Tiêu chuẩn chống cháy nổ trong thiết bị điện

Theo thống kê, các vụ cháy nổ phần lớn do chập cháy thiết bị điện, do vậy các thiết bị điện cần đáp ứng được một số tiêu chuẩn chống cháy nổ, đặc biệt là khi các thiết bị điện này được thi công cho các môi trường có nguy cơ cháy nổ cao như kho bãi, hầm mỏ...

Tiêu chuẩn chống cháy nổ ATEX là gì?

ATEX viết tắt của cụm từ ATmosphères EXplosibles, là tập hợp các chỉ dẫn mô tả các thiết bị và môi trường làm việc được phép với một sự cố nổ trong môi trường không khí bình thường. Chỉ dẫn này bắt nguồn từ một chỉ dẫn 94/9/EC của Pháp. Tiêu chuẩn chống cháy nổ dùng để đánh giá các thiết bị điện có khả năng ngăn ngừa sự cố cháy nổ, và có thể chịu đựng sự cố cháy nổ xảy ra. Một thiết bị điện theo chuẩn chống cháy nổ được thiết kế sao cho phần vỏ của thiết bị điện sẽ cô lập sự cố nổ gas hay hơi bên trong thiết bị. Từ đó ngăn ngừa nguy nguy cơ cháy nổ do hồ quang của thiết bị điện gây ra.

Tiêu chuẩn chống cháy nổ ATEX cũng có nghĩa là ngăn ngừa sự bắt lửa từ bề mặt của thiết bị khi gas hay khí cháy nổ bao quanh. Các thiết bị này được thiết kế sao cho khi hoạt động, nhiệt độ bề mặt của thiết bị sẽ không gây bắt lửa.

Phần vỏ của một thiết bị điện chống cháy nổ thường được làm bằng nhôm đúc hoặc thép không rỉ, được thiết kế đặc biệt để cô lập tia lửa điện hoặc sự cố cháy nổ bên trong thiết bị. Để đạt được cấp phòng nổ, phần vỏ thiết bị phải cô lập sự cố cháy nổ bên bên trong thiết bị và ngăn không cho nguồn nhiệt, tia lửa điện…bên trong thiết bị lan tỏa ra vùng khí gas, bụi có khả năng cháy nổ xung quanh.

Định nghĩa kỹ thuật liên quan

Trong ký thuật chống cháy nổ, môi trường bị ảnh hưởng bởi hai yếu tố: môi trường khí (ký hiệu G - gas) và môi trường bụi (D - dust). Môi trường sẽ chia thành các vùng (zone) khác nhau dựa vào mật độ và thời gian tồn tại của hai yếu tố khí và bụi.  

Phân vùng trong tiêu chuẩn chống cháy nổ

Ký hiệu Môi trường
Môi trường khí
(Gas - G)
Môi trường bụi
Dust (D)
Phân vùng 0 (zone 0) zone 20 Vùng mà yếu tố gây cháy hiện diện thường xuyên, liên tục hoặc trong 1 khoảng thời   gian dài, thông thường trên 1000 giờ/ năm.
Phân vùng 1 (zone 1) zone 21 Vùng mà yếu tố gây cháy hiện diện trong điều kiện vận hành bình thường của thiết bị, thông thường trong khoảng 10 giờ đến 1000 giờ/ năm.
Phân vùng 2 (zone 2) zone 22 Vùng mà yếu tố gây cháy không hiện diện trong điều kiện vận hành bình thường của thiết bị, và nếu xảy ra cháy thì chỉ tồn tại trong khoảng thời gian ngắn, thông thường ít hơn 10 giờ/ năm.

Các nhân tố gây ra cháy nổ

Để phòng chống cháy nổ, các nhà sản xuất thiết bị điện đã phân loại ra các nhân tố gây ra cháy nổ và áp dụng các tiêu chuẩn này. Cháy và nổ là hai hiện tượng khác nhau và chúng cũng có các nhân tố kích hoạt khác nhau.

