Соединительные коробки для взрывоопасных зон. Азбука пользователя

Автор: П.Н. Герасимов, П.Ю. Павлуткин (НПП «Герда»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №2/2014

В статье даны ответы на вопросы, касающиеся выбора и использования взрывозащищенных соединительных коробок. Разобраны основные существующие виды коробок, материалы для изготовления и комплектующие, уровни и виды взрывозащиты, возможность применения в зависимости от взрывоопасной зоны.

Еще совсем недавно на взрывоопасных производствах в подавляющем большинстве случаев использовались пневматические приборы и средства автоматизации. В настоящее время наибольшее применение в практике автоматизации технологических процессов и производств получили электрические приборы и средства автоматизации (СА). Применение электрических приборов и СА предполагает использование электрических кабелей связи и питания.

Для того чтобы не прокладывать отдельный маложильный кабель от каждого датчика (первичного прибора, исполнительного механизма или других средств СА) до кроссового шкафа в контроллерной, кабели объединяют с помощью соединительных (ответвительных) коробок в многожильный кабель.

Иногда возникает задача сращивания кабеля во взрывоопасной зоне. Сращиваемые кабели в этом случае должны быть помещены в соединительную коробку с взрывозащитой вида, соответствующего классу взрывоопасной зоны.

При необходимости размещения во взрывоопасных зонах средств измерительной техники, автоматики и элементов управления (переключателей, кнопок и сигнальных ламп) также используются взрывозащищенные коробки.

Таким образом, взрывозащищенные коробки находят широкое применение во взрывоопасных зонах и служат для следующих целей:

• для уменьшения числа кабелей, прокладываемых в одном направлении;
• для сращивания кабелей;
• для размещения средств СА, измерительной техники и элементов управления.

Сравнение взрывозащищенных коробок

Соединительные коробки обычно представляют собой прямоугольный корпус с крышкой, соединенных винтами.

Внутри соединительной коробки на DIN-рейке устанавливаются клеммные зажимы. На боковых поверхностях корпуса размещаются кабельные вводы и заглушки неиспользуемых отверстий кабельных вводов.

Взрывозащищенные коробки различаются:

• маркировкой взрывозащиты;
• степенью защиты от внешних воздействий (код IP);
• диапазоном температуры окружающей среды tamb, для которой сконструированы коробки;
• материалом изготовления;
• установленными кабельными вводами;
• используемыми клеммными зажимами.

Основной вопрос, возникающий при применении соединительных коробок: какие виды коробок можно размещать в той или иной взрывоопасной зоне. Для того чтобы разобраться в этом вопросе, нужно понять систему классификации взрывоопасных зон и маркировки взрывозащищенного электрооборудования.

Классификация взрывоопасных зон

Классификация зон – метод анализа и классификации окружающей среды, в которой может присутствовать взрывоопасная газовая смесь, проводимый с целью выбора электрооборудования, эксплуатация которого в присутствии данной смеси должна быть безопасной.

Классификация взрывоопасных зон проводится специалистами, знающими технологический процесс и оборудование, в сотрудничестве с инженерами по безопасности, электриками и другим техническим персоналом.

Для каждой взрывоопасной зоны четко определен вид взрывозащиты электрооборудования, разрешенного к применению (см. таблицу).

Маркировка взрывозащиты

Коробки соединительные и их комплектующие на корпусе должны иметь маркировку взрывозащиты.

Виды взрывозащиты

Защита вида e. Вид взрывозащиты электрооборудования, использующий дополнительные меры против возможного превышения допустимой температуры, а также возникновения дуговых разрядов, искрения в нормальном или ненормальном режимах работы. Электрооборудование, вызывающее в нормальном режиме работы дуговые разряды или искрение, по определению не может быть отнесено к защите e.

Данный вид взрывозащиты используется преимущественно в соединительных коробках; реже – для размещения в корпусах коробок средств автоматики и измерительной техники, а в Зоне 2 – в качестве соединителей периодически работающих электроприемников (например, переносные светильники).

