Выбор и применение взрывозащищенного электрооборудования

Данная статья посвящена актуальной проблеме – особенностям выбора и применения взрывозащищенного электрооборудования, с учетом риска воспламенения взрывоопасных сред. Мы предложим вам много полезных данных для классификации взрывоопасных зон и оборудования.

Актуальность обеспечения пожаровзрывобезопасной эксплуатации взрывозащищенного электрооборудования подтверждается официальными данными статистики пожаров и их последствий в соответствии со ст. 27 [1]. Среди основных причин возникновения пожаров нарушение правил устройства и эксплуатации электрооборудования занимает традиционное второе место по количеству пожаров и гибели людей от них [2].

Анализ обстановки с пожарами и их последствий на территории Российской Федерации за период с 2019 по 2022 г. показывает, что в целом отмечается устойчивое снижение количества пожаров (табл. 1).

В 2019 г. на территории Российской Федерации зарегистрировано 471 426 пожаров, а в 2022 г. – 352 509 пожаров, что свидетельствует о значительном уменьшении их количества, на 25,2% (118 917 пожаров).

Если общее количество пожаров по России ежегодно снижается, то относительно пожаров, произошедших по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования, наметилась устойчивая тенденция роста (табл. 1). В период 2019–2022 гг. мы наблюдаем существенный рост количества пожаров, случившихся из-за нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования: в 2019 г. зарегистрировано 49 638 пожаров, а в 2022 г. количество пожаров по этой причине увеличилось до 58 278, на 17,4% (8 640 пожаров).

Таблица 1. Статистика соотношения количества пожаров в РФ к количеству пожаров по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования и их доля за период с 2019 по 2022 г.

В табл. 2 приведена динамика изменения количества пожаров, случаев гибели людей и прямого материального ущерба из-за нарушений правил устройства и эксплуатации электрооборудования, а также их доля в общих значениях показателей за период с 2019 по 2022 г.

Таблица 2. Статистика количества пожаров, гибели людей и прямого материального ущерба от нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования и их доля в общих значениях показателей по Российской Федерации за период с 2019 по 2022 г.

Статистические данные, представленные в табл. 2, свидетельствуют о том, что доля количества пожаров от нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования к общему количеству пожаров в Российской Федерации возрастала ежегодно. Доля числа погибших людей при пожарах, источником возникновения которых стали электрические изделия и устройства, находилась на уровне от 23,7 до 26,5%. Доля материального ущерба (в действующих ценах) от пожаров, возникших от электрооборудования в 2019 г., составила 40,1%, а в 2022 г. значение этого показателя возросло до 59,5%.

Приведенные цифры свидетельствуют о необходимости обеспечения пожаровзрывобезопасности электрооборудования в проектно-эксплуатационной и нормативной практике. Вместе с этим, с учетом особенностей решения таких задач, следует обратить внимание прежде всего на основные термины и определения, которыми необходимо пользоваться на всех этапах обеспечения пожаровзрывобезопасности электрооборудования, а точнее, взрывозащищенного электрооборудования.

