انواع سیستم‌ های حفاظتی ضد انفجار و مراحل محافظت در برابر انفجار

سیستم های حفاظتی ضد انفجار

مبنا و اساس حفاظت استاندارد و مطمئن از تجهیزات در برابر آتش سوزی و انفجار، رعایت مقررات در خصوص دمای سطح تجهیز، خواص مکانیکی وسیله، فشار کاری و… است. تجهیزات مورد نظر پس از تولید باید برچسب زده شوند و خواص آن­ها روی برچسب درج شود. نهایتاً خریداران هم باید با توجه به اطلاعات نوشته شده روی برچسب و کاتالوگ محصولات، وسیل ی سیستم های حفاظتی ضد انفجار مورد نیاز خود را با توجه به شرایط محیط عملکرد سیستم انتخاب کنند.

انواع مختلفی از روش های حفاظتی و ایمنی در طراحی و ساخت تجهیزات و سیستم های حفاظتی ضد انفجار استفاده می­‌شود. این روش ها می‌­تواند شامل تغییرات در مدار الکتریکی تجهیزات و یا بهبود ساختار و استفاده از جنس های مناسب برای آن­ها باشد. این گونه اقدامات سبب جلوگیری از ایجاد جرقه و سطح داغ در تجهیزات شده که جلوی ایجاد آتش و انفجار را می­‌گیرند. بسته به کلاس و ناحیه (Zone) وسیلۀ مورد استفاده، اقدامات ضد انفجار روی آن اعمال می­شود.

شما می­‌توانید استانداردهای ایمنی مربوط به اقدامات مختلف در طراحی و تولید وسایل ضد انفجار را در مقاله استانداردهای تجهیزات ضد انفجار مشاهده کنید. در این مقاله سعی شده است تا مباحث مربوط به تجهیزات و سیستم های حفاظتی ضد انفجار و روش های حفاظتی به طور کامل بیان شوند.

مراحل محافظت در برابر انفجار

مرحله اول

اقدامات اولیۀ محافظت در برابر انفجار شامل یک سری اقدامات پیشگیرانه در راستای جلوگیری از وقوع انفجار، برای تجهیزات فعال در محیط های مستعد انفجار است. از آن­جایی که همواره پیشگیری راه بهتری از رفع مشکل ایجاد شده است، انجام اقدامات اولیۀ حفاظتی برای سیستم های حفاظتی ضد انفجار بسیار مهم و کاربردی است. از جمله اقدامات اولیۀ حفاظت در برابر انفجار عبارتند از:

• استفاده از مواد و تکنولوژی های جایگزین به جای مواد قابل احتراق
• استفاده از گازهای غیرقابل احتراق و بی اثر در محیط احتراق مانند دی اکسید کربن و نیتروژن که سبب کاهش غلظت اکسیژن در محیط قابل انفجار شده و احتمال ایجاد احتراق کاهش می‌­یابد.
• کاهش غلظت گازهای قابل احتراق در محیط به وسیلۀ سیستم های ونت طبیعی یا اجباری

مرحله دوم

از آن­جایی که ممکن است اقدامات پیشگیرانۀ مرحله اول برای جلوگیری از ایجاد انفجار کافی نباشد، لازم است تا اقدامات دیگری طی مرحلۀ دوم انجام شود و این اقدامات از ایجاد و پیشرفت شعلۀ آتش جلوگیری کند. نوع و درجۀ اقدامات ایمنی صورت گرفته در مرحلۀ دوم، وابستگی فراوانی به محیط قابل انفجار و تجهیزات مورد استفاده دارد.

مرحله سوم

در صورتی که شرایط محیط به نحوی باشد که نتوان به وسیلۀ اقدامات پیشگیرانۀ مرحله اول و دوم، احتمال وقوع انفجار و شعله را از بین برد لازم است تا اقدامات مرحلۀ سوم بر روی آن وسیله و محیط انجام شود. این اقدامات در حقیقت میزان تأثیر ناشی از ایجاد انفجار را به حداقل می‌­رساند. برخی از این اقدامات عبارتند از:

• طراحی وسیله به صورت ضد شعله با مقاومت فشاری بالا
• استفاده از تجهیزات کاهش فشار و جبران فشار
• کنترل انفجار به وسیلۀ دستگاه های خاص

دسته بندی تجهیزات و سطح حفاظت از تجهیزات ضد انفجار

در دسته ی ایمنی و حفاظت، تجهیزات مورد نیاز برای یک محیط دارای قابلیت انفجار، بسته به کلاس و شرایط محیط دارای انواع مختلفی هستند و درجۀ حفاظتی متفاوتی دارند. تجهیزات و سیستم های حفاظتی ضد انفجار در اروپا با استاندارد ATEX 2014/34 طبقه بندی می­‌شوند. همچنین سطح حفاظت از تجهیزات Explosion Protection Level (EOL) در سازوکار بین المللی مطابق با استاندارد IEC 60079 رعایت می­‌گردد.

