12 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ ВИДА i "ИСКРОБЕЗОПАСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ"
12.1 Введение
При монтаже искробезопасных электрических цепей должны учитываться их принципиальные особенности. По сравнению с электроустановками остальных видов, где предусматриваются меры по ограничению распространения электроэнергии пределами установленной системы, спроектированной так, что исключается воспламенение взрывоопасной окружающей среды, искробезопасную электрическую цепь необходимо защищать от проникновения энергии из других электрических источников таким образом, чтобы не выходить за пределы безопасной энергии в цепи даже в случае возникновения в ней обрывов, короткого замыкания или замыкания на землю.
В соответствии с таким подходом правила монтажа искробезопасных электрических цепей направлены на обеспечение отделения этих цепей от всех остальных.
12.2 Электроустановки для зон классов 1 и 2
12.2.1 Электрооборудование
В электроустановках с искробезопасными цепями для взрывоопасных зон класса 1 или 2, искробезопасное электрооборудование и искробезопасные части связанного электрооборудования должны по крайней мере отвечать требованиям ГОСТ Р 51330.10 для уровня ib.
Простые электротехнические устройства не нуждаются в маркировке, но должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р 51330.10 и ГОСТ Р 51330.0, поскольку от них зависит искробезопасность.
Связанное электрооборудование должно, по возможности, размещаться вне взрывоопасной зоны; если же связанное электрооборудование установлено во взрывоопасной зоне, оно должно быть обеспечено взрывозащитой другого подходящего вида в соответствии с 5.2.
Напряжение питания электрооборудования, подключенного к искроопасным зажимам связанного электрооборудования, не должно превышать величины Um, указанной на паспортной табличке связанного электрооборудования. Предполагаемый ток короткого замыкания в цепи питания не должен превышать 1500 А.
12.2.2 Кабели
12.2.2.1 Общие требования
В искробезопасных электрических цепях могут использоваться только изолированные кабели, у которых заземляющий и экранирующий проводники, а также заземление экрана проверены напряжением не менее 500 В переменного тока.
Если во взрывоопасной зоне используют многожильные проводники, концы проводника должны быть защищены от разделения на отдельные провода, например с помощью наконечника.
Диаметр отдельных проводников в пределах взрывоопасной зоны должен быть не менее 0,1 мм. Это относится также к проводам многопроволочной жилы.
12.2.2.2 Электрические параметры кабелей
Для всех используемых кабелей должны быть известны их электрические параметры (Cc и Lc) или (Cc и Lc/Rc), либо в расчет должны приниматься наиболее неблагоприятные значения, указанные изготовителем (см. 12.2.5).
12.2.2.3 Заземление проводящих экранов
Там, где требуется экран, за исключением случаев, перечисленных ниже в подпунктах а) - с), он должен быть электрически соединен с заземлителем только в одной точке, обычно на конце цепи, расположенном вне взрывоопасной зоны. Это требование должно исключать возможность протекания через экран уравнительного тока, обладающего воспламеняющей способностью, при наличии разницы местных потенциалов земли между одним и другим концом цепи.
Специальные случаи:
а) если имеются специальные соображения относительно экранирования (например, когда экран имеет высокое сопротивление, или если требуется дополнительное экранирование против индуктивной наводки) с подключением заземления в нескольких точках по длине экрана, используется метод, показанный на рисунке 2, при условии, что:
Рисунок 2 - Заземление проводящих экранов
- изолированный заземляющий проводник имеет достаточное поперечное сечение (как правило, не менее 4 мм2, а для соединений с помощью зажимов может быть более подходящим поперечное сечение 16 мм2);
- устройство изолированных заземляющего проводника и экрана способно выдержать испытание напряжением 500 В между всеми другими проводниками в кабеле и броней кабеля;
- изолированные заземляющий проводник и экран соединены с заземлителем только в одной точке, которая является одной и той же как для изолированного заземляющего проводника, так и для экрана, и расположена в конце кабеля, находящегося вне взрывоопасной зоны;
- изолированный заземляющий проводник удовлетворяет требованиям 9.1.1;
- отношение индуктивности к сопротивлению (L/R) кабеля, проложенного вместе с изолированным заземляющим проводником, определено и показано соответствие требованиям 12.2.5;
b) если электроустановка функционирует и обслуживается таким образом, что существует высокая степень уверенности в наличии уравнивания потенциалов между концами цепи, находящимися во взрывоопасной зоне и вне ее, тогда, если это необходимо, экраны кабеля могут быть соединены с заземлителем на каждом конце кабеля и, если требуется, в любых промежуточных точках;
c) допускается заземление в нескольких точках через конденсаторы малой емкости (например, керамические: 1 нФ, 1500 В), если результирующая емкость не превышает 10 нФ.