Термины и определения

1. Взрывозащищенное электрооборудование – электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению или затруднению возможности воспламенения окружающей его взрывоопасной среды вследствие эксплуатации этого электрооборудования [3].
2. Взрывоопасная смесь – смесь воздуха или окислителя с горючими газами, парами легковоспламеняющихся жидкостей, горючими пылями или волокнами, которая при определенной концентрации и возникновении источника инициирования взрыва способна взорваться [4].
3. Взрывоопасная среда – смесь с воздухом, при атмосферных условиях, горючих веществ в виде газа, пара и тумана, пыли, волокон или летучих частиц, в которой после воспламенения происходит самоподдерживающееся распространение пламени [5].
4. Взрывоопасная газовая среда – среда, состоящая из смеси с воздухом, при атмосферных условиях, горючих веществ в виде газа, пара или аэрозоля, в которой после воспламенения происходит самоподдерживающееся распространение пламени [6].
5. Взрывоопасная пылевая среда – смесь с воздухом, при атмосферных условиях, горючих веществ в виде пыли, в которой после воспламенения происходит самоподдерживающееся распространение пламени [7].
6. Взрывоопасная зона (для взрывоопасной газовой среды) – зона, в которой присутствует или может образоваться газовая среда в объеме, требующем специальных мер защиты при конструировании, установке (монтаже) и эксплуатации оборудования [6].
7. Взрывоопасная зона (пылевая) – зона, в которой горючая пыль в виде облака присутствует постоянно или ожидается в количестве, требующем принятия особых мер предосторожности по конструкции, монтажу и использованию оборудования [7].
8. Ех-оборудование – взрывозащищенное оборудование [5].
9. Максимальная температура поверхности – наибольшая температура, до которой в процессе эксплуатации при наиболее неблагоприятных условиях (но в пределах регламентированных отклонений) нагревается любая часть или поверхность Ех-оборудования [5].
10. Минимальная температура воспламенения взрывоопасной газовой среды – наименьшая температура нагретой поверхности, которая в заданных ГОСТ 31610.20-1 условиях воспламеняет горючие вещества в виде газа, пара в смеси с воздухом [5].
11. Минимальная температура воспламенения слоя пыли – наименьшая температура горячей поверхности, при которой происходит воспламенение слоя пыли при заданных условиях испытаний [5].
12. Минимальная температура воспламенения облака пыли – наименьшая температура горячей поверхности, на которой происходит воспламенение наиболее воспламеняемой смеси пыли с воздухом при заданных условиях испытаний [5].

Классификация взрывоопасных зон для газовых и пылевых сред

В проектно-эксплуатационной и нормативной практике классификация взрывоопасных зон применяется в целях выбора взрывозащищенного электрооборудования по его уровню взрывозащиты, обеспечивающему безопасную эксплуатацию такого оборудования в соответствующей взрывоопасной зоне.

Классификация взрывоопасных зон должна определяться специалистами, знающими свойства горючих газов и паров, горючих пылей и волокон, а также технологический процесс и оборудование, в сотрудничестве с инженерами по безопасности, электриками и другим техническим персоналом.

Таблица 3. Определения классов взрывоопасных зон газа или пара, для помещений и наружных установок в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывоопасной газовой среды  по ГОСТ [6]

• Оба понятия, "в течение длительного периода времени" и "часто", используются, чтобы показать высокую вероятность присутствия потенциально взрывоопасной среды в зоне, поэтому нет необходимости давать их количественное определение.
• Слова "непродолжительное время" обозначают полное время существования опасной газовой среды. Это время будет включать общее время утечки плюс время рассеивания горючей атмосферы после прекращения ее утечки.
• Частоту возникновения и длительность присутствия взрывоопасной газовой смеси допускается определять по правилам (нормам) соответствующих отраслей промышленности или применений.
• Нормативной и проектно-эксплуатационной практикой установлено, что вероятность присутствия взрывоопасной газовой смеси в зоне, а следовательно, и ее класс зависят в основном от степени утечки и уровня вентиляции.

Таблица 4. Определения классов взрывоопасных зон для помещений и наружных установок с пылевой взрывоопасной средой в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывоопасной пылевой среды по ГОСТ  [7]

Взрывоопасные зоны для помещений и наружных установок с пылевой взрывоопасной средой подразделяются на классы 20, 21, 22 [4, 7] в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывоопасной пылевой среды. Она представлена в табл. 4.

