IMPIANTI ELETTRICI NEI LUOGHI CON
PERICOLO DI ESPLOSIONE
DEFINIZIONI
Il
L.E.L. (o L.I.E.) stabilisce percentualmente la quantità minima di gas
necessaria a creare una miscela esplosiva; questo dato è importante nella
classificazione delle aree pericolose.
Il
M.I.E.; stabilisce la minima energia necessaria ad innescare una miscela
aria-gas nella concentrazione più favorevole, è il fattore su cui si basa la
tecnica della “Sicurezza Intrinseca” secondo la quale l’energia rilasciata da
un circuito elettrico, anche in condizioni di anormale funzionamento, viene
limitata a un valore inferiore al M.I.E.
La
temperatura di accensione di una miscela aria-gas è la minima
temperatura per la quale la miscela pericolosa può essere innescata senza
l’apporto di energia elettrica. Questo parametro è di notevole importanza in
quanto stabilisce la massima temperatura superficiale consentita per le
apparecchiature poste in zona pericolosa sia in funzionamento normale che in
caso di guasto e deve essere sempre inferiore alla temperatura di accensione
del gas presente.
Classificazione delle
aree pericolosa in Europa
In Europa, la tendenza è di seguire le
raccomandazioni contenute nelle IEC 79-10 (e da Luglio 2003 quanto specificato
nella direttiva ATEX), in base alle quali ogni luogo, dove è probabile la
presenza di gas infiammabile, deve essere classificato secondo la suddivisione
in una delle tre zone previste dalla normativa:
ZONA 0 Area nella quale, una miscela di gas
esplosivo (aria-gas), é presente in maniera continuativa o comunque per lunghi
periodi di tempo. Ovvero vi è presenza continua di atmosfera esplosiva.
ZONA
1 Area nella quale, una miscela di gas esplosivo, può essere presente durante
il normale funzionamento dell'impianto.
ZONA
2 Area nella, quale una miscela di gas esplosivo non é normalmente presente e
nel caso contrario é presente solo per brevi periodi.
Ogni
altra parte dell'impianto é considerata "zona sicura".
L'individuazione quindi della zona e della classe
di pericolo permette di individuare quale tipo di "impianto elettrico a
sicurezza" é idoneo per soddisfare le condizioni stabilite dalla norma.
Per "impianto a sicurezza" si intende
quindi un modo di realizzare l'impianto che offre quelle garanzie di protezione
stabilite dalla normativa vigente.
CLASSIFICAZIONE ZONE PERICOLOSE
|
NORME |
Presenza continua |
Presenza intermittente |
Presenza occasionale |
|
IEC |
Zona 0 (gas) Zona 20 (polveri) |
Zona 1 (gas) Zona 21 (polveri) |
Zona 2 (gas) Zona 22 (polveri) |
|
EUROPA |
Zona 0 (gas) |
Zona 1 (gas) |
Zona 2 (gas) |
|
USA CANADA |
Cl. I Div.I(gas) Cl. II Div.I(polveri) Cl. III Div.I(fibre) |
Cl. I Div.I (gas) Cl. II Div.I (polveri) Cl. III Div.I (fibre) |
Cl.I Div.II (gas) Cl.II Div.II (polveri) Cl.III Div.III (fibre) |
La classificazione delle apparecchiature
La norma Europea CENELEC EN 50014 “Regole
Generali” prevede che le costruzioni elettriche (o apparecchiature) (ciò vale
per EEx d, EEx i etc.) si suddividono in due gruppi, in relazione alle sostanze
potenzialmente esplosive presenti :
GRUPPO I costruzioni elettriche destinate a
miniere con presenza di grisou (gas metano),
GRUPPO II costruzioni elettriche destinate a tutti
i luoghi con atmosfera potenzialmente esplosiva, diversi dalle miniere con
presenza di grisou.
Le costruzioni elettriche appartenenti al gruppo
II, in relazione al tipo di atmosfera esplosiva presente negli ambienti per i
quali sono progettate, sono suddivise in IIA, IIB, IIC, come indicato nella
tabella per i gas più comuni.