12.2.2.4 Соединение кабельной брони
Броня должна, как правило, подсоединяться к системе уравнивания потенциалов через устройства кабельного ввода или эквивалентным способом на каждом конце трассы кабеля. Там, где установлены промежуточные распределительные коробки или другое электрооборудование, броня в этих точках должна, как правило, также подсоединяться к системе уравнивания потенциалов. В случаях, когда броня не должна подсоединяться к системе уравнивания потенциалов ни в одной из промежуточных точек кабеля, должны быть предприняты меры предосторожности, гарантирующие, что электрическая целостность брони поддерживается по всей длине трассы кабеля.
Там, где подсоединение брони в точке ввода кабеля невозможно или где требования проекта этого не допускают, должны быть предприняты меры, предотвращающие возникновение разности потенциалов между броней и системой уравнивания потенциалов, способной вызывать воспламеняющую искру. В любом случае должно иметься по крайней мере одно электрическое соединение брони с системой уравнивания потенциалов. Кабельный ввод для отделения брони от земли должен быть установлен вне взрывоопасной зоны или в зоне класса 2.
12.2.2.5 Прокладка кабелей
Электроустановки с искробезопасными электрическими цепями должны быть смонтированы таким образом, чтобы на их искробезопасность не оказывали неблагоприятное воздействие внешние электрические или магнитные поля, например от близлежащих воздушных линий электропередач или сильноточных одножильных кабелей. Это может быть достигнуто, например, использованием экранов и (или) изгибом жил или обеспечением требуемого удаления от источника электрического или магнитного поля.
В дополнение к требованиям 9.1.1 кабели как во взрывоопасной зоне, так и вне ее должны отвечать одному из следующих требований:
a) кабели искробезопасных электрических цепей должны быть отделены от всех кабелей искроопасных цепей;
b) кабели искробезопасных электрических цепей должны быть проложены так, чтобы исключить возможность их механического повреждения;
c) кабели искробезопасных или искроопасных электрических цепей должны быть бронированными, заключенными в металлическую оболочку или экранированными.
Проводники искробезопасных и искроопасных электрических цепей не должны размещаться в одном и том же кабеле.
Проводники искробезопасных и искроопасных электрических цепей в одном и том же пучке или канале должны быть отделены промежуточным слоем изоляционного материала или заземленной металлической перегородкой. Никакого разделения не требуется, если для искробезопасных или искроопасных цепей используют металлические оболочки или экраны.
12.2.2.6 Маркировка кабелей
Кабели, содержащие искробезопасные электрические цепи, должны быть промаркированы. Если оболочки или покрытия кабелей маркируются цветом, должен применяться синий цвет. Кабели, имеющие такую маркировку, не должны использоваться для других целей. Если кабели искробезопасных или искроопасных электрических цепей бронированы, помещены в металлическую оболочку или экранированы, маркировка кабелей искробезопасных электрических цепей не требуется.
Внутри измерительных стоек и шкафов управления, коммутационной аппаратуры, распределительных устройств и т.д., где имеется риск перепутывания между собой кабелей искробезопасных и искроопасных электрических цепей при наличии нулевого рабочего проводника, имеющего расцветку, выполненную синим цветом, должны приниматься меры альтернативной маркировки. Эти меры включают в себя:
- объединение жил в общем жгуте с бандажом, окрашенным в голубой цвет;
- этикетирование;
- отчетливое структурное и пространственное разделение.
12.2.2.7 Многожильные кабели, содержащие более одной искробезопасной электрической цепи
Данные требования являются дополнительными по отношению к 12.2.2.1-12.2.2.6.
Радиальная толщина изоляции проводника должна соответствовать диаметру проводника и материалу изоляции. Для изоляционных материалов, используемых в настоящее время, например полиэтилена, минимальная радиальная толщина должна быть не менее 0,2 мм.
Изоляция проводника должна выдерживать испытательное напряжение переменного тока с действующим значением, вдвое превышающим номинальное напряжение искробезопасной электрической цепи, но не менее 500 В.
Должны применяться многожильные кабели того типа, который способен выдержать проверку электрической прочности изоляции переменным током с действующим значением напряжения не менее:
- 500 В, приложенного между любыми броней и (или) экраном (ами), соединенными вместе, и всеми соединенными вмести жилами;
- 1000 В, приложенного между пучком, составляющим одну половину токоведущих жил кабеля, соединенных вместе, и пучком, составляющим другую половину соединенных вместе жил. Это испытание не применяют к многожильным кабелям с экранированными проводниками каждой из цепей.
