Электродвигатели взрывозащищенные силовые

Электродвигатели взрывозащищенные сировые: классификация, конструкция, применение и выбор

Взрывозащищенные электродвигатели представляют собой специальное электротехническое оборудование, предназначенное для безопасной работы в средах, где существует вероятность образования взрывоопасных смесей газов, паров, туманов или горючих пылей с воздухом. Их основная задача – исключить возможность воспламенения окружающей атмосферы вследствие искрения, электрических дуг или чрезмерного нагрева поверхностей двигателя в нормальных режимах работы, а также при возможных неисправностях.

Нормативная база и виды взрывозащиты

Конструкция и сертификация взрывозащищенных двигателей регламентируются национальными и международными стандартами. В России и странах Таможенного союза основным документом являются Технические регламенты Таможенного союза (ТР ТС), в частности ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах», с ссылками на серию стандартов ГОСТ IEC 60079. В Европе и многих других странах действует директива ATEX (ATmospheres EXplosibles) и стандарты серии IEC 60079. В Северной Америке – стандарты NEC (National Electrical Code) и UL.

Взрывозащита обеспечивается комплексом мер, которые условно делятся на несколько основных видов (уровней защиты):

• Взрывонепроницаемая оболочка (маркировка «d», Ex d). Наиболее распространенный тип для силовых двигателей средней и большой мощности. Конструкция корпуса способна выдержать внутренний взрыв горючей смеси без деформации и предотвратить его передачу во внешнюю взрывоопасную среду. Фланцевые соединения выполняются с точными зазорами (щелями) большой длины (лабиринтами), которые охлаждают прорывающиеся газы до безопасной температуры.
• Искробезопасная электрическая цепь (маркировка «i», Ex i). Применяется для двигателей малой мощности, датчиков и систем управления. Энергия в цепях ограничена до уровня, недостаточного для воспламенения конкретной смеси. В чистом виде для силовых приводов используется редко, но часто комбинируется с другими видами защиты для цепей управления и контроля.
• Заполнение или продувка оболочки (маркировка «p», Ex p). Внутренняя полость двигателя заполняется инертным газом (например, азотом) или постоянно продувается чистым воздухом под избыточным давлением, что исключает проникновение внутрь горючей смеси.
• Защита вида «е» (повышенная надежность, Ex e). Применяются дополнительные меры для повышения надежности и предотвращения возникновения искр, дуг или опасных перегревов в нормальном режиме работы (например, специальная пропитка обмоток, усиленная изоляция, защита от проникновения влаги). Часто используется для элементов двигателя, не имеющих взрывонепроницаемой оболочки (клеммная коробка).
• Кварцевое заполнение оболочки (маркировка «q», Ex q). Токоведущие части залиты кварцевым песком, который предотвращает воспламенение и гасит дугу.
• Масляное заполнение оболочки (маркировка «o», Ex o). Токоведущие части погружены в масло, исключающее контакт с взрывоопасной атмосферой.
• Ограничение температуры поверхности (маркировка «t», Ex t, для пыли). Защита применяется для оборудования, работающего в средах с горючей пылью. Температура внешних поверхностей двигателя, включая корпус, вал, фланцы, не должна превышать температуру самовоспламенения конкретного вида пыли.

Маркировка взрывозащиты

Маркировка содержит всю необходимую информацию для правильного выбора двигателя под конкретные условия. Рассмотрим структуру на примере маркировки по стандартам IEC/ATEX:

Пример: Ex d IIC T4 Gb / Ex tD A21 IP66 T135°C

• Ex – знак взрывозащищенного оборудования.
• d – вид взрывозащиты (взрывонепроницаемая оболочка).
• IIC – группа взрывоопасной смеси (газов). Группа IIC является наиболее строгой и включает водород, ацетилен, сероуглерод.
• T4 – класс температуры. Максимальная температура поверхности двигателя не превышает 135°C. Чем ниже цифра (от T1 до T6), тем более безопасен двигатель для легковоспламеняющихся сред.
• Gb – уровень защиты оборудования. «G» – для газов, «D» – для пыли. «b» – высокий уровень (защита обеспечивается в нормальном режиме и при ожидаемых неисправностях).
• Ex tD A21 IP66 T135°C – дополнительная маркировка для защиты от пыли: tD – защита вида «t» для пыли, A21 – зона применения (зона 21), IP66 – степень защиты от пыли и воды, T135°C – максимальная температура поверхности.