Коробкам с защитой вида e присущи следующие особенности:

• данный вид взрывозащиты наименее сложный и имеет невысокую стоимость;
• крышки коробок обычно имеют небольшое число винтов (4…6), поэтому их просто открывать и закрывать;
• коробки с данным видом взрывозащиты не позволяют проводить техническое обслуживание под напряжением.

Искробезопасная электрическая цепь i. Электрическая цепь, в которой любые искрения не вызывают воспламенение, а любое тепловое воздействие не способно воспламенить взрывоопасную смесь. Данный вид взрывозащиты основан на принципе ограничения предельной энергии, накапливаемой или выделяемой электрической цепью в аварийном режиме, или рассеивания мощности до уровня значительно ниже минимальной энергии или температуры воспламенения.

Ограничение энергии искробезопасных электрических цепей, как правило, производится барьерами искробезопасности. Барьеры искробезопасности устанавливаются в безопасной зоне и бывают следующих видов:

• на диодах (стабилитронах),
• барьеры с гальваническим разделением искробезопасных и искроопасных электрических цепей – наиболее предпочтительный вид барьеров.

Вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь i» является методом, который защищает электрооборудование и связанную с ним электропроводку во взрывоопасных зонах, включая повреждения, вызванные разрывом, коротким замыканием или случайным заземлением соединяющего кабеля.

Коробки с защитой вида «искробезопасная электрическая цепь i» обладают следующими свойствами:

• крышку коробки можно открывать под напряжением. Самое недорогое техническое обслуживание;
• наиболее безопасный вид взрывозащиты. Коробки только с данным видом взрывозащиты (ia) можно использовать в Зоне 0;
• обычно коробки соединительные с «искробезопасной электрической цепью i» отличаются от коробок с «защитой вида e» только маркировкой на корпусе. Если используются пластиковые вводы, то они должны быть синего цвета.

Взрывонепроницаемая оболочка d. Вид взрывозащиты электрооборудования, в котором его части, способные воспламенить взрывоопасную смесь, заключены в оболочку, способную выдерживать давление взрыва воспламенившейся смеси без повреждения и передачи воспламенения в окружающую взрывоопасную смесь.

Оболочка может содержать детали, которые в нормальных или аварийных режимах работы создают искрение или нагреваются до высокой температуры, что может привести к внутренним взрывам.

Данный вид взрывозащиты основывается на том факте, что газовая струя, получающаяся в результате взрыва, выходя из оболочки, быстро охлаждается благодаря тепловой проводимости оболочки и быстрому расширению горячего газа в более холодной внешней атмосфере.

У взрывонепроницаемой оболочки длина и ширина щели, по которой воспламенившаяся смесь поступает в окружающую атмосферу, жестко регламентированы.

Коробки с взрывонепроницаемой оболочкой используются как в качестве соединительных коробок с клеммными зажимами, так и для установки другой электрической аппаратуры, например, реле, трансформаторов, пускателей, кнопок, переключателей и т.п. Существуют коробки со смотровыми окнами из термостойкого стекла, они служат для размещения измерительных и сигнальных приборов, видеокамер, дисплеев, табло.

Коробкам с взрывозащитой вида «взрывонепроницаемая оболочка» свойственны следующие проблемы при монтаже и эксплуатации:

• коробки, особенно крупногабаритные, имеют большую массу, и их установка связана с определенными трудностями;
• требуются специальные кабельные вводы с взрывозащитой вида «взрывонепроницаемая оболочка d», в некоторых случаях их требуется заполнять компаундом, что достаточно дорого и трудоемко;
• во влажной атмосфере конденсат может создавать серьезные проблемы внутри оболочки;
• для того чтобы снять крышку коробки, необходимо отвернуть большое число винтов (иногда – несколько десятков). При установке крышки обратно очень важно обеспечить выполнение требований по максимально допустимому зазору. Обращаться с крышкой нужно с осторожностью, чтобы избежать повреждений и сохранить ее профиль из мягкого алюминия. Все это требует особой ответственности обслуживающего персонала;
• для проведения технического обслуживания оборудования внутри коробки предварительно должны быть обесточены все электрические цепи, что может потребовать остановки технологического процесса.

