. Простое оборудование включает в себя электрические устройства или совокупность электрических устройств простой конструкции с определенными значениями установленных технических параметров, соответствующих параметрам искробезопасности той электрической цепи, в которой они применяются.

К такому простому электрооборудованию относятся:

• 1 — пассивные электрические устройства - выключатели, распределительные коробки, простые полупроводниковые приборы, резисторы;

• 2 — устройства, могущие накапливать энергию с электрическими параметрами, которые установлены и учитываются при определении искробезопасности — конденсатор, катушка индуктивности;

• 3 — генерирующие энергию устройства — термопары и фотоэлементы с напряжением не более 1,5 В, током не более 0,1 А, мощностью не более 0,025 Вт. Индуктивные и емкостные факторы данных устройств учитываются как во 2 подпункте.

Необходимо понимать, что простое оборудование должно отвечать требованиям, предъявляемым актуальной научно-технической документацией к искробезопасному оборудованию. Так, согласно ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010, применяя простое оборудование в искробезопасных цепях, необходимо учитывать следующее:

1) Простое оборудование не должно быть безопасным благодаря ограничителям тока и/или напряжения.

2) В составе оборудование не должно присутствовать средств повышения напряжения или тока.

3) Предварительно простое оборудование обязательно испытывается удвоенным напряжением, минимум 500 В.

4) Все зажимы обязаны отвечать спец.требованиям.

5) Оболочки из неметаллов или легких сплавов должны быть электростатически безопасными.

6) Температурный класс оборудования должен соответствовать условиям эксплуатации.

Практически данный ряд ограничений вызывает затруднения для использования простого оборудования в искробезопасных цепях. Пункты 1 и 2 как правило соблюдаются легко. А вот пункты с 3 по 6 — уже способны вызвать трудности.

Скажем, термометр сопротивления хотя и является простым оборудованием, однако по ГОСТу 6651-2009 испытывается такое устройство лишь напряжением 250 В, и значит не может применяться в искробезопасной цепи (в соответствии с пунктом 3). Для применения такого устройства необходимо особое исполнение датчика с надлежащей прочностью его изоляции.

По пунктам 4 и 5 простое оборудование проверить непросто, ибо необходимая информация часто недоступна, и правильно провести проверку не представляется возможным.

Искробезопасное электрооборудование

Искробезопасным называется такое электрооборудование, которое имеет искробезопасные внутренние и внешние электрические цепи. Внешнее оборудование, такое как выходные элементы, соленоидальные клапаны, преобразователи ток-давление, будучи применено во взрывоопасной зоне должно иметь сертификат на электробезопасность. Сертификация базируется на максимуме уровня энергии и значении температуры самовоспламенения.

Электрооборудование, устанавливаемое во взрывоопасных условиях, должно иметь соответствующую маркировку, содержащую обозначение уровня искробезопасности цепи. Маркировка включает специальный знак Ex в шестиугольной рамке, а также указывает на уровень взрывозащиты, например, повышенную надежность или взрывобезопасность.

Сертификация электрооборудования базируется на максимуме уровня энергии и значении температуры самовоспламенения. Для этого учитываются такие параметры, как предельное напряжение, максимальный ток, эквивалентная ёмкость и индуктивность. Эти значения рассчитываются по формуле, которая учитывает энергию, выделяемую при разряде.

Процесс сертификации включает анализ технической документации, испытания на соответствие параметров, и оформление сертификата сроком до пяти лет для серийного производства. Исключения из сертификации составляют оборудование с напряжением не более 1,2 В или током не более 0,1 А.

Для ввоза импортного оборудования обязательна пересертификация по российским стандартам, даже при наличии сертификатов ATEX или IECEx. Это связано с тем, что требования к безопасности могут различаться в разных странах.

В целом, искробезопасное электрооборудование должно быть спроектировано и сертифицировано так, чтобы минимизировать риск воспламенения взрывоопасной среды и обеспечить безопасную эксплуатацию в опасных зонах.

Связанное электрооборудование

К связанному электрооборудованию относятся цепи устройств и электрооборудование, которое при нормальном или аварийном режимах работы не оказывается отделено гальванически от искробезопасной цепи.

Пассивные и изолированные барьеры постоянного тока, а также контрольно-измерительное оборудование, применяемое для измерения и сопряжения сигналов принимаемых из опасных зон, выступают главной частью оборудования данного типа, и поэтому должны иметь сертификаты на максимальное значение энергии, которое может быть передано во взрывоопасную зону.

Само электрооборудование размещается во взрывобезопасной зоне, а если необходимо разместить его во взрывоопасной зоне, то оборудование оснащается соответствующей взрывозащитой.