Конструктивные особенности взрывозащищенных двигателей

Конструкция двигателей типа Ex d имеет ряд отличительных черт по сравнению с общепромышленными:

• Корпус. Изготавливается из высокопрочного чугуна или стали. Торцевые щиты и клеммная коробка соединяются с корпусом статора через фланцы с точно рассчитанными защитными щелями (лабиринтами). Толщина стенок и прочность корпуса рассчитаны на давление внутреннего взрыва.
• Защитные щели (лабиринты). Критически важный элемент. Представляют собой систему каналов определенной длины и зазора (обычно от 0.1 до 0.4 мм), через которые газы, образовавшиеся при внутреннем взрыве, выходят наружу, успевая охладиться до безопасной температуры.
• Вал. В месте выхода вала из корпуса устанавливается взрывозащищенное уплотнение (сальниковый узел или лабиринтное уплотнение), предотвращающее передачу взрыва по валу.
• Клеммная коробка. Выполняется как отдельная взрывонепроницаемая оболочка (Ex d) или с защитой вида «e» (Ex e). Обязательно имеет уплотнения на крышке и кабельных вводах. Внутри часто предусмотрены клеммы для заземления экрана кабеля.
• Вентилятор и кожух. Вентилятор системы охлаждения (обычно внешний) изготавливается из материалов, не образующих искр при ударе (чаще всего из специальных пластмасс, например, стеклонаполненного полиамида). Кожух вентилятора также имеет ограничения по зазорам и материалам.
• Термозащита. Обязательно оснащаются встроенными датчиками температуры (термосопротивления Pt100 или термостаты) в обмотках статора для контроля перегрева.
• Покраска. Используются специальные термостойкие лакокрасочные покрытия с определенными тепловыми и антистатическими свойствами.

Классификация взрывоопасных зон и выбор двигателя

Выбор типа взрывозащиты двигателя напрямую зависит от категории взрывоопасной зоны, в которой он будет установлен.

Классификация зон для взрывоопасных газовых смесей (по ГОСТ IEC 60079-10-1)

Класс зоны	Вероятность присутствия взрывоопасной смеси	Рекомендуемый уровень защиты оборудования (по ATEX/IEC)	Примеры применения
Зона 0	Постоянно, длительно или часто.	Очень высокий (Ga). Виды защиты: ia, ma, специальные.	Внутри резервуаров с легковоспламеняющимися жидкостями.
Зона 1	Вероятно при нормальной работе.	Высокий (Gb). Виды защиты: d, p, ib, q, o, eb.	Непосредственная близость к фланцам, запорной арматуре, насосам на технологических установках НПЗ, химических заводов.
Зона 2	Маловероятно при нормальной работе, и если возникает, то ненадолго.	Повышенный (Gc). Виды защиты: nA, nC, nR, nL, ec, также оборудование для Зоны 1.	Склады ЛВЖ с хорошей вентиляцией, удаленные участки трубопроводов.

Классификация зон для взрывоопасных пылевых смесей (по ГОСТ IEC 60079-10-2)

Класс зоны	Вероятность присутствия взрывоопасного облака горючей пыли	Рекомендуемый уровень защиты оборудования (по ATEX/IEC)	Примеры применения
Зона 20	Постоянно, длительно или часто.	Очень высокий (Da).	Внутри бункеров, силосов, мельниц.
Зона 21	Вероятно при нормальной работе.	Высокий (Db). Защита вида tD, pD, iD, mD.	Около точек загрузки/выгрузки, упаковочных машин.
Зона 22	Маловероятно при нормальной работе.	Повышенный (Dc). Защита вида tD, pD, также оборудование для Зоны 21.	Помещения, где пыль может оседать (склады муки, угольные склады).

Таким образом, для Зоны 1 (газ) наиболее типичным выбором является двигатель с маркировкой Ex d IIC T… Gb. Для Зоны 21 (пыль) – двигатель с маркировкой Ex tD A21 IP6X T… . Для зон, где возможно совместное присутствие газа и пыли, требуется двигатель с двойной маркировкой.

Основные производители и типоразмеры

На рынке представлены как международные концерны, так и российские производители. Среди ведущих мировых брендов: Siemens (серия SIMOTICS XP), WEG (Line Ex), ABB (Flameproof motors), Brook Crompton, EMZ. В России взрывозащищенные двигатели выпускают: АО «ВЭМЗ» (Владимирский завод), «Сибэлектромотор», «Электромашина» и другие. Диапазон мощностей широк: от долей киловатта для насосов до нескольких мегаватт для приводов газовых компрессоров и мельниц. Наиболее востребованы двигатели мощностью от 0.55 кВт до 500 кВт.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж и обслуживание взрывозащищенных двигателей требуют строгого соблюдения правил.

