Strefy zagrożenia wybuchem gazu lub pyłu znajdują się nie tylko w dużych zakładach przemysłowych z branży chemicznej i petrochemicznej czy w górnictwie, ale również na terenie małych firm, takich jak np. lakiernie, młyny, tartaki czy kotłownie węglowo-koksowe. We wszystkich tych miejscach może występować atmosfera wybuchowa, czyli mieszanina substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł lub pyłów z powietrzem, w której po zainicjowaniu źródłem zapłonu, spalanie rozprzestrzenia się samorzutnie. Zgodnie z zasadami bezpieczeństwa, urządzenia wykorzystywane w strefie EX muszą spełniać szereg wymogów, określanych normami zharmonizowanymi z przyjętą na terenie Unii Europejskiej dyrektywą ATEX. Wytyczne te dotyczą m.in. opraw oświetleniowych.
Wszystkie oprawy oświetleniowe w wykonaniu przeciwwybuchowym muszą spełniać parametry przystosowane do rodzaju stref zagrożenia wybuchem i właściwości występujących w nich mieszanin. Przestrzenie narażone na niebezpieczeństwo eksplozji, klasyfikuje się na podstawie prawdopodobieństwa i czasu występowania atmosfery wybuchowej. W strefie 0 atmosfera wybuchowa jest mieszaniną powietrza i gazów, cieczy i ich par (G), a zagrożenie wybuchem występuje stale, często lub przez długie okresy. W strefie 1, charakteryzującej się tą samą atmosferą, wybuch może nastąpić sporadycznie w trakcie normalnego działania, natomiast w strefie 2 zagrożenie nie występuje w trakcie normalnego działania, a gdy wystąpi trwa krótko. Analogiczny podział odnośnie prawdopodobieństwa i czasu występowania atmosfery wybuchowej dotyczy stref 20, 21 i 22, z tą różnicą, że występuje w nich mieszanina powietrza i palnych pyłów (D). Oprawy przeznaczone do oświetlania pomieszczeń przemysłowych i przestrzeni zewnętrznych zagrożonych wybuchem dzielimy ze względu na strefy zagrożenia, w których mogą pracować – 0, 1, 2, 20, 21, 22.
Wszystkie oprawy oświetleniowe muszą legitymować się dokumentem potwierdzającym dopuszczenie produktu do stosowania w określonych warunkach czyli deklaracją zgodności CE, ATEX.
Urządzenia dla strefy Ex, według dyrektywy ATEX, dzielą się na urządzenia przeznaczone do użytku w zakładach górniczych, w których występuje zagrożenie metanowe lub zagrożenie wybuchem pyłu węglowego – I oraz urządzenia przeznaczone do użytku w miejscach zagrożonych występowaniem atmosfer wybuchowych innych niż zakłady górnicze – II. W grupie II wydzielono podgrupy wybuchowości gazów palnych i par cieczy: IIA – grupa propanowa (np.: aceton, alkohol metylowy i etylowy), IIB – grupa etylenowa (np.: etylen, siarkowodór), IIC – grupa wodorowa (acetylen, wodór, dwusiarczek węgla). Specyfikacje opraw oświetleniowych muszą jednocześnie informować o rodzaju budowy, klasie temperaturowej, poziomie ochrony oraz jej stopniu. Rodzaje budowy określają poszczególne symbole, np. „e” oznaczający budowę wzmocnioną, „d” w przypadku budowy ognioszczelnej, „t” oznaczający zabezpieczenie urządzeń przed zapłonem pyłu. Oprawy do strefy EX powinny być tak dobrane, aby ich maksymalna temperatura powierzchni zewnętrznych nie przekraczała temperatury samozapłonu substancji tworzących atmosfery wybuchowe, a tym samym nie stały się one źródłem zapłonu. Najniższa temperatura samozapłonu atmosfery wybuchowej powinna być wyższa niż maksymalna temperatura powierzchni. Podawane klasy temperaturowe, czyli maksymalne dopuszczalne temperatury, do której może się ogrzać powierzchnia zewnętrzna urządzenia dzielą się na T1 (maksymalna temperatura powierzchni 450°), T2 (maksymalna temperatura powierzchni 300°), T3 (maksymalna temperatura powierzchni 200°), T4 (maksymalna temperatura powierzchni 135°), T5 (maksymalna temperatura powierzchni 100°), T6 (maksymalna temperatura powierzchni 85°). Ważna jest również wymagana temperatura otoczenia oprawy, a także inne warunki środowiskowe, które mogą wpływać niekorzystnie na skuteczność ochrony przeciwwybuchowej, np. korozja, promieniowanie ultrafioletowe, wnikanie wody, osiadanie pyłu lub piasku, oddziaływania mechaniczne i chemiczne. Stopień ochrony zapewniany przez różnego rodzaju systemy uszczelniające obudowy jest oznaczany specjalnym kodem zbudowanym z liter IP (International Protection Rating) oraz dwóch cyfr, z których pierwsza oznacza zabezpieczenie przed ciałami stałymi, a druga określa zabezpieczenie przed wnikaniem wody. W przypadku opraw oświetleniowych do strefy EX najczęściej pojawiają się kody IP 66, IP 67, IP 55, IP 65, IP 68. Cyfra „5” na pierwszym miejscu oznacza ochronę przed wnikaniem pyłu w ilościach zakłócających pracę urządzenia, natomiast „6” oznacza całkowitą ochronę przed wnikaniem pyłu. Druga pozycja określa zabezpieczenie przed wnikaniem wody. Na przykład cyfra „5” gwarantuje ochronę przed strumieniem wody z dowolnego kierunku, a „6” informuje o zastosowanej ochronie przed silnymi strumieniami wody lub zalewaniem falą z dowolnego kierunku. Z kolei cyfra „7” na drugiej pozycji zapewnia ochronę przed zalaniem przy zanurzeniu na taką głębokość, aby dolna powierzchnia obudowy znajdowała się 1 m pod powierzchnią wody, a górna nie mniej niż 0,15 m w czasie 30 minut. Obudowy urządzeń elektrycznych wykonanych w technologii przeciwwybuchowej muszą być zgodne co najmniej ze stopniem ochrony IP 54.
