О применении электрооборудования в зонах, опасных по взрывам горючей пыли и волокон

При разработке главы 7.3 «Электроустановки во взрывоопасных зонах» Правил устройства электроустановок (ПУЭ-76) по предложению Украинского научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института взрывозащищенного и рудничного электрооборудования с опытно-экспериментальным производством (УкрНИИВЭ) в п. 7.3-63 было внесено требование о том, что во взрывоопасных зонах классов В-II и В-IIа рекомендуется применять электрооборудование, предназначенное для взрывоопасных зон со смесями горючей пыли с воздухом.

Шло время, но такое электрооборудование, по-видимому, по экономическим соображениям в стране не разрабатывалось и не выпускалось. Однако приведенное выше требование включалось в последующие издания ПУЭ, а в Украине — в ДНАОП 0.00-1.32-01. Поэтому в них было допущено применение во взрывоопасных зонах классов 20 и 21 (бывшая зона В-II) взрывозащищенного электрооборудования, а в зоне класса 22 (бывшая зона В-IIа) — электрооборудования общего назначения без средств взрывозащиты, но имеющего защиту от внешних воздействий не ниже IР54, при условии соблюдения непревышения максимально допустимой температуры нагрева наружных поверхностей указанного электрооборудования. Эта температура определяется для каждого конкретного вида пыли и волокна, где может эксплуатироваться электрооборудование. Для слоя осевшей горючей пыли (волокна) толщиной 5 мм опытным путем определяют температуру самовоспламенения и из полученного значения вычитают 75 °С. Для слоя пыли толщиной 12,5 мм тоже определяют температуру самовоспламенения, которую уменьшают на 25 °С. Эти значения считаются максимально допустимой температурой нагрева поверхности применяемого электрооборудования.
Для взвешенной пыли или волокна (аэрозоли) максимально допустимая температура наружной поверхности электрооборудования не должна превышать 2/3 температуры самовоспламенения аэрозоли конкретной пыли или волокна. В тех случаях, когда на оболочку электрооборудования осядет пыль толщиной больше 12,5 мм, должны проводиться специальные испытания. Кроме того, многие организации и предприятия не имеют данных о температурах самовоспламенения горючей пыли и волокон. Поэтому испытания аэрогелей и аэрозолей горючей пыли и волокон производятся на установках и по методикам согласно стандарту МЭК 61241-2—1-99 в Государственном испытательном сертификационном центре взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ГИСЦ ВЭ) по заявкам заинтересованных организаций и предприятий любой формы собственности.
Несмотря на то, что в Украине еще не выпускается электрооборудование, предназначенное для использования в зонах, опасных по взрыву пыли и волокон, в УкрНИИВЭ были проведены работы по исследованию взрывозащитных свойств щелей во фланцевых соединениях оболочек при горении в них пыли. Результаты этих испытаний показали, что при нормируемых значениях взрывонепроницаемой длины и ширины щели, разъемных частях оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования горение в оболочке пыли (мука пшеничная, сахарная пудра, крахмал картофельный, канифоль, нафталин, ксилит и др. пыль) не приводило к поджиганию наружного слоя испытываемой пыли. Дополнительным средством защиты от проникновения пыли в металлические оболочки электрооборудования с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» является покрытие взрывозащитных щелей антикоррозионной смазкой, на которую прилипает проникающая горючая пыль и волокно, а также наличие эластичных прокладок, обеспечивающих требуемую степень защиты оболочек от внешних воздействий.
Для взрывоопасных зон класса 22, которые могут быть на открытом пространстве для условий, опасных по взрыву пыли, применяются электротехнические изделия в исполнении «рудничное нормальное» — РН2 по ГОСТ 24754—81, предназначенные для подземных выработок рудников (кроме угольных шахт), не опасных по взрыву газа, карьеров по добыче полезных ископаемых открытым способом, так как имеют степень защиты от внешних воздействий не ниже IР54. Также может применяться отремонтированное взрывобезопасное электрооборудование, применяемое в угольных шахтах, если оно после ремонта по каким-либо причинам не удовлетворяет нормативным требованиям по взрывозащите. Маркировка такого электрооборудования изменяется на РН1 или РН2.
На многие типы изделий в исполнении РН1 и РН2 имеется техническая документация, и больших трудностей по производству запрашиваемых промышленностью изделий не возникает.