Una custodia del gruppo IIC può essere usata anche
per i gruppi IIA e IIB cioè il grado di pericolosità nel gruppo II da A a C è
crescente.
|
Categoria di pericolo |
Classificazione delle apparecchiature |
Energia d'innesco |
|
|
EUROPA |
NORD AMERICA |
||
|
METANO |
Gruppo I (Miniere) |
Non classificato |
|
|
ACETILENE |
Gruppo II C |
Classe I Gruppo A |
> 20 m J |
|
IDROGENO |
Gruppo II C |
Classe I Gruppo B |
> 20 m J |
|
ETILENE |
Gruppo II B |
Classe I Gruppo C |
> 60 m J |
|
PROPANO |
Gruppo II A |
Classe I Gruppo D |
> 180 m J |
|
Polveri cond.metalliche |
In preparazione |
Classe I Gruppo E |
|
|
Polveri cond.non metall. |
In preparazione |
Classe I Gruppo F |
|
|
Polveri non conduttrici |
In preparazione |
Classe I Gruppo G |
|
|
Fibre |
Non classificato |
Classe III |
|
Classificazione
delle apparecchiature in Europa e nel Nord America
Ogni sottogruppo del Gruppo II e della Classe I è
associato a un certo numero di gas aventi energia d’innesco compresa nei valori
riportati ed è rappresentato dal gas in tabella che viene utilizzato nelle
prove di certificazione. Il Gruppo II C e i gruppi A e B della Classe I sono i
più pericolosi perché richiedono il più basso livello di energia di innesco.
Classificazione delle apparecchiature in base alla
temperatura superficiale
|
Massima temperatura superficiale (°C) |
EUROPA |
USA/CANADA |
|
450 |
T1 |
T1 |
|
300 |
T2 |
T2 |
|
280 |
|
T2A |
|
260 |
|
T2B |
|
230 |
|
T2C |
|
215 |
|
T2D |
|
200 |
T3 |
T3 |
|
180 |
|
T3A |
|
165 |
|
T3B |
|
160 |
|
T3C |
|
135 |
T4 |
T4 |
|
120 |
|
T4A |
|
100 |
T5 |
T5 |
|
85 |
T6 |
T6 |
Classificazione
delle temperature superficiali in Europa e nel Nord America
Un’apparecchiatura
posta direttamente nella zona di pericolo, deve essere classificata anche in
base alla massima temperatura superficiale che essa può sviluppare sia in
funzionamento normale che in caso di guasto. La massima temperatura
superficiale deve essere inferiore alla minima temperatura di accensione del
gas presente.
La
normativa Europea EN 50014 prevede per la massima temperatura superficiale la
suddivisione in sei classi da T1 a T6 assumendo una temperatura ambiente di
riferimento di 40°C; nel caso questa sia diversa, la temperatura di riferimento
considerata deve essere specificata sull’apparecchiatura stessa.
Ogni
gas è associato ad una classe di temperatura in base alla propria temperatura
di accensione.
E’
importante notare che non vi è alcuna correlazione, per una data miscela, fra
l’energia di innesco e la temperatura di accensione.
A
titolo di esempio, l’Idrogeno ha una minima energia di innesco, di 20 uJoules e
una temperatura di accensione di 560 °C, mentre l’Acetaldeide con energia di
innesco di >180 uJoule ha una temperatura di accensione di 140°C.
La
massima temperatura superficiale, calcolata o misurata nelle condizioni più
sfavorevoli, non va confusa con la massima temperatura di lavoro
dell’apparecchiatura. Ad esempio, una costruzione elettrica, progettata per
lavorare fino a 70°C di temperatura ambiente, non deve sopraelevarsi, nelle
condizioni più sfavorevoli normalmente prevedibili, di più di 10 °C per essere
classificata come T6.
Infatti
la norma EN 50014 prevede un margine di sicurezza, sulla temperatura
superficiale, di 5°C per le classi T3, T4, T5 e T6 mentre per le classi T1 e T2
il margine è di 10 °C.
E’
evidente che un’apparecchiatura classificata per una classe di temperatura può
essere usata in presenza di tutti i gas aventi una temperatura di accensione
più alta della classe di temperatura dello strumento; ad esempio,
un’apparecchiatura, classificata come T5, può essere usata con tutti i gas
aventi temperatura di accensione superiore a 100 °C.
Tutti
i metodi di protezione contro il pericolo di esplosione o di incendio
richiedono la classificazione in temperatura in relazione ad ogni superficie
che può venire in contatto con un’atmosfera potenzialmente pericolosa.
La classificazione
delle aree di pericolo in Italia è regolata dalla normativa CEI 64-2 che
definisce come ZONA AD un luogo pericoloso entro il quale gli impianti
elettrici devono essere eseguiti a sicurezza secondo le prescrizioni della
norma.
|
Impianti di Sicurezza (UNI 64-2)
|
Un'esplosione o un incendio si può innescare per
cause dovute all'impianto elettrico solo quando in uno stesso ambiente
coesistono le seguenti condizioni:
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Componenti di Sicurezza per gli Impianti (UNI 64-2)
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Abbreviazioni relative a
componenti di sicurezza per impianti AD |
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Modo di protezione EEx-d secondo CENELEC EN 50018 IEC 79.1 CEI 31.1
Si utilizzano componenti
elettrici racchiusi in custodie a prova di esplosione, la cui sigla è Ex-d.