سه دسته بندی مختلف برای تجهیزات ضد انفجار وجود دارد که از قرار زیر است:

1. گروه اول (Category 1) : تجهیزات موجود در این دسته از ایمنی خیلی بالایی برخوردار هستند و حتی در موارد نادر بروز خطا، تجهیزات باید به گونه ای عمل می­کنند که از انفجار جلوگیری شود. در این تجهیزات درصورتی که سیستم محافظ از دور خارج شود و نتواند وظیفۀ خود را انجام دهد، حداقل یک سیستم دیگر جهت محافظت وجود دارد که جایگزین گردد.
2. گروه دوم (Category 2) : تجهیزات موجود در این دسته از ایمنی بالایی برخوردار هستند. این تجهیزات قابلیت جلوگیری از انفجار در صورت خطاهای مکرر سیستم را دارا می­‌باشند.
3. گروه سوم (Category 3) : تجهیزات موجود در این گروه از درجه ایمنی لازم برای عملکرد عادی سیستم برخوردار هستند.

استفاده از پسوند G یا D در تجهیزات ضد انفجار، بیانگر استفاده از تجهیزات در مناطق خطرناک با انفجار گاز (G) و یا مناطقی با گرد و غبار قابل احتراق (D) است.

در گروه های ایمنی ذاتی (Intrinsic safety)، محفظۀ ضد انفجار (Flameproof enclosure) و نوع (n (n–Type تجهیزات ضد انفجار همچنین به گروه های IIA ،IIB یا IIC برای گازها طبقه بندی می شوند. جدول زیر حداکثر انرژی مجاز گروه های IIA ، IIB و IIC را در تجهیزات ضد انفجار طبق استاندارد EN60079-19 نشان می‌­دهد.

گروه	حداکثر انرژی مجاز
IIA	20
IIB	80
IIC	160

انواع سیستم‌ های حفاظتی ضد انفجار و کاربردهای آن­ها

خود ایمن Intrinsic safety) EX i)

این روش ایمنی تجهیزات با روش های دیگر تفاوت دارد. این سیستم نه تنها تک تک تجهیزات الکتریکی را ایمن می­‌کند بلکه یک سیستم ایمنی کلی هم برای مدار در نظر می­‌گیرد. سیستم های خود ایمن مقدار جریان و ولتاژ را در تجهیزات محدود می­‌کنند تا هیچ جرقه ای نتواند ایجاد شود و سبب آتش گیری و انفجار تجهیزات شود.

محدود کردن ولتاژ به علت کنترل میزان انرژی جرقه هاست و هدف از محدود کردن جریان پیشگیری از ایجاد سطوح داغ در تجهیزات است. همچنین این مسأله در مورد سنسورهای متصل به مدارها هم صادق است. انرژی الکتریکی ممکن است به صورت القایی یا در خازن های مدار ذخیره گردد، که برای طراحی صحیح کنترل ولتاژ و جریان، این مسأله هم باید در نظر گرفته شود. مقادیر مجاز ولتاژ و جریان برای جلوگیری از ایجاد انفجار در تجهیزات خود ایمن در استاندارد  EN 60079-11 ذکر شده است.

تجهیزات اصلی و وابسته در سیستم های خود ایمن از لحاظ درجه ایمنی به سه گروه i_a ، i_b و i_c تقسیم می­‌شوند. در جدول زیر مشخصات این زیر گروه ها بیان شده است.

سطح ایمنی (Safety level)	مانیوترینگ خطاها (Fault monitoring)	منطقه های مجاز (permisible zone)
ia	در شرایط عادی کار و در صورت بروز هر رو خطا در ولتاژ و جریان از بروز آتش جلوگیری می کند.	0, 1, 2
ib	در شرایط عادی کار و در صورت بروز هر رو خطا در ولتاژ و جریان می تواند از بروز آتش جلوگیری می کند.	1, 2
ic	در شرایط عادی کار و در صورت بروز هر رو خطا در ولتاژ و جریان نمی تواند از بروز آتش جلوگیری می کند.	2

حفاظت نوع Protection Type n) n)

حفاظت نوع n در حقیقت نوعی کیفیت صنعتی بالا برای تجهیزات است که برای عملکرد نرمال تجهیزات طراحی شده است. این نوع حفاظت فقط برای تجهیزات گروه II و تجهزات الکتریکی موجود در منطقه 2 (Zone 2) قابل استفاده است.

حفاظت نوع n به پنج گروه تقسیم می­‌شود که مشخصات این پنج گروه در جدول زیر بیان شده است.