Проведенный ГИСЦ ВЭ анализ минимальных энергий аэрозолей, а позднее и аэрогелей многих видов горючей пыли с целью применения взрывозащищенного электрооборудования с видом взрывозащиты «искробезопасная цепь» по ГОСТ 22782.5 показал, что коэффициент взрывобезопасности рассмотренных пылевоздушных смесей (отношение минимальных энергий поджигания пыли к энергиям поджигания контрольных испытательных взрывоопасных смесей воздуха с водородом или ацетиленом) значительно превышает допустимое значение — 1,5. Это указывает на то, что все серийно выпускаемое искробезопасное электрооборудование можно применять в среде взрывоопасных смесей горючей пыли в смеси с воздухом при соблюдении допустимых уровней взрывозащиты в зависимости от классов взрывоопасных зон (20, 21, 22) согласно ДНАОП 0.00-1.32-01.
В отличие от Украины в мировой практике широко применяются устройства для целевого применения во взрывоопасных пылевых средах, которые отнесены к электрооборудованию группы III. В соответствии с природой взрывоопасной среды электрооборудование группы III подразделяется на три подгруппы:
подгруппа IIIА — для горючих взвешенных частиц;
подгруппа IIIВ — для токонепроводящей пыли;
подгруппа IIIС — для токопроводящей пыли.
Учитывая перспективность использования этого электрооборудования, требования к нему включены в подготавливаемую в настоящее время пятую редакцию стандарта IЕС 60079.5-Еd.5. Согласно этому стандарту электрооборудование группы III всех видов взрывозащиты должно маркироваться в зависимости от максимальной температуры его поверхности, которая без слоя пыли не должна превышать присвоенной максимальной температуры и температуры поджигания слоя или облака конкретной горючей пыли, для которой оно предназначено.
Кроме этого, может определяться максимальная температура поверхности для заданной толщины слоя пыли Т1, охватывающего электрооборудование. В этом случае для указания на специальные условия применения электрооборудование маркируется символом «Х». Дополнительная информация о применении электрооборудования в условиях, где возможно образование слоя пыли толщиной более 50 мм, приведена в IЕС 61241-14.
Оболочки, которые могут открываться раньше времени, необходимого для разрядки встроенных конденсаторов, заряженных напряжением 200 В и выше, до остаточной энергии 20 мДж, должны иметь предупредительную надпись о необходимом времени задержки при открывании.
Электрооборудование с оболочками из пластмассы должно конструироваться таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации исключалась опасность поджигания, вызванного кистевыми разрядами. Это достигается применением пластмасс, которые не имеют основы из токопроводящего материала. В противном случае они должны отвечать одному или более из приведенных ниже требований:
поверхностное сопротивление равно или меньше 109 Ом;
электрическая прочность изоляции равна или меньше 4 кВ;
толщина внешнего слоя изоляции металлических частей больше или равна 8 мм, что делает практически невозможным распространение кистевых разрядов.
Материалы, используемые для оболочек электрооборудования группы III, не должны содержать по массе больше:
для уровней взрывозащиты 0 и 1 — 7,5% магния и титана;
для уровня взрывозащиты 2 — без ограничений (кроме вентиляторов, их кожухов и вентиляционных жалюзи, которые должны отвечать требованиям для уровня взрывозащиты 1).
Следовательно, в процессе многолетней эксплуатации в зонах, опасных по взрывам горючей пыли и волокон взрывозащищенного электрооборудования и изделий общего назначения без средств взрывозащиты, но имеющих степень защиты от внешних воздействий не ниже IР54 и максимально допустимую температуру наружных поверхностей, соответствующую температуре самовоспламенения горючей пыли и волокон в их осевшем и взвешенном состоянии, не было зафиксировано случаев взрывов или хлопков окружающей взрывоопасной среды.
Для повышения уровня взрывобезопасности предприятий, где имеются зоны, опасные по взрыву пыли и волокон, рекомендуется:
иметь данные о температуре самовоспламенения аэрозолей и аэрогелей пылеобразных веществ, находящихся во взрывоопасных зонах. Эти данные могут быть определены путем испытания пыли по специальным методикам в ГИСЦ ВЭ;
защита электрооборудования общего назначения со степенью защиты IР54 и, конечно, взрывозащищенного от электрических повреждений и перегрузок, должна удовлетворять требованиям раздела 4.10 «Электрические способы защиты», а также 4.11 «Защитные меры безопасности и защита от опасного искрения» ДНАОП 0.00-1.32-01.
Учитывая перспективность использования в помещениях, опасных по взрыву пыли, специализированного электрооборудования, обладающего повышенными технико-экономическими показателями, целесообразно ввести в гармонизированные с международными стандарты требований к его конструированию и испытаниям.

А. ОМЕЛЬЧЕНКО, первый заместитель директора УкрНИИВЭ; А. ПОГОРЕЛЬСКИЙ, канд. техн. наук, руководитель ГИСЦ ВЭ, А. КОЛЕНДОВСКИЙ, канд. техн. наук (ГИСЦ ВЭ)