Европейские предприятия на связанном электрооборудовании, размещаемом во взрывобезопасной зоне, ставят маркировку [Ex ia] IIC. А связанное электрооборудование, которое размещается во взрывоопасной зоне, и имеет при этом взрывонепроницаемую оболочку, маркируется Ex «d» [ia] IIC T4. Маркировка в квадратных скобках отражает тот факт, что данное электрооборудование является связанным.

Взравозащищенное электрооборудование с взрывозащитой вида «искробезопасная электрическая цепь», размещаемое во возрывоопасной зоне, обязано иметь сертификат касательно величины температуры самовоспламенения.

Примеры маркировки

Примеры маркировки искробезопасного оборудования включают в себя обозначение уровня искробезопасности, вида взрывозащиты и других параметров, таких как категория и группа взрывоопасной смеси, а также температурный класс.

Например, маркировка Ex ia IIC T6 Gb указывает на то, что оборудование имеет искробезопасную цепь уровня ia, предназначенную для применения во взрывоопасных газовых средах категории IIC с температурным классом T6 и уровнем взрывозащиты Gb. Другой пример — [Ex ia] IIC, который обозначает связанное оборудование, размещенное во взрывоопасной зоне, с искробезопасной цепью уровня ia для категории IIC.

Маркировка может включать дополнительные символы, такие как Ga или Gb, которые указывают на уровень взрывозащиты для газовых сред. Например, [Ex ia Ga] — оборудование для применения в газовых средах с уровнем защиты Ga.

Такая маркировка необходима для обеспечения безопасности при использовании оборудования во взрывоопасных зонах и подтверждает соответствие оборудования стандартам взрывозащиты.

Особенности искробезопасного монтажа

Монтаж электроустановок с искробезопасными электрическими цепями выполняется так, чтобы внешние электрические и магнитные поля не оказывали вредного влияния на их искробезопасность. Источниками внешних электрических и магнитных полей могут оказаться проходящие рядом ЛЭП или провода с большим током. Полезно использование экранов, изгиб жил, либо физическое отодвигание источника электрического или магнитного поля от установки.

В соответствии с ПУЭ п 7.3.117, кабели искробезопасных электрических цепей, устанавливаемые хоть во взрывоопасной зоне, хоть вне ее, обязаны отвечать надлежащим требованиям.

Кабель искробезопасной цепи отделяется от всех кабелей согласно ГОСТ 22782.5-78. Недопустимо использовать в искробезопасной и искроопасной цепи одного и того же кабеля. Высокочастотные кабели искробезопасных цепей не должны иметь петель. Кроме того, провода искробезопасных цепей обязательно защищаются от наводок, могущих нарушить их искробезопасность.

Если в одном канале или пучке имеются одновременно кабели искроопасных и искробезопасных цепей, то их рекомендовано разделять слоем промежуточной изоляции либо заземленной проводящей перегородкой. Не разделять такие кабели можно лишь при условии, что искробезопасные или искроопасные цепи имеют собственные индивидуальные экраны или металлические оболочки.

При прокладке искробезопасных кабельных трасс во взрывоопасных зонах, необходимо соблюдать и прочие требования ПУЭ гл. 7.3.

Выбирая кабель для взрывоопасной зоны, учитывают следующие требования ПУЭ:

• проводники должны быть изолированы;

• используются только провода с медными жилами;

• допускается резиновая или ПВХ-изоляция;

• полиэтиленовая изоляция запрещена; во взрывоопасных зонах класса BI и Bia алюминиевая оболочка исключается.

Если прокладка кабеля осуществляется внешним способом, то оболочка кабеля не должна быть изготовлена из материалов, способных поддерживать горение, таких как битум, джут или хлопчатобумажная оплетка. Каждая жила, если она не используется, должна иметь изоляцию от других жил и от земли, что достигается применением заделок. Это необходимо для предотвращения случайного соединения искробезопасных цепей с искроопасными или заземленными цепями.

Если другие цепи многожильного кабеля заземлены через связанное оборудование, жила соединяется со специальной точкой заземления, предназначенной для заземления любых искробезопасных цепей того же кабеля. Однако жила должна быть изолирована также концевой заделкой от земли и от других жил на противоположном ее конце. Это обеспечивает надежную защиту от случайных замыканий и поддерживает искробезопасность цепи.

Изоляция концов проводов искробезопасных цепей выполняется синим цветом, что регламентировано в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Это позволяет легко идентифицировать искробезопасные цепи и предотвратить ошибки при монтаже или обслуживании. Кроме того, кабели, содержащие искробезопасные цепи, могут быть промаркированы синим цветом или надписями, если они не бронированы или экранированы.