گروه	هدف	قابل مقایسه با	روش	زیر مجموعه های گروه II
nA	بدون جرقه Non-sparking	EX e	بروز قوس های الکتریکی، جرقه ها و سطوح گرم به حداقل می رسد.	طبق استاندارد EN 60079-0:2009 و شامل گروه های IIA, IIB, IIC
nC	قسمت های بدون جرقه تجهیزات Sparking items of equipment	EX d	قسمت های الکتریکی و جرقه زن تجهیزات به طور کامل آب بندی و محصور شده اند.	IIA, IIB, IIC
nR	محدود کردن محل ورود و خروج هوا در سیستم Restricted breathing housing	–	ورود گازهای انفجاری محدود است.	طبق استاندارد EN 60079-0:2009 و شامل گروه های IIA, IIB, IIC
nL	محدود شدن انرژی Energy limited	EX i	محدودیت انرژی به صورتی که نه جرقه و نه اثرات حرارتی باعث ایجاد اشتعال نشوند.	IIA, IIB, IIC
nP	فشار ساده شده	EX p	از ورود گازهای قابل انفجار خارجی به داخل محفظه جلوگیری می شود. با مانیتورینگ آنلاین	طبق استاندارد EN 60079-0:2009 و شامل گروه های IIA, IIB, IIC

افزایش ایمنی Increased safety) EX e)

در این نوع حفاظت از سیستم های حفاظتی ضد انفجار می­‌توان جریان های برقی با ولتاژ حداکثر 11 کیلو ولت وارد محیط مستعد انفجار کرد. استفاده از روش افزایش ایمنی به ویژه برای تجهیزاتی مانند موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها و لامپ ها مناسب است. حداقل درجه حفاظتی این تجهیزات بر اساس استاندارد EN 60529 درجۀ IP 54 می‌­باشد. این تجهیزات دارای محدودیت دمای سطح هستند و به همین دلیل حتی اگر در محیط مستعد انفجار قرار گیرند، پتانسیل انفجار آن­ها پایین است.

محفظۀ ضد انفجار Flameproof enclosure) EX d)

در این نوع از تجهیزات، محفظه به گونه ای طراحی می‌­شود تا در صورت ایجاد احتراق داخل محفظه، شعله ها نتوانند به بیرون نفوذ کنند و وارد محیط مستعد انفجار گردند. این محفظه ها دارای کاور و نقاطی جهت نصب کابل ها، گلندها و تجهیزات دیگر هستند. سوراخ های ورودی کابل ها و تجهیزات دیگر این محفظه را  را نمی‌­توان به وسیله روغن کاری روان کرد چراکه روغن ها قابلیت اشتعال دارند. همچنین برای رفع زنگ زدگی این تجهیزات استفاده از برس های سیمی که ممکن است ایجاد جرقه کنند مناسب نیست.

کپسول های ماسه و کپسول های روغن Sand or Oil encapsulation  Ex q, Ex o

در این سیستم قسمتی از تجهیز که در آن شعله ایجاد می­‌شود، به وسیلۀ یک کپسول ماسه و یا روغن احاطه می­‌شود تا در صورت ایجاد احتراق در تجهیزات الکتریکی، شعله به بیرون نفوذ نکند. ولتاژ قابل استفاده در این تجهیزات بین 10 تا 11 کیلو ولت می‌­باشد.

محفظۀ تحت فشار Pressurization Ex p

در این روش یک فشار مثبت زیاد درون محفظه ایجاد می‌­شود تا از ورود هوای مستعد انفجار به داخل اتاق یا محفظه جلوگیری کند. در این تجهیزات فشار محیط همواره کمتر از فشار درون محفظه است. متدهای مختلفی جهت افزایش فشار محفظه های این تجهیزات وجود دارد.

در متد فشار استاتیک، محفظه باید کاملاً آب بندی شود تا هیچگونه افت فشاری ایجاد نشود. این در حالی است که به طور کلی استفاده از روش هایی که افت فشار را به طور مداوم جبران می­‌کند بهتر است. این فشار بالای ایجاد شده در محفظه توسط یک کمپرسور هوا ایجاد می­‌گردد.

این تجهیزات باید دارای یک سیستم مانیتورینگ باشند تا در صورت کاهش فشار در محفظه، با ارسال پیام به سیستم کنترلی تجهیزات الکتریکی را خاموش کند.

مشخصات برچسب تجهیزات ضد انفجار (Labeling for electrical equipment)

به منظور شناخت ویژگی ها و استانداردهای سیستم های حفاظتی ضد انفجار بر روی آن­ها برچسب هایی نصب می‌­شود که با مشاهدۀ علائم اختصاری درج شده روی این برچسب می‌­توان به خصوصیات محصول پی برد. در شکل زیر نمونۀ یک برچسب (Label) وسیلۀ ضد انفجار طبق استاندارد ATEX نشان داده شده است.

همچنین شکل زیر نشان دهندۀ نوعی برچسب طبق استاندارد NEC آمریکا است.