Nhân tố gây cháy:

  • Nguồn nhiệt hay nguồn đánh lửa: bề mặt nóng, ngọn lửa trần hay khí nóng, tia lửa điện khi đóng tiếp điểm hoặc ma sát cơ khí, tĩnh điện, sét, song điện từ…

  • Nguyên liệu: khí gas, hơi dung môi, các loại bụi, sợi …

  • Chất xúc tác cho nhiên liệu: khí oxy …

Nhân tố gây nổ:

  • Nguồn nhiệt hay nguồn đánh lửa: bề mặt nóng, ngọn lửa trần hay khí nóng, tia lửa điện khi đóng tiếp điểm hoặc ma sát cơ khí, tĩnh điện, sét, song điện từ…
  • Nguyên liệu: khí gas, hơi dung môi, các loại bụi, sợi …
  • Chất xúc tác cho nhiên liệu: khí oxy …
  • Không gian kín.
  • Mật độ của nguyên liệu thích hợp.

Nguồn bắt lửa hiệu quả là một thuật ngữ được định nghĩa trong chỉ thị ATEX của châu Âu như một sự kiện, kết hợp với ôxy và nhiên liệu đầy đủ ở dạng khí, sương, hơi hoặc bụi, có thể gây nổ. Khí methane, hydro hoặc than đá là những ví dụ về nhiên liệu có thể.

Các nguồn đánh lửa hiệu quả là:

  • Sét đánh.
  • Ngọn lửa: từ điếu thuốc lá đã đến hoạt động hàn.
  • Tác động tạo ra tia lửa tác động. Thí dụ, một cái búa thổi trên một bề mặt thép gỉ xỉn hoặc một cú đánh bằng búa trên đá lửa. Tốc độ và góc va đập (giữa mặt và búa) rất quan trọng; một cú đánh 90 độ trên bề mặt là tương đối vô hại.
  • Các tia lửa ma sát tạo ra cơ học. Sự kết hợp của vật liệu và tốc độ xác định hiệu quả của nguồn đánh lửa. Ví dụ, ma sát thép thép 4,5m / s với lực lớn hơn 2 kN là một nguồn đánh lửa hiệu quả. Sự kết hợp của nhôm và rỉ cũng rất nguy hiểm. Nhiều tia lửa đỏ nóng thường cần thiết để có nguồn đánh lửa hiệu quả.
  • Tia lửa điện . Ví dụ, một kết nối điện bị hỏng hoặc một máy phát áp lực bị lỗi.
  • Nhiệt độ bề mặt cao . Điều này có thể là kết quả của việc xay xát, mài, xát, ma sát cơ học trong hộp nhồi hoặc ổ đỡ hoặc chất lỏng nóng được bơm vào một chiếc tàu. Ví dụ, đầu của dụng cụ cắt bằng máy tiện có thể dễ dàng đạt nhiệt độ 600 C (1100 ° F); một ống hơi nước áp suất cao có thể cao hơn nhiệt độ tự động của một số hỗn hợp nhiên liệu / không khí.
  • Xả tĩnh điện . Điện tĩnh có thể được tạo ra bởi không khí trượt trên cánh, hoặc chất lỏng không dẫn điện chảy qua màn lọc bộ lọc.
  • Bức xạ nhiệt

Tiêu chuẩn chống cháy nổ theo dải nhiệt độ chịu đựng

Phân lớp nhiệt độ định nghĩa nhiệt độ bề mặt tối đa của thiết bị điện dưới điều kiện hoạt động bình thường và bị lỗi. Nhiệt độ bề mặt tối đa của thiết bị điện phải luôn thấp hơn nhiệt độ đánh lửa của nguyên liệu cháy nổ (khí, bụi, hơi) ở nơi lắp thiết bị đó. Thiết bị điện càng ít bị nóng lên thì càng ít khả năng xảy ra cháy nổ. Nhiệt độ đánh lửa của nguyên liệu cháy nổ (khí, bụi, hơi) là nhiệt độ thấp nhất mà sự cố cháy nổ có thể xảy ra do tiếp xúc giữa nguyên liệu cháy nổ (khí, bụi, hơi) và nhiệt độ bề mặt thiết bị.