Il
metodo di protezione EEx-d comunemente noto come "anti deflagrante a prova
di esplosione " si basa sul concetto del contenimento, cioè tutte le
apparecchiature elettriche vengono racchiuse in apposite custodie in grado di
contenere una eventuale esplosione interna e di impedire la sua trasmissione
verso l'atmosfera esterna (ciò si ottiene per esempio con un lungo
percorso di fiamma e dei fumi prima che arrivino all'esterno; le norme in tal
senso stabiliscono criteri costruttivi tipo il numero ed il tipo di filetti,
l'interstizio tra due pareti affacciate; i collegamenti vanno fatti entro
conduit [tubi d'acciaio zincato] con raccordi di bloccaggio vicini all'imbocco
della apparecchiatura e riempiti di materiale sigillante )
Si tratta quindi di custodie sufficientemente robuste adatte a sopportare la
pressione sviluppata al loro interno e da impedire che prodotti incombusti
possano fuoriuscire e provocare la deflagrazione. Inoltre i gas combustibili
prodotti all'interno della custodia dall'esplosione vengono laminati e
raffreddati attraverso appositi giunti piani realizzati tra le diverse parti
della custodia (ad esempio tra corpo e coperchio) in modo che fuoriuscendo
dalla custodia non provocano l'innesco dei gas presenti nell'atmosfera.
Ogni componente é quindi prodotto in modo
autonomo ed il suo grado di sicurezza non dipende da quello delle altre
apparecchiature, ad esso circostanti. Inoltre la solidità meccanica delle
custodie (in genere in lega di alluminio esente da rame) offre elevate garanzie
che il livello di sicurezza si mantenga inalterato nel tempo.
Le
cassette con Ex(d) contenete materiale AD-PE devono essere ben imbullonate con
bloccanti, e corredati di targa che diffidi dall'aprire con impianto sotto
tensione.
Si
osservi che questo tipo di impianti sono idonei anche a circuiti di potenza.
CONCETTO DI CUSTODIA A PROVA DI ESPLOSIONE
Per
"custodie a prova si esplosione" si intendono involucri atti a
sopportare una esplosione interna dovuta alla penetrazione e successiva
accensione di sostanze esplosive. Tali involucri fanno riferimento a standard
costruttivi europei armonizzati, stabiliti in sede CENELEC , e precisamente :
EN
50014 Regole generali...................norme CEI 31/8
EN
50018 Protezione d.........................norme CEI 31/1
Queste
custodie devono :
·
resistere agli effetti dell'energia sviluppata
durante l'esplosione
·
non propagare all'esterno e quindi all'atmosfera
circostante, la fiamma generata
GRADO DI PROTEZIONE
Tutte le custodie EEx d hanno un loro grado di
protezione, come definito dalle norme CEI EN 60529. Esso è composto, al momento
di due cifre, la prima relativa al contatto ed ingresso di corpi estranei
solidi, la seconda alla protezione dall'ingresso di acqua.
Tutti i componenti e le custodie Ex hanno un grado
di protezione predefinito in fabbrica; questo può essere talvolta aumentato con
l'interposizione di un o'ring come indicato nel catalogo tecnico per ciascuna
apparecchiatura.
La protezione IP è composta dal simbolo IP e da
due o più cifre. La prima riguarda la protezione dalla penetrazione da corpi
estranei, la seconda per la penetrazione di liquidi... più alto è il numero più
alta è la protezione.
CERTIFICAZIONI DEI COMPONENTI
Tutti
i componenti per la realizzazione di impianti elettrici con pericolo di
esplosione sono provvisti di certificazione (ATEX) rilasciata da un ente
autorizzato (CESI, INIEX/ISSEP, BASEEFA, ecc.) al produttore, nella quale
vengono indicate le caratteristiche del componente stesso ed i limiti di
impiego.
Marcatura dei componenti
Un
prodotto destinato alle zone 1 e 2 viene targato come previsto dalla Norma
CENELEC EN50014 come segue:
|
|
Esempio: EEx d IIC T6 EEx : indica che la costruzione corrisponde ad uno o più modi di protezione di sicurezza secondo le norme Cenelec; d : custodia a prova
di esplosione; II : costruzione destinata a tutti i luoghi con atmosfera potenzialmente
esplosiva con sola esclusione delle miniere di grisou; C : acetilene o
idrogeno T6 : temperatura massima superficiale della costruzione pari a 85 °C in base a EN50014. |
La tabella di seguito mostra la
classificazione dei gas e vapori in base ai gruppi di protezione
antideflagrante ed alle temperature.