Степень защиты от внешних воздействий (код IP).

Основные применяемые значения

Код IP – система, применяемая для обозначения степеней защиты, обеспечиваемых оболочкой, от доступа к опасным частям, попадания внешних твердых предметов (пыли) и воды. Чем больше значение первой и второй цифры обозначения кода, тем соединительная коробка надежнее защищена от внешних воздействий.

Температура окружающей среды (tamb или ta)

В общем случае коробки в составе с комплектующими конструируются для применения при температуре окружающей среды от –20 до +40°С. Если коробки и их комплектующие конструируются для применения в другом диапазоне температур, то в маркировке должен быть указан этот диапазон tamb или ta, например: –40°С ≤ tamb < +40°C.

Материал для изготовления корпусов коробок

Коробки чаще всего изготавливаются из алюминиевого сплава (содержание магния по массе должно быть менее 7,5%) или армированного стекловолокном полиэстера, реже – из стали, нержавеющей стали или чугуна.

Наиболее предпочтительным выбором являются коробки из алюминиевого сплава (алюминий-кремний). Алюминиевый сплав стоек против коррозии в различных окружающих средах благодаря образованию оксидной пленки на поверхности. При случайных повреждениях пленка автоматически восстанавливается.

Основные преимущества коробок из алюминиевого сплава перед коробками из полиэстера:

• большая прочность, особенно при низких температурах эксплуатации;
• не подверженность старению;
• защита от электромагнитных помех.

Для большинства применений наиболее подходящим выбором являются коробки из алюминиевого сплава с взрывозащитой «защита вида е» или «искробезопасная электрическая цепь i» . Например, коробки по ТУ 3424010-45416838–2006 производства ООО «Камышинский машзавод» (г. Камышин, Россия) имеют взрывозащиту вида 0ExiaIICT6 или 2ExeIIT6 и обладают следующими преимуществами: высокое качество алюминиевых корпусов (12 типоразмеров), кабельные вводы из никелированной латуни поставляются в комплекте с взрывозащищенными заглушками, состав коробки (тип и число клеммных зажимов, кабельных вводов и дополнительных аксессуаров) можно определять самостоятельно.

Клеммные зажимы

Клеммные зажимы (клеммы) предназначены для присоединения и ответвления проводников. Клеммы устанавливаются внутри корпуса коробки на DIN-рейке и подразделяются на следующие:

• обычные проходные клеммы;
• клеммы заземления (желто-зеленого цвета) – они имеют непосредственный электрический контакт с DINрейкой.

Клемма подбирается по максимальному сечению присоединяемого проводника. В практике автоматизации наиболее удобными при монтаже являются клеммы 2,5 мм2 и 4 мм2, они могут служить для подключения проводников сечением соответственно от 0,25 мм2 до 2,5(4) мм2.

По способу закрепления проводников клеммы бывают винтовые и пружинные. Пружинные клеммы существенно сокращают время монтажа, так как не требуют операции завинчивания. Клеммы в соединительной коробке должны быть пронумерованы.

На каждой клемме взрывозащищенной коробки должна быть нанесена маркировка взрывозащиты. Например, в коробке с взрывозащитой вида e на корпусе клеммы обязательно должна присутствовать маркировка, содержащая «Exe».

Кабельные вводы и заглушки (детали)

Кабельный ввод применяется для ввода в корпус коробки кабеля таким образом, чтобы обеспечивался соответствующий вид взрывозащиты. Кабельный ввод также защищает кабель от случайного выдергивания. Кабель в кабельном вводе закрепляется при помощи уплотнительного кольца или герметизирующего компаунда.