• При классификации зон горючей пыли для оценки риска воспламенения и взрыва облака пыли используются те же принципы, что и при классификации зон горючих газов [5].
• При возникновении сомнения в том, к какому классу следует отнести   зону, предпочтение следует отдавать зоне более высокого класса или, по крайней мере, внутри зоны более низкого класса выделять участки с наибольшей опасностью, соответствующим образом выделяя для них электрооборудование с необходимым уровнем и маркировкой в целом [6, 7 и 8].
• Примеры классов взрывоопасных зон и их возможных размеров приводятся в приложениях ГОСТов [6 и 7], а также в главе 2 пособия [9].

Размеры взрывоопасной зоны зависят от предполагаемого или рассчитанного расстояния, в котором существует взрывоопасная газовая смесь до того, как она будет разбавлена до концентрации ниже нижнего предела воспламенения (НКПВ), при этом должно учитываться участие эксперта в решении этой задачи.

Классификация взрывозащищенного электрооборудования

Для выбора электрооборудования, соответствующего необходимому уровню взрывозащиты и условиям пожаровзрывобезопасности, необходимо учитывать не только класс взрывоопасной зоны, но и такие параметры, как температурный класс и группу (подгруппу) взрывозащищенного электрооборудования.

Таблица 5. Обозначение температурного класса взрывозащищенного электрооборудования в зависимости от максимальной температуры поверхности взрывозащищенного электрооборудования группы II

Температурные классы взрывозащищенного электрооборудования

В соответствии с п. 7 ст. 23 [4] и [5], в зависимости от наибольшей допустимой температуры поверхности, взрывозащищенное электрооборудование группы II подразделяется на температурные классы, которые представлены в табл. 5.

Электрооборудование должно выбираться таким образом, чтобы максимальная температура его поверхности не превышала температуру самовоспламенения любого газа или пара, которые могут присутствовать во взрывоопасной зоне. Для этого в нормы введены температурные классы, которые входят в маркировку взрывозащиты взрывозащищенного электрооборудования.

Таблица 6. Зависимости  между температурными классами взрывозащищенного электрооборудования, его максимальной температурой поверхности и температурами самовоспламенения газа или пара

В табл. 6 приведены температурные классы взрывозащищенного электрооборудования и даны зависимости между температурными классами взрывозащищенного электрооборудования, его максимальной температурой поверхности и температурами самовоспламенения газа или пара.

• Из табл. 6 видно, что максимальная температура поверхности (Тmax) электрооборудования не должна быть выше температуры самовоспламенения газа или пара, то есть взрывоопасной газовой среды.
• Согласно п. 5.3.3. [5] для поверхности малых элементов электрооборудования группы I или II (с общей площадью поверхности элемента не более 1000 кв. мм) имеются исключения, согласно которым допускается превышение максимальной температуры поверхности.
• Примеры веществ, образующих с воздухом взрывоопасные смеси разных температурных классов, приводятся в ГОСТ 31610.20-1–2020 [10] и других нормативных источниках.

Группы и подгруппы взрывозащищенного электрооборудования

В соответствии с п. 6 ст. 23 [4] взрывозащищенное электрооборудование по допустимости применения в зонах подразделяется на оборудование:

• с промышленными газами и парами (группа II и подгруппы IIА, IIВ, IIС);
• с рудничным метаном (группа I).

Классификация взрывоопасных смесей газа или пара с воздухом на подгруппы группы II взрывозащищенного электрооборудования [5] осуществляется по величине безопасного экспериментального максимального зазора БЭМЗ [11]. Необходимость сопоставления в одной таблице величины БЭМЗ взрывоопасной смеси и подгруппы взрывозащищенного электрооборудования вызвана тем, что в маркировке взрывозащищенного электрооборудования присутствует знак группы или подгруппы (II, IIA, IIB, IIC), но под этим знаком подразумевается соответствующая величина БЭМЗ взрывоопасной смеси, представленная в табл. 7.