Dải nhiệt độ theo ºC Dải nhiệt độ theo ºF Áp dụng cho Châu Âu Áp dụng cho Châu Mỹ, Canada
450 842 T1
300 572 T2
280 536   T2A
260 500   T2B
230 446   T2C
215 419   T2D
200 392 T3
180 356   T3A
165 329   T3B
160 320   T3C
135 275 T4
120 248   T4A
100 212 T5
85 185 T6

Các kiểu bảo vệ chống nổ

Kiểu bảo vệ   Tính chất bảo vệ Zone
Ex d Bảo vệ chống lửa
(Flame Proof)
Các phần tử phát sinh tia lửa được chứa trong 1 hộp có khả năng không cho tia lửa này phát sinh ra ngoài hộp cho dù có sự nổ xảy ra bên trong hộp
Các thiết bị và phụ kiện trong nhóm này được lắp bởi nhà sản xuất và được test một cách thủ công cho từng thiết bị --> KHÔNG ĐƯỢC PHÉP THÁO BỚT HAY GẮN THÊM THIẾT BỊ TRONG NHÓM NÀY
1,2
Ex e Increased Safety (Bảo vệ gia tăng độ an toàn)
 
Các thành phần trong phương pháp này được thiết kế để làm giảm sự phát sinh ra tia lửa và giảm sự hỏng hóc có thể phát sinh ra tia lửa. Phương pháp này được thực hiện bằng cách giảm nhiệt độ của thiết bị, đảm bảo tiếp xúc điện tốt, gia tăng độ cách điện và giảm khả năng thâm nhập của bụi và hơi ẩm
Kích thước của box và các đấu  nối được quan tâm để đảm bảo tiêu chí.
1,2
Ex i Intrinsic Safety (Bảo vệ an toàn từ bên trong)
 
Bảo vệ bằng cách giới hạn dòng điện,
Các thông số mạch điện được điều khiển để giảm năng lượng phát sinh tia lửa dưới mức có thể đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu. Trong đó:
 
  Ex ia
 
Đảm bảo thiết bị không gây ra cháy nổ khi có sự cố của một hoặc hai thành phần lỗi xảy ra. Phù hợp sử dụng trong Zone 0. 0, 1, 2
  Ex ib Đảm bảo thiết bị không gây ra cháy nổ khi có sự cố của một thành phần lỗi xảy ra. Được sử dụng trong Zone 1 hoặc Zone 2. 1, 2
  Ex ic Sử dụng duy nhất trong Zone 2. Đảm bảo trong điều kiện hoạt động bình thường không gây cháy nổ. 2
    Các phương pháp dùng để bảo vệ:
- Zener Barrier
- Galvanic Isolated Barrier
- Wiring method.
 
Ex p Bảo vệ theo kiểu tạo áp suất trong hộp Theo phương  pháp này một áp suất được duy trì đẻ ngăn chặn khí gây cháy vào bên trong hộp.
Phương pháp này yêu cầu hệ thống theo dõi áp suất bảo vệ. Có 3 phương pháp nhỏ
 
  Ex px px: sử dụng trong zone 1, và khu vực không chống cháy nỗ 1
  Ex py py: sử dụng trong zone 1,2 1,2
  Ex pz pz: sử dụng trong zone 2 và khu vực bình thường 2
  Ex q Phương pháp này thường được sử dụng trong các thiết bị có cấp bảo vệ Ex e, các phần tử phát sinh tia lửa được đặt trong 1 hộp chứa đầy bởi hạt thạch anh và thủy tinh. Những hạt này có tác dụng bịt kín hộp làm hơi nóng giữ không thoát ra ngoài  
Ex o Bảo vệ gia tăng độ an toàn Kỹ thuật này bảo vệ cho các thiết bị được ngâm trong dầu, dầu với vai trò chất xúc tác. 1,2
Ex n Bảo vệ phát sinh tia lửa
 
Cấp này yêu cầu thiết kế IP65 bảo vệ không đánh lửa và bảo vệ chống thâm nhập và thoát hơi, điểm đấu nối đảm bảo độ tin cậy tuy nhiên thấp hơn Ex e  
  Ex nA Bảo vệ thiết bị không phát sinh tia lửa 2
  Ex nR Bảo vệ ngăn sự thoát hơi ra bên ngoài 2
  Ex nC Bảo vệ theo kiểu bọc kín các thiết bị có khả năng tạo ra tia lửa. 2
  Ex nL Bảo vệ theo kiểu giới  hạn năng lượng 2
  Ex nZ Bảo vệ theo kiểu tạo áp suất trong hộp 2
Ex m Bảo vệ bao bọc bên trong Bảo vệ bằng cách bao bọc chất dẽo nhân tạo và giữ nhiệt độ bề mặt thấp hơn yêu cầu. Quá trình quá nhiệt và phá hủy các thành phần bảo vệ được tính toán và giám sát  
  Ex ma   0,1,2
  Ex mb   1, 2
tiêu chuẩn chống cháy nổ atex standard