Кабельные вводы бывают следующих видов:

• для небронированного кабеля (без устройства крепления брони);
• для бронированного кабеля с одинарным уплотнением (с креплением брони и уплотнением на внутренней оболочке кабеля);
• для бронированного кабеля с двойным уплотнением (с креплением брони и уплотнением на внутренней и наружной оболочке кабеля);
• с креплением металлорукава, защищающего кабель от химического и механического повреждения, воздействия влаги и солнечного излучения.

Следует отметить, что кабельный ввод для небронированного кабеля можно также применять и для ввода бронированного кабеля.

Уплотнение в этом случае следует производить по внутренней оболочке кабеля, а также обязательно предусмотреть заземление брони кабеля.

Кабельный ввод с креплением металлорукава состоит из кабельного ввода с внутренней резьбой на конце и соединителя, который с одной стороны монтируется на металлорукав, а с другой – вкручивается в кабельный ввод, тем самым обеспечивая надежное крепление металлорукава. Существуют соединители для негерметичного и герметичного металлорукавов. Герметичный металлорукав снаружи имеет ПВХ-оболочку (например, металлорукав ГЕРДА-МГ по ТУ 4833-011-76960731–2008 производства ООО «Донкабель», г. Пролетарск, Россия).

Кабельные вводы изготавливаются из следующих материалов:

• никелированной латуни (наиболее предпочтительный вариант);
• латуни (возможна коррозия в агрессивных средах, а также при установке на коробку из алюминиевого сплава);
• пластиков (более дешевые, но не рассчитаны на низкие температуры эксплуатации);
• нержавеющей стали;
• оцинкованной стали.

На корпусе кабельный ввод должен иметь маркировку взрывозащиты, соответствующую маркировке взрывозащиты коробки, на которую он устанавливается. Между кабельным вводом и корпусом коробки должно быть установлено уплотнение (прокладка).

Отверстие неиспользуемого кабельного ввода должно быть закрыто заглушкой, имеющей соответствующий вид взрывозащиты и степень защиты от внешних воздействий IP.

На что следует обращать внимание при выборе коробки

При выборе взрывозащищенной соединительной коробки рекомендуется контролировать:

• наличие действующего сертификата соответствия ГОСТ Р на соответствие коробок стандартам взрывозащищенного оборудования (ГОСТ Р 51330–99. Электрооборудование взрывозащищенное). В сертификате должны быть перечислены все применяемые комплектующие сторонних изготовителей (например, клеммы и кабельные вводы);
• наличие разрешения Ростехнадзора на применение во взрывоопасных зонах;
• соответствие диапазона температуры эксплуатации комплектующих диапазону температур корпуса коробки. Зачастую корпус коробки рассчитан на более низкую температуру эксплуатации, чем клеммы и кабельные вводы. В этом случае температура применения определяется более узким диапазоном;
• наличие и соответствие маркировки взрывозащиты на коробке соединительной, клеммных зажимах и кабельных вводах;
• в металлических коробках – наличие внутреннего и внешнего заземляющего зажима;
• максимальная температура поверхности не должна превышать температуру самовоспламенения смеси, присутствующей в атмосфере взрывоопасной зоны.

Для этого, например, нельзя превышать протекающие по клеммным зажимам разрешенные токи, чтобы не превысить значение максимальной рассеиваемой мощности коробки;

• на степень защиты от внешних воздействий (код IP). Современные коробки имеют код не ниже IP66;
• желательно, чтобы кабельный ввод крепился по резьбе, нарезанной в корпусе коробки. Типы резьбы импортных кабельных вводов не совпадают с российскими, поэтому для нарезки резьбы в коробке требуются специальные метчики. Некоторые российские производители коробок, не имея этого инструмента, устанавливают импортные кабельные вводы в отверстие без резьбы и закрепляют гайкой, нарушая тем самым степень защиты от внешних воздействий (код IP);
• важным критерием выбора коробки должно служить и то, насколько удобно проводить монтаж проводов внутри коробки. У некоторых производителей соединительных коробок места внутри коробок не хватает, что обусловлено большим размером клеммных зажимов при небольшой геометрической форме корпуса коробки.