Таблица 7. Сопоставление величины БЭМЗ взрывоопасной смеси газа или пара и подгруппы взрывозащищенного электрооборудования группы II

Безопасный экспериментальный максимальный зазор (для взрывоопасной смеси) БЭМЗ: максимальный зазор соединения шириной 25 мм, который предотвращает распространение взрыва в условиях испытаний, заданных в настоящем стандарте (при проведении 10 испытаний в условиях, указанных в IEC 60079-20-1) [10, 11]. С учетом БЭМЗ конструируется, например, взрывозащищенное оборудование с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" "d".

Взрывозащищенное электрооборудование: группы и подгруппы; уровни и виды взрывозащиты

В разделе "Термины и определения" дано определение взрывозащищенного электрооборудования и его отличия от электрооборудования общего назначения, а также терминов, причастных к выбору и применению такого электрооборудования во взрывоопасных зонах.
В настоящем разделе рассматриваются термины и определения, характеризующие взрывозащиту и взрывобезопасность электрооборудования.

Таблица 8. Определения групп взрывозащищенного электрооборудования по отношению к соответствующим взрывоопасным средам

Таблица 9. Знаки обозначения уровней взрывозащиты согласно ГОСТ [5, 8] и их характеристики

Группы и подгруппы взрывозащищенного электрооборудования для соответствующих взрывоопасных сред

Группа взрывозащищенного оборудования – система классификации электрооборудования по отношению к взрывоопасной газовой или пылевой средам, для применения в которых оно предназначено.

Электрооборудование по отношению к соответствующим взрывоопасным средам классифицируется на три группы [5, 10]. Эта классификация приводится в табл. 8.

Предназначено для применения во взрывоопасных пылевых средах, кроме подземных выработок шахт и их наземных строений, опасных по рудничному газу (метану) и (или) горючей пыли во взрывоопасных зонах классов 20, 21 и 22.

1. Электрооборудование группы I на подгруппы не подразделяется.

2. Виды взрывозащиты, применяемые в электрооборудовании группы I, те же, что и для электрооборудования группы II и группы III (см. табл. 10 и 11). Эти виды совместно с защитой, обеспечиваемой оболочкой такого электрооборудования, применяемого в шахтах, не допускают воспламенения как рудничного газа (метана), так и угольной пыли.

3. Под метаном на подземных горных работах понимают рудничный газ, в котором, кроме метана, содержатся газообразные углеводороды – гомологи метана С2-С5 – не более 0,1% (объемная доля), водород в пробах газа из шпуров сразу после бурения – не более 0,002% (объемная доля) общего объема горючих газов.

4. Электрооборудование, предназначенное для шахт, атмосфера которых может содержать, кроме рудничного газа, примеси других горючих газов (то есть кроме метана) должно быть сконструировано и испытано согласно требованиям, установленным для группы I, а также той подгруппы группы II, которая соответствует другим горючим газам. Такое электрооборудование затем должно быть соответствующим образом маркировано, например Ex d I Mb / Ex d IIB T3 GB или Ex d I Mb / Ex II (NH3) Gb [5] и раздел 1.4 пособия [9]. 

5. Электрооборудование группы II подразделяется на подгруппы по величине БЭМЗ взрывоопасной смеси или кратности МВТ (минимального воспламеняющего тока) [5, 8, 10], для которой оно предназначено:

• подгруппа IIA – типовым газом является пропан;
• подгруппа IIВ – типовым газом является этилен;
• подгруппа IIС – типовым газом является водород.

6. Электрооборудование группы III подразделяется на подгруппы в соответствии с характеристикой конкретной взрывоопасной пылевой среды, для которой оно предназначено:

• подгруппа IIIА – в среде, содержащей горючие летучие частицы;
• подгруппа IIIВ – в среде, содержащей непроводящую пыль (в виде осевшего слоя пыли);
• подгруппа IIIС – в среде, содержащей проводящую пыль (в виде осевшего слоя пыли).

7. Знаки II, IIA, IIВ, IIС, III, IIIА, IIIВ и IIIС входят в маркировку взрывозащиты взрывозащищенного электрооборудования.