Испытания напряжением должны быть выполнены методом, установленным в соответствующем стандарте (технических условиях) на кабель. Если ни один из перечисленных выше методов применить невозможно, испытания должны быть проведены следующим образом:
- должно использоваться напряжение переменного тока синусоидальной (или близкой к ней) формы с частотой от 48 до 62 Гц;
- напряжение должно быть получено от трансформатора с выходной мощностью не менее 500 В·А;
- напряжение должно постепенно увеличиваться до заданной величины не менее чем за 10 с и затем поддерживаться на этом уровне не менее 60 с.
12.2.2.8 Предупреждение повреждений в многожильных кабелях
Повреждения, которые должны приниматься во внимание в многожильных кабелях, используемых в искробезопасных электрических системах, зависят от типа используемого кабеля.
Кабель типа А
Кабель, который удовлетворяет требованиям 12.2.2.7 и, кроме того, содержит проводящие экраны, обеспечивающие индивидуальную защиту искробезопасных электрических цепей, чтобы предотвратить случайное соединение таких цепей друг с другом (покрытие из таких экранов должно составлять не менее 60% наружной поверхности кабеля).
Короткие замыкания между цепями во внимание не принимают.
Кабель типа В
Стационарный кабель, который надежно защищен от повреждений, удовлетворяет требованиям 12.2.2.7 и, кроме того, максимальное напряжение U0 ни одной из цепей кабеля не превышает 60 В.
Короткие замыкания между цепями во внимание не принимают.
Кабель других типов
Для кабелей, удовлетворяющих требованиям 12.2.2.7, но не отвечающих дополнительным требованиям для типа А или В, необходимо принимать во внимание до двух коротких замыканий между проводниками и, одновременно, до четырех обрывов цепей. В случае идентичных цепей повреждения не должны учитываться, если каждая содержащаяся в кабеле цепь имеет коэффициент безопасности, который в четыре раза превышает требуемый коэффициент безопасности для искробезопасных электрических цепей уровня ia или ib.
Для кабелей, не соответствующих требованиям 12.2.2.7, количество коротких замыканий между проводниками и одновременных обрывов цепей, которые должны быть учтены, не ограничивается.
12.2.3 Концевая заделка кабелей искробезопасных электрических цепей
В электроустановках с искробезопасными электрическими цепями, например в измерительных стойках и шкафах управления, зажимы искробезопасных электрических цепей должны быть надежно отделены от искроопасных (например, разделительной панелью или промежутком не менее 50 мм). Зажимы искробезопасных цепей должны быть промаркированы как искробезопасные. Все зажимы, вилки и розетки должны удовлетворять требованиям 6.3.1 и 6.3.2 ГОСТ Р 51330.10.
Там, где при размещении зажимов разделение цепей обеспечивается только воздушным промежутком, конструкция зажимов и метод монтажа должны предусматривать меры предосторожности для предотвращения замыкания между цепями в случае отсоединения проводника.
12.2.4 Заземление искробезопасных электрических цепей
Искробезопасные электрические цепи могут быть:
a) изолированными от земли, или
b) соединены в одной точке с системой уравнивания потенциалов, если она существует в зоне, в которой расположены искробезопасные электрические цепи, и если это предусмотрено технической документацией на электрооборудование.
Метод монтажа должен быть выбран с учетом функциональных требований к цепям и в соответствии с инструкциями изготовителя.
Допускается наличие нескольких точек заземления цепи при условии, что она гальванически разделена на участки, каждый из которых имеет лишь одну точку заземления.
В изолированных от земли искробезопасных электрических цепях следует обращать внимание на опасность электростатических зарядов. Соединение с землей через резистор с сопротивлением 0,2-1 МОм, например для снятия электростатических зарядов, не считают заземлением.
Искробезопасные электрические цепи должны быть заземлены, если это необходимо по соображениям безопасности, например в электроустановках с барьерами безопасности без гальванического разделения. Они могут быть заземлены в случае функциональной необходимости, например в цепи со сварными термопарами. Если искробезопасное электрооборудование не выдерживает испытание на электрическую прочность напряжением не менее 500 В относительно земли согласно ГОСТ Р 51330.10, оно должно быть заземлено.