Fot. 1. Seria opraw eLLK dla stref 1, 2, 21, 22 zagrożenia wybuchem. Oprawy przeznaczone są do stosowania dwupinowych świetlówek 18, 36 i 58 W oraz wyposażone w statecznik elektroniczny EVG z funkcją EOL. Posiadają automatyczny wyłącznik, zainstalowany jako rozłącznik zabezpieczający, który chroni, kiedy pokrywa oprawy jest otwarta. W celu zapewnienia wysokiej klasy ochronności (IP66) zastosowano mechanizm blokujący, wywierający stały nacisk na uszczelkę przez cały czas pracy oprawy. Oprawy zaprojektowano do jednostronnego oraz dwustronnego okablowania przelotowego.Oprawy oświetleniowe przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem mogą być wyposażone w źródła światła różnego typu, m.in. świetlówkowe, LED, żarowe, halogenowe, rtęciowe sodowe, metalohalogenkowe. Często wybieranym rozwiązaniem ze względu na ich dużą trwałość, niski koszt zakupu oraz szeroką dostępność są oprawy ze świetlówkowym źródłem światła. Z roku na rok rozwija się również asortyment produktów wykorzystujących technologię LED. Nowoczesne możliwości konstrukcyjne pozwalają zaproponować m.in. modele zwieszane, natynkowe, przygotowane do montażu słupowego, podłogowe oraz reflektory i naświetlacze, a także kołnierzowe oprawy oświetleniowe do zbiorników czy oprawy do zabudowy w sufitach podwieszanych. Osobną grupę tworzą przenośne oprawy w technologii przeciwwybuchowej.
Materiały wykorzystywane w produkcji opraw oświetleniowych do stref zagrożonych wybuchem charakteryzują się wysokiej jakości parametrami, pozwalającymi spełnić standardy bezpieczeństwa. Jednym z tworzyw, który często służy do konstruowania obudowy opraw jest poliester wzmacniany włóknem szklanym (GRP), który charakteryzuje się doskonałą odpornością na czynniki chemiczne i korozję, a także wysoką odpornością na uderzenia mechaniczne oraz odpornością na ogień. W konstrukcjach przeznaczonych dla środowisk mniej agresywnych wykorzystuje się poliwęglan (PC). Z uwagi na to, że materiał ten charakteryzuje się bardzo wysoką odpornością na uderzenia mechaniczne oraz odpornością na czynniki chemiczne, doskonale sprawdza się również w produkcji kloszy opraw. Dodatkowo jest plastyczny oraz odporny na promieniowanie UV. Poliwęglan bardzo łatwo się odkształca podczas poddawania go próbie mechanicznej, jednak jego struktura nie ulega zmianie i szybko wraca do pierwotnego stanu. W ofercie producentów można również spotkać m.in. oprawy, w których korpus aluminiowy zamyka przeźroczysty klosz ze szkła hartowanego; oprawy z obudową wykonaną z ocynkowanej blachy stalowej pokrytej poliestrową farbą proszkową i kloszem ze wzmocnionego poliwęglanu lub korpusem wykonanym z poliestru wzmocnionego włóknem szklanym i kloszem z odpornego na UV poliwęglanu; a także oprawy wykonane z aluminium bez domieszki miedzi z kloszem ze szkła borokrzemianowego o wysokiej stabilności mechanicznej i termicznej, co gwarantuje bezpieczne użytkowanie nawet w bardzo surowych warunkach klimatycznych.