При этом если в маркировке указан знак II или III, то это означает, что оно соответствует по допустимости применения во всех подгруппах соответствующих групп, то же – если указан знак IIС или IIIС; если указан знак IIВ или IIIВ, то применение допустимо и в подгруппах IIA и IIIА; если указан знак IIA и IIIА, то оно может применяться только в этих подгруппах.

Уровни взрывозащиты электрооборудования

Уровни взрывозащиты электрооборудования являются важнейшей характеристикой степени взрывозащиты электрооборудования. Знак уровня взрывозащиты входит в знаки маркировки взрывозащищенного электрооборудования и определяет допустимость его применения во взрывоопасных зонах [5].

Уровень взрывозащиты электрооборудования – уровень взрывозащиты, присваиваемый электрооборудованию в зависимости от опасности стать источником воспламенения и условий применения во взрывоопасных газовых и пылевоздушных средах.

Термин "уровень взрывозащиты электрооборудования" может быть использован как часть полной оценки риска воспламенения [5, 8].

Знаки обозначения уровней взрывозащиты согласно ГОСТ [5, 8], а также их характеристики приводятся в табл. 9.

• Для взрывозащищенного электрооборудования, предназначенного для шахт, предусмотрено только два уровня – Ma и Mb [5].
• В электрооборудовании с уровнем взрывозащиты Ga по сравнению с Gb приняты дополнительные средства взрывозащиты, представленные стандартами на виды взрывозащиты.
• В электрооборудовании с уровнем взрывозащиты Gb взрывозащита обеспечена как при нормальном режиме работы, так и при признанных вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждений средств взрывозащиты.
• Электрооборудование с уровнем взрывозащиты Gc работает во взрывоопасной атмосфере в течение времени от момента ее возникновения до момента отключения электрической энергии.
• В электрооборудовании с уровнем взрывозащиты Gc взрывозащита обеспечена только в признанном нормальном режиме эксплуатации.
• Пояснения, изложенные в примечаниях к табл. 9 для электрооборудования с уровнями Ga, Gb и Gc, распространяются и на электрооборудование с уровнями взрывощашиты Ma, Mb, Da, Db и Dc.
• (0), (1), (2) – обозначение уровня взрывозащиты согласно п. 2 ст. 23 [4].

Таблица 10. Обозначения (знаки) и наименования видов взрывозащиты для взрывозащищенного электрооборудования группы II

Таблица 11. Обозначения (знаки) и наименования видов взрывозащиты для взрывозащищенного электрооборудования группы III

Виды взрывозащиты электрооборудования

Вид взрывозащиты – специальные меры, предусмотренные в электрооборудовании для предотвращения воспламенения окружающей взрывоопасной среды [5].

Средство защиты – конструктивное и схемное решение для обеспечения взрывозащиты.

Для оборудования группы II в нормах [5] установлено девять видов взрывозащиты, для группы III установлено пять видов [5], а для группы I допустимы сочетания видов взрывозащиты для электрооборудования групп II и III [5].

Обозначения (знаки) и наименования видов взрывозащиты приводятся в табл. 10 и 11.

Знаки видов взрывозащиты и их наименования для взрывозащищенного электрооборудования группы III приводятся в табл. 11 [5].

Виды взрывозащиты, применяемые в электрооборудовании группы I, совместно с защитой, обеспечиваемой оболочкой такого электрооборудования, примененного в шахтах, не допускают воспламенения как рудничного газа (метан), так и угольной пыли.

Таблица 12. Сопоставление уровней и видов взрывозащиты взрывозащищенного электрооборудования

Взаимосвязь уровней и видов взрывозащиты взрывозащищенного оборудования

После рассмотрения сущности понятий "уровни" и "виды" взрывозащиты взрывозащищенного электрооборудования необходимо иметь представление о том, какими видами взрывозащиты при конструировании и изготовлении взрывозащищенного электрооборудования могут быть обеспечены соответствующие уровни взрывозащиты.