• Монтаж. Должен выполняться квалифицированным персоналом. Критически важно сохранить целостность взрывозащитных щелей: не допускать задиров, повреждений при транспортировке, засорения. Кабельные вводы должны соответствовать типу защиты и иметь сертификат. Обязательно выполняется контур защитного заземления.
• Эксплуатация. Нельзя превышать номинальные параметры (напряжение, ток, частоту), указанные на шильдике. Необходимо контролировать температуру подшипников и обмоток. Запрещается эксплуатация при повреждении корпуса, крышки клеммной коробки или вентилятора.
• Техническое обслуживание (ТО) и ремонт. Разборку, ремонт и сборку имеет право проводить организация, имеющая лицензию и специально обученный персонал. После любого ремонта, связанного с вскрытием взрывонепроницаемой оболочки (замена подшипников, перемотка статора), необходимо проверить соответствие зазоров в лабиринтах паспортным данным. Часто для этого требуются специальные щупы. Ремонт должен завершаться выдачей документа, подтверждающего сохранение взрывозащитных свойств.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель Ex d от Ex e?

Двигатель Ex d (взрывонепроницаемая оболочка) рассчитан на сдерживание внутреннего взрыва. Двигатель Ex e (повышенная надежность) не допускает возникновения искр, дуг и опасных перегревов в нормальном режиме работы, но не предназначен для сдерживания взрыва. Ex e часто применяется для клеммных коробок двигателей Ex d или для самостоятельного исполнения в менее опасных зонах. Это разные принципы защиты.

Можно ли установить общепромышленный двигатель во взрывоопасную зону, поместив его в отдельный защитный кожух?

Нет, это недопустимо. Взрывозащита – это свойство оборудования в сборе, подтвержденное сертификатом. Самодельные кожухи не могут гарантировать необходимую точность зазоров, прочность, теплоотвод и т.д. Такая установка является нарушением правил и создает высокий риск взрыва.

Как определить, для какой температуры самовоспламенения (T-класса) нужен двигатель?

T-класс двигателя должен быть ниже температуры самовоспламенения конкретного горючего вещества, присутствующего в зоне. Например, для ацетона (T самовоспл. +465°C) подходит двигатель с классом T1, T2, T3 или T4. Для сероуглерода (T самовоспл. +102°C) требуется двигатель с более высоким классом – T6 (макс. температура поверхности до 85°C). Данные о веществе берутся из технологического регламента установки.

Что важнее при выборе: группа смеси (IIA, IIB, IIC) или класс температуры (T1-T6)?

Оба параметра критически важны и выбираются независимо. Группа смеси определяет требования к зазорам и щелям в оболочке, а класс температуры – к максимальному нагреву поверхности. Двигатель с маркировкой IIC можно применять для сред групп IIA и IIB, но не наоборот. Двигатель класса T4 можно применять для сред, требующих классов T4, T5, T6, но не для T1-T3.

Требуется ли специальный кабель для подключения взрывозащищенного двигателя?

Да, кабельная линия является частью взрывозащищенной цепи. Как правило, используется кабель с медными жилами, экраном (бронированием) и оболочкой, стойкой к условиям среды. Кабельный ввод в клеммную коробку должен быть соответствующим сертифицированным элементом (сальник, уплотнительная муфта), обеспечивающим сохранение степени защиты IP и взрывозащиты типа «d» или «e».

Можно ли использовать частотный преобразователь (ЧРП) для управления взрывозащищенным двигателем?

Да, это распространенная практика для регулирования производительности насосов и вентиляторов. Однако при этом возникает несколько требований: 1) Сам ЧРП должен быть установлен вне взрывоопасной зоны (или иметь собственное взрывозащищенное исполнение). 2) На выходе ЧРП форма напряжения несинусоидальная (ШИМ), что приводит к дополнительному нагреву двигателя и риску возникновения перенапряжений на обмотках. Поэтому для работы с ЧРП взрывозащищенный двигатель должен иметь усиленную изоляцию обмоток (обычно обозначается «U_max 1600 В» или «для питания от преобразователя») и термодатчики (PTC или PT100) для защиты от перегрева на низких скоростях. Без этих опций использование двигателя с ЧРП может привести к его выходу из строя и потере взрывозащиты.