Jednym z ważnych elementów oprawy typu świetlówkowego, który gwarantuje jej wysoką funkcjonalność jest statecznik elektroniczny wyposażony w funkcje EOL (End of Life). Jest to funkcja pozwalającą na bezpieczną i oszczędną pracę dwupinowych świetlówek, które pod koniec okresu swojej żywotności są monitorowane i bezpiecznie wyłączane. Podstawową różnicą pomiędzy układami elektromagnetycznymi, a układami elektronicznymi jest znaczna przewaga bezpieczeństwa pracy na stronę elektroniki. Oprawy z elektromagnetycznym układem w chwili przepalenia świetlówki lub przerwania jej przewodów zasilających pracują nadal, i w konsekwencji często generują bardzo wysoką temperaturę, powodującą przepalenie układu, przewodów, a nawet obudowy pokrywy. W tym przypadku przekroczenie temperatury samozapłonu otoczenia może być katastrofalne w skutkach. Oprawy wyposażone w stateczniki elektroniczne z funkcją EOL pozwalają uniknąć niebezpiecznych sytuacji.
Fot. 2. Oprawy przeciwwybuchowe SELENA do stref 2 i 22 mogą być stosowane jako oświetlenie podstawowe oraz awaryjne. Obudowa opraw została wykonana z odpornego na uderzenia i wysoką temperaturę poliwęglanu oraz wyposażona w metalowe klipsy zamykające klosz ze wzmocnionego poliwęglanu stabilizowanego na UV. Takie połączenie zastosowanego tworzywa oraz mechanizmu spinającego części obudowy zapewnia niezawodne i długotrwałe utrzymanie stopnia ochrony IP 66 oraz dużą odporność na narażenia chemiczne występujące w zakładach przemysłowych.W oprawach z dwiema świetlówkami korzystnym rozwiązaniem jest statecznik dwukanałowy, który pozwala na działanie jednej świetlówki w momencie przepalenia lub uszkodzenia drugiej. Pożądanym rozwiązaniem jest również automatyczny rozłącznik zabezpieczający, który samoczynnie rozłącza oprawę w chwili otwarcia klosza.
Na jakie elementy konstrukcyjne należy zwrócić szczególną uwagę dobierając oprawę oświetleniową do strefy EX?
Marcin Boroń
Inżynier Techniczny AMATECH – AMABUD Elektrotechnika Sp. z o.o.
Najczęściej stosowanym rozwiązaniem w strefach zagrożonych wybuchem są oprawy ze świetlówkowym źródłem światła. Przy ich wyborze należy zwrócić uwagę na miejsce zastosowania. Kluczowym elementem jest decyzja, w jakich warunkach będą stosowane oprawy oświetleniowe – praca w strefie 0, 1 i 2 zagrożenia wybuchem gazu oraz 20, 21, 22 zagrożenia wybuchem pyłu. Niezwykle istotnym elementem jest materiał, z którego oprawa jest wykonana. Preferowanym rozwiązaniem są obudowy opraw wykonane z poliestru wzmacnianego włóknem szklanym (GRP), który charakteryzuje się doskonałą odpornością na czynniki chemiczne i korozję, wysoką odpornością na uderzenia mechaniczne, odpornością na ogień. Dla środowisk mniej agresywnych możliwe jest stosowanie opraw wykonanych z poliwęglanu (PC). Ważny jest również materiał, z którego wykonany jest klosz oprawy.
Idealnym materiałem dla tego typu zastosowań jest poliwęglan (PC), który charakteryzuje się bardzo wysoką odpornością na uderzenia mechaniczne, odpornością na czynniki chemiczne. Jest plastyczny oraz odporny na promieniowanie UV. Poliwęglan bardzo łatwo się odkształca podczas poddawania go próbie mechanicznej, jednak jego struktura nie ulega zmianie i szybko wraca do pierwotnego stanu. Dobierając oprawę do strefy EX należy zwrócić uwagę na wymagany stopień ochrony oraz wymaganą temperaturę otoczenia pracy oprawy. Ważna jest ilość dwustronnych zatrzasków, pozwalających na utrzymanie bezpiecznego stopnia ochrony, poprzez wywieranie stałego nacisku na uszczelkę (w przypadku opraw 2 × 18 W – 10 zatrzasków, 2 × 36 W – 20 zatrzasków, 2 × 58 W – 24 zatrzaski). Podejmując decyzję o wyborze oprawy dobrze jest sprawdzić sposób umieszczenia zawiasów, który może mieć wpływ na sposób otwierania klosza oraz wyposażenie zależne od typu instalacji – wpusty kablowe, a także dostępne możliwości przystosowania opraw do jednostronnego lub dwustronnego okablowania przelotowego. Warto również sprawdzić, czy oprawa z dwiema świetlówkami zawiera statecznik dwukanałowy, który pozwala na działanie jednej świetlówki w chwili przepalenia lub uszkodzenia drugiej, czy oprawa zawiera automatyczny rozłącznik zabezpieczający, który samoczynnie rozłącza z oprawy w chwili otwarcia klosza oraz czy oprawa jest wyposażona w statecznik elektroniczny z funkcją EOL, która pozwala na bezpieczną i oszczędną pracę dwupinowych świetlówek, które pod koniec okresu swojej żywotności są monitorowane i bezpiecznie wyłączane.
red.