Сопоставление уровней и видов взрывозащиты электрооборудования представлено в табл. 12.

• Ga, Gb, Gc, Da, Db, Dc – обозначение уровней взрывозащиты по [5].
• (0), (1), (2) – обозначение уровней взрывозащиты по [3, 4].
• Буквы a, b, приставки к ia, ib, ma, mb и т.д., обозначают соответствующий уровень взрывозащиты Ma, Mb, Ga, Gb и Gc, Da, Db, Dc, но без букв G и D.
• Для уровней взрывозащиты взрывозащищенного электрооборудования группы I Ma и Mb допускается сочетание видов взрывозащиты электрооборудования групп II и III.

Таблица 13. Степень обеспечиваемой защиты взрывозащищенного электрооборудования с учетом риска воспламенения взрывоопасной среды и взаимосвязь уровней взрывозащиты и взрывоопасных зон

Взаимосвязь уровней взрывозащиты взрывозащищенного электрооборудования и взрывоопасных зон с учетом риска воспламенения взрывоопасной среды

В настоящее время в практику выбора и применения взрывозащищенного электрооборудования для взрывоопасных зон введена необходимость учета риска от воспламенения взрывоопасной среды.
Обеспечиваемая степень взрывозащиты взрывозащищенного электрооборудования с учетом риска воспламенения взрывоопасной среды и взаимосвязь уровней и взрывоопасных зон приводится в табл. 13.

Подводя итоги вышеизложенному, следует отметить, что рассматриваемая в этой статье проблема требует в ее заключительной части рассмотрения вопросов, связанных с маркировкой взрывозащищенного электрооборудования и ее особенностями для электрооборудования групп II и III, а также ее правильному восприятию.

Список литературы

1. Федеральный закон РФ от 21.12.1994 г. № 69-Ф3 "О пожарной безопасности".
2. Пожары и пожарная безопасность в 2022 г. Статистика пожаров и их последствий: информ.-аналитич. сб. Балашиха: ФГБУ ВНИИПО МЧС России. 2023. 80 с.
3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 6-е издание (глава 7.3.).
4. Федеральный закон РФ от 22.07.2008 г. № 123-Ф3 "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".
5. ГОСТ 31610.0–2019 (IEC 60079-0:2017). Межгосударственный стандарт. Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования (введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации 01.06.2020).
6. ГОСТ 31610.10-1–2022 (IEC 60079-10-1:2020). Межгосударственный стандарт.
   Взрывоопасные среды. Часть 10-1. Классификация зон. Взрывоопасные газовые среды (введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации 01.07.2023 г.).
7. ГОСТ 31610.10-2–2017 / IEC 60079-10-2:2015. Межгосударственный стандарт.
   Взрывоопасные среды. Часть 10-2. Классификация зон. Взрывоопасные пылевые среды (введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации 01.06.2019 г.).
8. ГОСТ IEC 60079-14–2013. Межгосударственный стандарт. Взрывоопасные среды.
   Часть 14. Проектирование, выбор и монтаж электроустановок (введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации 01.07.2015 г.).
9. В.Н. Черкасов, В.И. Зыков. Обеспечение пожарной безопасности электроустановок:
   учебное пособие. М.: Издательство "Пожнаука". 2010.
10. ГОСТ 31610.20-1–2020 (ISO/IEC 80079-20-1:2017). Межгосударственный стандарт.
    Взрывоопасные среды. Часть 20-1. Характеристики веществ для классификации газа и пара. Методы испытаний и данные (введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации 01.10.2021 г.).
11. ГОСТ IEC 60079-1–2013. Межгосударственный стандарт. Взрывоопасные среды. Часть 1. Оборудование с видом взрывозащиты взрывонепроницаемые оболочки "d" (введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации 01.07.2015 г.).

Опубликовано в каталоге "Пожарная безопасность"