В искробезопасных электрических цепях заземляющие зажимы барьеров безопасности без гальванического разделения должны быть:
1) соединены с системой уравнивания потенциалов самым коротким доступным путем, или
2) только для TN-S систем соединены с точкой заземления способом, который гарантирует, что полное сопротивление между точками соединения и заземления основной системы питания не более 1 Ом. Это может быть достигнуто соединением с шиной заземления внутри выключателя или использованием отдельных заземляющих стержней. Используемый проводник должен быть изолирован, чтобы предотвратить попадание токов короткого замыкания, которые могли бы протекать в металлических конструкциях, с которыми он может соприкасаться (например, корпус панели управления). Он должен также иметь механическую защиту в местах, где высок риск его повреждения.
Поперечное сечение заземляющего проводника должно представлять собой:
- либо не менее чем два независимых провода, каждый из которых способен пропускать максимальный возможный номинальный длительный ток и обладать проводимостью, соответствующей проводимости медного проводника с сечением не менее 1,5 мм2;
- либо не менее чем один провод, проводимость которого соответствует проводимости проводника, выполненного из меди, сечением менее 4 мм2.
Примечание - Для облегчения контроля следует использовать метод двух заземляющих проводов.
Если заземление не способно пропустить предполагаемый ток короткого замыкания системы питания, соединенной с входными зажимами барьера, то площадь поперечного сечения проводника должна быть соответственно увеличена или должны быть использованы дополнительные провода.
12.2.5 Проверки искробезопасных электрических цепей
Если техническая документация на систему не позволяет установить параметры искробезопасной электрической цепи в целом, должны выполняться все требования 12.2.5 (и его подпунктов), при этом итоговая оценка соответствия параметров искробезопасной электрической цепи данным требованиям осуществляется аккредитованной испытательной организацией.
При монтаже искробезопасных электрических цепей, включая кабели, не должны превышаться максимально допустимые значения индуктивности, емкости или отношения L/R и температуры поверхности. Допустимые значения указанных величин должны быть определены из документации на связанное электрооборудование или паспортной таблички.
12.2.5.1 Искробезопасные электрические цепи только с одним присоединенным электротехническим устройством (электрооборудованием)
Сумма максимальной эффективной внутренней емкости Ci каждой составной части искробезопасного электрооборудования и емкости кабеля (кабели обычно рассматривают как сконцентрированную емкость, равную максимальной емкости между двумя смежными жилами) не должна превышать максимального значения C0, указанного на связанном электрооборудовании.
Сумма максимальной эффективной внутренней индуктивности Li каждой составной части искробезопасного электрооборудования и индуктивности кабеля (кабели обычно рассматривают как сконцентрированную индуктивность, равную максимальной индуктивности двух максимально удаленных друг от друга жил кабеля) не должна превышать максимального значения L0, указанного на связанном электрооборудовании.
Если искробезопасное электрооборудование не обладает эффективной индуктивностью, а на связанном электрооборудовании указано значение отношения L/R, то при значении отношения L/R кабеля, измеренного между его двумя максимально удаленными друг от друга жилами, меньше этого значения, нет необходимости обеспечивать выполнение требования к L0.
Значения допустимого входного напряжения Ui, входного тока Ii, и входной мощности Pi каждой составной части искробезопасного электрооборудования должны быть соответственно не менее величин U0, I0 и P0 связанного электрооборудования.
Чтобы установить температурный класс простого электрооборудования, его максимальная температура может быть определена на основании значения P0 связанного электрооборудования. Температурный класс может быть определен:
a) либо с помощью таблицы 4,
b) либо по формуле
T = P0 Rth + Tamb,
где T - температура поверхности, °С;
P0 - мощность, указанная на связанном электрооборудовании, Вт (В·А);
Rth - тепловое сопротивление (как определено изготовителем компонента для соответствующего состояния установки), К/Вт;
Tamb - температура окружающего воздуха (обычно 40 °С),
c) и далее с помощью таблицы 1.
Кроме того, компоненты с поверхностью площадью менее 10 см2 (исключая вводные провода) могут быть отнесены к температурному классу Т5, если температура их поверхности не превышает 150 °С.
Группу электрооборудования для искробезопасной электрической цепи определяют по наиболее ограничительной группе электрооборудования, формирующего эту цепь (например, цепь, имеющая в своем составе электрооборудование групп IIВ и IIC, будет иметь группу IIВ).
