A New Concept of Electrical-Equipment Explosion Protection Utilising Pressurised Enclosures and Stationary Nitrogen Installations

• Autorzy: Ptak S.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.49.1.2018.9

Warianty tytułu

PL

Nowa koncepcja ochrony przeciwwybuchowej urządzenia wykorzystująca osłonę nadciśnieniową oraz stacjonarną instalację azotu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim: In the engineering practice, explosion protection is provided through the following steps: the elimination of the flammable material, the explosive atmosphere and the source of ignition. Another step is to limit the impact of the potential explosion. Electrical equipment might constitute the source of ignition for mixtures of flammable substances with air. The aim of the article is to present a new type of electrical equipment protection. According to the current technical standards, Ex p equipment is defined either as an enclosure with a constant static overpressure inside or purged enclosures with the use of clean air not containing flammable substances that could generate a hazardous atmosphere. This type of protection usually requires regular maintenance, complicated venting and/or frequent control of correct operation. Project and methods: Electrical equipment designed to work in hazardous areas is designed with various types of protection ensuring safety in the case of a hazardous atmosphere created near the device. In order to present the concept of the new protection type, current technical standards were analysed to gather technical prerequisites. The Solid Edge environment was used to create 3D models of control and indicating equipment (CIE). The diagram presenting the concept of the whole device was also created. The aim of the project was to present the concept of the new mixed-type pressurised equipment. Results: The design of the device proves that it is possible to create a new type of explosion protection of electrical equipment which has not been described in current technical standards. The concept assumes the use of stationary compressed nitrogen installations present in many factories. The installation will maintain a constant positive pressure inside the enclosure. It is also feasible to use portable inert gas tanks, which will require additional means of protection. The proposed design was checked against the set requirements. For the designed equipment, ready formulae were used to determine screw tightening torques in order to activate the device after exceeding specific parameters, such as the gas flow rate. Conclusions: The current technical standards give space for designing a new type of electrical equipment protection. The article describes the outcomes of the research and project work conducted to visualise the concept. These types of equipment protection can be certified for all working conditions, which increases their applicability potential.

PL

Cel: W praktyce inżynierskiej ochrona przed wybuchem polega na eliminacji materiału palnego, atmosfery wybuchowej oraz źródła zapłonu. Kolejnym krokiem jest ograniczenie możliwych skutków wybuchu. Potencjalnym źródłem zapłonu mieszaniny powietrza z materiałem palnym są urządzenia elektryczne. Celem artykułu jest zaprezentowanie nowej koncepcji budowy przeciwwybuchowej tego typu urządzeń. Obowiązujące normy opisują urządzenia Ex p jako utrzymujące stałe nadciśnienie wewnątrz obudowy lub jako wentylowane powietrzem niezanieczyszczonym gazami palnymi. Zapewnienie ochrony przeciwwybiuchowej urządzeń tego typu jest jednak problematyczne, ponieważ wymaga skomplikowanego układu instalacji wentylacyjnej, a także częstej kontroli pracy. Projekt i metody: Urządzenia elektryczne przeznaczone do użytkowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem konstruowane są z wykorzystaniem różnego rodzaju założeń bezpieczeństwa na wypadek wystąpienia atmosfery wybuchowej. W celu przedstawienia nowej koncepcji ochrony przeciwwybuchowej dokonano analizy obowiązujących norm oraz określono zbiór założeń projektowych. Wykorzystano środowisko Solid Edge do stworzenia modeli 3D urządzeń kontrolnych i sterujących. Następnie opisano schemat blokowy najistotniejszych części urządzenia. Celem prac projektowych było zaprezentowanie nowej mieszanej koncepcji budowy przeciwwybuchowej urządzeń elektrycznych, którą nazwano roboczo Ex pN. Wyniki: Zaprojektowane rozwiązanie dowodzi, że możliwe jest stworzenie nowej budowy przeciwwybuchowej urządzeń, nieopisanej w normach. Wykorzystuje ona stacjonarne instalacje ze sprężonym azotem obecne w wielu zakładach produkcyjnych. Utrzymują one stałe nadciśnienie gazu inertnego wewnątrz obudowy urządzenia. Możliwe jest także wykorzystanie przenośnych zbiorników z gazem obojętnym, które wymaga jednak zastosowania dodatkowych środków bezpieczeństwa. Proponowane rozwiązania sprawdzono pod względem postawionych założeń projektowych. Dla zaprojektowanych urządzeń podano gotowe wzory do wyznaczenia momentów siły, jaką należy przyłożyć do śrub regulacyjnych, aby uruchomienie nastąpiło po przekroczeniu określonego parametru pracy urządzenia, np. prędkości przepływu gazu.

Słowa kluczowe

EN

ex equipment; electrical devices; explosion protection; pressurised enclosure

PL

urządzenia elektryczne; odciążanie wybuchu; ochrona przeciwpożarowa

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 49, iss. 1
• Strony: 94--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Ptak S.

• Main School of Fire Service, Power Engineering Department

Bibliografia

• [1] Directive 2014/34/EU of the European Parliament and of the Council of 26 February 2014 on the harmonisation of the laws of the Member States relating to equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres (OJ L 96, 29.3.2014, pp. 309–356).
• [2] PN-EN 1127-1:2011 Explosive atmospheres. Explosion prevention and protection – Part 1: Basic concepts and methodology.
• [3] Anetor L., Odetunde C., Osakue E., Computational Analysis of the Extended Zeldovich Mechanism, “Arabian Journal for Science and Engineering”, 2014, 39, 8287–8305.
• [4] PN-EN 60079-1:2014 Explosive atmospheres – Part 1: Equipment protection by flameproof enclosures ‘d’.
• [5] PN-EN 60079-1:2010 Explosive atmospheres – Part 7: Equipment protection by increased safety ‘e’.
• [6] PN-EN 60079-11:2012 Explosive atmospheres – Part 11: Equipment protection by intrinsic safety ‘i’.
• [7] PN-EN 60079-18:2015 Explosive atmospheres – Part 18: Equipment protection by encapsulation ‘m’.
• [8] PN-EN 60079-5:2010 Explosive atmospheres – Part 5: Equipment protection by powder filling ‘q’.
• [9] PN-EN 60079-6:2010 Explosive atmospheres – Part 6: Equipment protection by oil immersion ‘o’.
• [10] PN-EN 60079-2:2010 Explosive atmospheres – Part 2: Equipment protection by pressurized enclosures ‘p’.
• [11] PN-EN 60079-13:2011 Explosive atmospheres – Part 13: Equipment protection by pressurized room ‘p’.
• [12] Gardner J., Dixon F., Purged and Pressurized Systems for Class I, Div. 1 & 2, and Zone 1 & 2 Hazardous Locations, [in]: 2006 Record of Conference Papers – IEEE Industry Applications Society 53rd Annual Petroleum and Chemical Industry Conference, 2006, 1–6.
• [13] Ahirwal B., Vishwakarma R.K., Singh A.K., Sinha A., Study of minimum overpressure location on high tension purged and pressurized protected Ex ‘p’ motor for explosive atmospheres, “International Journal of Electrical Power & Energy Systems” 2012, 41, 120–123.
• [14] Rong X., Song R., Song X., Li Y., Mechanism and Explosion-proof Design for a Coal Mine Detection Robot, “Procedia Engineering” 2011, 15, 100–104.
• [15] PN-EN 60695-11-10:2014 Fire hazard testing – Part 11–10: Test flames – 50 W horizontal and vertical flame test methods.