Электродвигатели взрывозащищенные для компрессорного оборудования: конструкция, маркировка, выбор и эксплуатация

Взрывозащищенные электродвигатели являются критически важным компонентом компрессорных установок, работающих во взрывоопасных зонах. Их основная задача – преобразование электрической энергии в механическую для привода поршневых, винтовых или центробежных компрессоров, обеспечивая при этом невозможность воспламенения окружающей газовой, паровой или пылевой смеси. Конструкция таких двигателей исключает возникновение искр, опасных перегревов и обеспечивает сдерживание возможного внутреннего взрыва.

Классификация взрывоопасных зон и маркировка взрывозащиты двигателей

Выбор двигателя для компрессора начинается с определения класса взрывоопасной зоны по национальным и международным стандартам. В РФ действует система на основе ПУЭ и стандартов серии ГОСТ Р МЭК, гармонизированных с международной (ATEX) и европейской классификацией.

Классификация взрывоопасных зон по ПУЭ и ГОСТ Р МЭК 60079-10-1:

• Зона 0: Место, в котором взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или в течение длительных периодов.
• Зона 1: Место, в котором взрывоопасная газовая смесь может occasionally образовываться при нормальной работе.
• Зона 2: Место, в котором взрывоопасная газовая смесь маловероятна при нормальной работе, а если возникает, то ненадолго.

Для взрывоопасных пылевых смесей существуют Зоны 20, 21 и 22.

Маркировка взрывозащиты (на примере Ex d IIC T4 Gb):

• Ex – знак взрывозащищенного оборудования.
• d – вид взрывозащиты: «взрывонепроницаемая оболочка».
• IIC – подгруппа взрывоопасной смеси (водород, ацетилен). Группа II – для всех горючих газов, паров и туманов.
• T4 – температурный класс, определяющий максимальную температуру поверхности двигателя (не выше 135°C).
• Gb – уровень взрывозащиты оборудования: «высокий», предназначен для Зон 1 и 2.

Основные виды взрывозащиты, применяемые в электродвигателях для компрессоров

Для компрессорного привода наиболее распространены следующие виды защиты.

Взрывонепроницаемая оболочка (Ex d)

Корпус двигателя обладает повышенной механической прочностью и способен выдержать давление внутреннего взрыва горючей смеси, не разрушившись и не передав пламя во внешнюю взрывоопасную среду. Фланцевые соединения статора и коробки выводов выполняются с лабиринтными уплотнениями (пламягасящими щелями) строго регламентированной длины и зазора. Это самый распространенный и надежный тип для мощных компрессоров.

Искробезопасная электрическая цепь (Ex i)

Применяется в цепях управления, датчиках и маломощных двигателях. Энергия в цепи ограничивается до уровня, недостаточного для воспламенения смеси. Часто комбинируется с видом защиты «d» для основной силовой части.

Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением (Ex p)

Внутренняя полость двигателя заполняется чистым воздухом или инертным газом под избыточным давлением, что предотвращает попадание внутрь оболочки внешней горючей среды. Требует системы подготовки и подачи воздуха.

Защита вида «e» – повышенная надежность (Ex e)

Применяются дополнительные меры для предотвращения возникновения искрения, опасных перегревов и повышения надежности контактных соединений. Часто используется в коробках выводов двигателей с основным видом защиты «d».

Конструктивные особенности взрывозащищенных двигателей для компрессоров

• Корпус: Литая из чугуна или алюминиевого сплава, с массивными ребрами охлаждения. Конструкция рассчитана на испытательное давление, значительно превышающее давление при внутреннем взрыве.
• Коробка выводов: Отдельная, взрывонепроницаемая, с обязательным заземляющим болтом. Кабельные вводы – специальные взрывозащищенные сальники или резьбовые соединения.
• Подшипниковые щиты: Усиленной конструкции. Уплотнения вала – лабиринтные или фторкаучуковые манжеты, предотвращающие проникновение горючих веществ внутрь и выброс смазки наружу.
• Вентилятор и кожух: Вентилятор обычно выполняется из искробезопасных материалов (специальные пластмассы, цветные металлы). Кожух имеет особую форму для безопасного отвода тепла и защиты от касания.
• Термозащита: Обязательное оснащение встроенными датчиками температуры (термосопротивления Pt100 или термоконтакты), подключенными к системе управления для отключения при перегреве.