Таблица 4 - Оценка для температурного класса Т4 в зависимости от размеров компонента и температуры окружающего воздуха
Общая площадь поверхности, исключая вводные провода, мм2 | Условие отнесения к температурному классу Т4 (при температуре окружающего воздуха 40 °С) |
Менее 20 | Температура поверхности не более 275 °С |
От 20 до 10 включ. | Температура поверхности не более 200 °С |
Не менее 20 | Мощность не превышает 1,3 Вт* |
_____________ | |
12.2.5.2 Искробезопасные электрические цепи с несколькими связанными электротехническими устройствами (электрооборудованием)
Если две или более искробезопасных электрических цепей взаимосвязаны, искробезопасность системы в целом должна быть проверена либо путем теоретических расчетов, либо путем испытания с помощью искрообразующего механизма в соответствии с разделом 10 ГОСТ Р 51330.10. Должны быть определены группа, температурный класс и категория электрооборудования.
В расчет должен приниматься риск попадания обратных напряжений и токов питания в связанное электрооборудование из остальной части цепи. Номинальные значения напряжения и параметров токоограничивающих элементов в каждом связанном электрооборудовании не должны быть превышены соответствующими значениями U0 и I0 другого связанного электрооборудования.
Примечание - Основные положения для расчетов в случае связанного электрооборудования с линейными характеристиками "ток/напряжение" приведены в приложении А. В случае связанного электрооборудования с нелинейными характеристиками "ток/напряжение" параметры электрических цепей должны быть определены экспертной оценкой.
Разработчиком системы должно быть подготовлено техническое описание системы с указанием составных частей электрооборудования, электрических параметров системы, включая соединительную электропроводку.
12.3 электроустановки для зоны класса 0
Искробезопасные электрические цепи должны быть установлены в соответствии с 12.2, за исключением положений, модифицированных в соответствии со следующими специальными требованиями.
В электроустановках с искробезопасными электрическими цепями для зоны класса 0 искробезопасное и связанное электрооборудование должно соответствовать требованиям ГОСТ Р 51330.10 для уровня ia. Предпочтительным является использование связанного электрооборудования с гальваническим разделением искробезопасных и искроопасных электрических цепей. Так как только одно повреждение проводников системы уравнивания потенциалов может вызывать опасность воспламенения, связанное электрооборудование без гальванического разделения может использоваться только тогда, когда устройство заземления соответствует 12.2.4 (перечисление 2), и любое подключенное к электрической сети электрооборудование, соединенное с зажимами в безопасной зоне, изолировано от электрической сети двухобмоточным трансформатором, первичная обмотка которого защищена плавким предохранителем с соответствующей отключающей способностью. Цепь (включая все простые компоненты, простые электротехнические устройства, искробезопасное электрооборудование, связанное электрооборудование и максимальные допустимые электрические параметры соединительных кабелей) должна иметь уровень ia.
Простые электротехнические устройства, установленные вне зоны класса 0, должны быть указаны в документации системы и соответствовать требованиям ГОСТ Р 51330.10 для уровня ia.
Если по функциональным причинам требуется заземление цепи, оно должно быть устроено вне зоны класса 0, но как можно ближе к электрооборудованию в зоне класса 0.
Если часть искробезопасной электрической цепи расположена в зоне класса 0 так, что существует возможность возникновения опасной разности потенциалов между основным и присоединенным электрооборудованием в пределах зоны класса 0, например из-за атмосферного электричества, между каждой незаземленной жилой кабеля и локальным устройством как можно ближе (желательно в пределах 1 м) к входу в зону класса 0 должно быть установлено устройство импульсной защиты. Примеры такого расположения - баки для хранения огнеопасных жидкостей, установки обработки потока и дистилляционные колонки в нефтехимическом производстве. Высокий риск возникновения разности потенциалов обычно связан с рассредоточенным расположением технологических установок и (или) наружным расположением электрооборудования, и он не устраняется простым использованием подземных кабелей или баков.
Устройство импульсной защиты должно быть способным отводить минимальный амплитудный ток разряда 10 кА (8/20 мкс импульс согласно ГОСТ 30032.1, 10 срабатываний). Соединение между защитным устройством и локальным устройством должно иметь минимальное сечение, эквивалентное 4 мм2 сечения провода из меди.
Напряжение искрового пробоя устройства импульсной защиты должно быть определено потребителем и экспертом для каждой электроустановки.
Примечание - Применение устройства импульсной защиты с напряжением искрового пробоя ниже 500 В переменного тока с частотой 50 Гц может потребовать рассмотрения искробезопасной электрической цепи как заземленной.
Кабель между искробезопасным электрооборудованием и устройством импульсной защиты в зоне класса 0 должен быть проложен так, чтобы обеспечивалась его молниезащита.