Для обеспечения безопасности во взрывоопасных зонах кабели искробезопасных цепей должны быть отделены от кабелей искроопасных цепей, например, путем прокладки в разных лотках или использованием экранов. Это предотвращает воздействие внешних электрических или магнитных полей на искробезопасные цепи и снижает риск воспламенения.

Сравнительная таблица стандартов по взрывозащите и искробезопасности

• Российский ГОСТ и ПУЭ используют термины "Зона 0, 1, 2" и требования к документации и паспорту оборудования.

• ATEX — база ЕС, оборудование маркируется знаком CE и Ex, разделение на категории по зонам и типу опасности.

• IECEx — глобальный стандарт, часто используется для экспорта, маркировка схожа с ATEX.

• NFPA-70 (NEC) — американский, вместо зон чаще используются Division (Div 1 — высокая вероятность опасности, Div 2 — низкая).

• UL-913 — добровольный (часто для датчиков и контроллеров), широко применяется для искробезопасных систем Class I Division 1.

Распространённые ошибки и мифы при проектировании и эксплуатации искробезопасных цепей

Критические ошибки

1. Использование "универсальных" кабелей для всех зон

   • Нельзя применять один тип кабеля во всех взрывоопасных зонах. По требованиям ПУЭ и ГОСТ для искробезопасных цепей нужны медные жилы, допустимы только определённые типы изоляции (резиновая, ПВХ, запрещена полиэтиленовая в ряде случаев). Алюминиевая оболочка – под строгим запретом для классов BI и Bia. Важно также разносить кабели искробезопасных цепей с искроопасными в разные трассы или разделять проводящими перегородками.

2. Отсутствие индивидуально выделенных экранов и трасс

   • Ошибка: совместная прокладка кабелей искробезопасных и искроопасных цепей без физического разделения. Это может привести к наводкам или даже к аварии.

   • Правильно: разделять трассы либо использовать индивидуальные экраны. Искробезопасные кабели маркируются синей изоляцией.

3. Неправильное определение уровня защиты

   • Миф: можно поставить оборудование с любым уровнем защиты в любую зону.

   • На самом деле: уровень ia разрешён только для зоны 0, ib – для зон 1 и 2, ic – только для зоны 2. Если ошибиться, возрастает риск воспламенения.

4. Применение несертифицированного оборудования

   • Использование устройств без сертификата по энергопараметрам или с неизвестными характеристиками (ёмкость, индуктивность, мощность).

   • Важно: оборудование обязано пройти аудированную сертификацию и испытания, учитывая требования максимальной энергии и класса температуры.

5. Недостаточная изоляция и маркировка проводников

   • Нарушение идентификации проводов (использование другого цвета, отсутствие маркировки), неправильная изоляция концов, неверная заделка.

6. Пренебрежение электромагнитной совместимостью

   • Миф: слабые поля не влияют на искробезопасность.

   • Реальность: внешние электромагнитные или электрические поля могут создать опасные наводки – необходимы экраны, изгибы жил и правильное удаление источников поля. 

Популярные заблуждения

• "Достаточно поставить любой медный кабель с двойной изоляцией – будет безопасно"

• Нет. Нужно соответствие требованиям по материалу, типу изоляции, цветовой идентификации, разделению с другими цепями и наличию сертификата.

• "Связанное оборудование не нужно сертифицировать – оно уносится из зоны"

• Не верно. Любое оборудование, напрямую связанное с искробезопасной цепью, обязано тестироваться по критериям энергии и температуры, независимо от места установки.

• "Ограничители тока и напряжения автоматически делают оборудование простым и безопасным"

• Ошибка. Простое оборудование не должно быть безопасным только за счёт ограничителей. Требуются испытания, оформленные по ГОСТ и международным стандартам.

• "Все кабели с надписью Ex подходят для любой зоны"

• Нет. Нужно смотреть на маркировку уровня (ia, ib, ic), группу взрывоопасной смеси (IIC и др.), температурный класс и уровень защиты (Ga, Gb, Gc).

Быстрый разбор: Как проверить свои решения

• Проверьте зону эксплуатации и уровень требуемой защиты для каждого элемента.

• Убедитесь, что кабели и оборудование имеют действующую сертификацию и маркировку.

• Разнесите кабели искробезопасных цепей с искроопасными и защищайте от наводок экранами, перегородками или расстоянием.

• Следите за правильной маркировкой, синим цветом изоляции, отдельной трассой и обозначениями Ex ia / ib / ic.

Андрей Повный