Критерии выбора двигателя для взрывозащищенного компрессора

Критерий	Описание и требования
Мощность и характеристики	Номинальная мощность (кВт), частота вращения (об/мин), КПД (класс IE2, IE3, IE4), коэффициент мощности (cos φ), пусковой момент. Должны соответствовать характеристикам компрессора с запасом 10-15%.
Класс взрывоопасной зоны	Определяет необходимый уровень взрывозащиты (Ga, Gb, Gc) и маркировку по зоне (1, 2). Для Зоны 1 – Ex d Gb, для Зоны 2 – Ex d Gb или Ex n Gc.
Категория и группа взрывоопасной смеси	Определяет подгруппу (IIA, IIB, IIC) в маркировке. Для универсальности часто выбирают IIC – она покрывает все группы газов.
Температурный класс (T-класс)	Максимальная температура поверхности двигателя должна быть ниже температуры самовоспламенения обрабатываемой среды. Для большинства углеводородов подходит T3 (200°C) или T4 (135°C).
Климатическое исполнение и степень защиты IP	Для помещений – У, УХЛ; для улицы – ОМ. Степень защиты от пыли и воды обычно не ниже IP55 для наружного размещения.
Способ монтажа (IM)	Наиболее распространен IM 1001 (лапы) или IM 3001 (лапы с фланцем) для соосного соединения с компрессором.
Рабочий режим (S1-S10)	Для компрессоров, работающих в продолжительном режиме – S1.

Особенности монтажа, пусконаладки и эксплуатации

Монтаж должен выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением ПУЭ, ПТЭЭП и инструкций завода-изготовителя. Критически важны:

• Заземление: Надежное, малого сопротивления, подключение к заземляющему болту коробки выводов и корпусу.
• Кабельные вводы: Использование только сертифицированных взрывозащищенных сальников соответствующего размера и группы.
• Соединение с компрессором: Тщательная центровка валов двигателя и компрессора для исключения вибраций и перегрева подшипников.
• Защита: Настройка аппаратов защиты (автоматические выключатели, тепловые реле) в соответствии с номинальным током двигателя. Обязательное использование цепи термозащиты.
• Техническое обслуживание: Регулярная проверка состояния заземления, подтяжка контактных соединений в коробке выводов, очистка от пыли, контроль температуры подшипников и вибрации. Запрещена любая модификация конструкции.

Нормативная база и сертификация

Взрывозащищенные электродвигатели подлежат обязательной сертификации. В РФ – сертификация в системе ТР ТС (Технический регламент Таможенного союза) с оформлением сертификата соответствия или свидетельства о взрывозащите. Основополагающие стандарты: ГОСТ Р МЭК 60079-0 (общие требования), ГОСТ Р МЭК 60079-1 (взрывонепроницаемая оболочка «d»), ГОСТ Р МЭК 60079-7 (повышенная надежность «e»). В Европе – директива ATEX 2014/34/EU, в международной практике – серия стандартов IEC 60079.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель Ex d от Ex de?

Маркировка Ex de означает, что в двигателе использована комбинированная взрывозащита. Основная силовая часть (оболочка) защищена видом «d» (взрывонепроницаемая оболочка), а коробка выводов – видом «e» (повышенная надежность). Это повышает общую надежность и безопасность соединений.

Можно ли использовать обычный двигатель в зоне класса 2, установив его во внешнем кожухе?

Нет, категорически запрещено. Оборудование для взрывоопасных зон должно быть спроектировано, изготовлено и сертифицировано как единое целое. Внешний кожух не обеспечит необходимых видов взрывозащиты (например, пламягасящих щелей, контроля температуры).

Как определить необходимый температурный класс (T-класс) для двигателя компрессора, перекачивающего пропан?

Температура самовоспламенения пропана составляет 470°C. По таблице температурных классов ближайший более низкий класс – T1 (450°C). Однако на практике для пропана и большинства углеводородов чаще всего выбирают T3 (200°C) или T4 (135°C) как более безопасные и распространенные, учитывая возможные отложения на двигателе и другие факторы.

Требуется ли специальный пускатель для взрывозащищенного двигателя?

Да, цепи управления двигателем (пускатель, кнопки, датчики) также должны соответствовать классу зоны. Для двигателей с защитой Ex d часто используются обычные пускатели, но установленные во взрывозащищенном шкафу вида «d» или «p», либо применяются искробезопасные цепи (Ex i) для управления катушкой пускателя, который может быть расположен в безопасной зоне.

Как часто и что именно нужно проверять во взрывозащищенном двигателе при ТО?

Помимо стандартных процедур (подшипники, вибрация, очистка), особое внимание уделяется:

• Состоянию взрывозащищенных поверхностей и пламягасящих щелей: отсутствие коррозии, глубоких рисок, повреждений.
• Моментам затяжки болтовых соединений крышек и коробки выводов (по данным паспорта).
• Целостности и правильности заземления.
• Состоянию взрывозащищенных кабельных вводов.
• Работоспособности встроенных термодатчиков.

Периодичность – в соответствии с регламентом производителя, но не реже 1 раза в год.

Можно ли ремонтировать взрывозащищенный двигатель в обычной электромастерской?

Капитальный ремонт, затрагивающий взрывозащищенные характеристики (замена обмотки, обработка посадочных мест, замена подшипниковых щитов), должен проводиться организациями, имеющими лицензию на ремонт взрывозащищенного оборудования, с использованием оригинальных чертежей и технологий. После ремонта необходимо проведение приемо-сдаточных испытаний и внесение отметки в паспорт двигателя.