Электродвигатели взрывозащищенные SIEMENS

Электродвигатели взрывозащищенные SIEMENS: конструкция, стандарты, применение и подбор

Взрывозащищенные электродвигатели SIEMENS представляют собой специализированное оборудование, предназначенное для безопасной работы в средах, где присутствуют горючие газы, пары, туманы или горючие пыли. Их конструкция, материалы и производственные процессы направлены на предотвращение возникновения искр, дуговых разрядов и опасных перегревов, способных стать источником воспламенения. Продуктовая линейка включает низковольтные (например, серии SIMOTICS XP 1MJ6, 1MA6, 1MJ2) и высоковольтные двигатели, а также мотор-редукторы, соответствующие самым строгим международным и национальным стандартам.

Принципы взрывозащиты, реализованные в двигателях SIEMENS

Взрывозащита в электродвигателях достигается за счет применения одного или нескольких типов защиты, регламентированных стандартами. SIEMENS использует комплексный подход, комбинируя различные методы для разных частей двигателя.

• Взрывонепроницаемая оболочка (тип защиты «d»/Ex d): Наиболее распространенный тип для силовых корпусов. Корпус двигателя изготавливается из высокопрочного чугуна или алюминиевого сплава, способного выдержать давление внутреннего взрыва без разрушения и предотвратить передачу пламени во внешнюю взрывоопасную среду. Фланцевые соединения, валы и кабельные вводы имеют специальные лабиринтовые уплотнения (искробезопасные пазы) для охлаждения выходящих газов.
• Заполнение оболочки под избыточным давлением (тип защиты «p»/Ex p): Внутренняя полость двигателя заполняется чистым воздухом или инертным газом под избыточным давлением, что предотвращает проникновение внутрь оболочки взрывоопасной смеси. Требует системы подачи и контроля защитного газа.
• Искробезопасная цепь (тип защиты «i»/Ex i): Применяется для цепей управления, датчиков (например, термопар, датчиков подшипников). Энергия в электрической цепи ограничивается до уровня, недостаточного для воспламенения конкретной газовой смеси. Часто комбинируется с типом «d» для основного корпуса.
• Защита вида «e» (повышенная безопасность, Ex e): Применяется к отдельным компонентам (клеммная коробка), где исключается возможность возникновения дуговых разрядов, искрения или опасных перегревов в нормальном режиме работы за счет дополнительных мер: увеличенных зазоров, усиленной изоляции, специальных клемм.
• Защита от возгорания пыли (тип защиты «t»/Ex t): Корпус защищает от проникновения горючей пыли, а поверхностная температура двигателя ограничивается ниже температуры воспламенения конкретного вида пыли. Может комбинироваться с защитой от газов (например, Ex db + Ex tb).

Классификация взрывоопасных зон и маркировка двигателей

Выбор конкретного двигателя Siemens напрямую зависит от классификации зоны, в которой он будет установлен. Маркировка взрывозащиты содержит всю необходимую информацию.

Согласно директиве ATEX (Европа) и стандартам МЭК:

• Группа оборудования: II – для оборудования, предназначенного для использования в других областях, кроме подземных выработок шахт.

Категория оборудования:

• 1G / 1D: Очень высокая степень защиты. Для зон 0/20 (постоянное присутствие взрывоопасной смеси).
• 2G / 2D: Высокая степень защиты. Для зон 1/21 (вероятное присутствие смеси в нормальном режиме).
• 3G / 3D: Нормальная степень защиты. Для зон 2/22 (маловероятное присутствие смеси, и если происходит, то кратковременно).
• Вид взрывозащиты: Ex db, Ex pb, Ex ec и т.д.
• Группа взрывоопасности газа/пыли:
  • Газы: IIA (пропан), IIB (этилен), IIC (водород, ацетилен). Двигатели Ex d IIC применимы и для IIA/IIB.
  • Пыли: IIIA (горючие волокна), IIIB (непроводящая пыль), IIIC (проводящая пыль, например, алюминиевая).
• Температурный класс (T-класс) для газов / Максимальная температура поверхности для пыли: Ограничивает максимальную температуру поверхности двигателя.

Таблица 1: Соответствие температурного класса и максимальной температуры поверхности

Температурный класс (газы)	Максимальная температура поверхности, °C	Пример маркировки ATEX (газ)
T1	450	II 2G Ex db IIC T4 Gb
T2	300
T3	200
T4	135
T5	100
T6	85

Согласно стандартам NEC/CEC (США/Канада, класс/division):

• Class I: Горючие газы и пары (Division 1, 2).
• Class II: Горючая пыль (Division 1, 2).
• Class III: Горючие волокна (Division 1, 2).
• Groups: A (ацетилен), B (водород), C (этилен), D (пропан) для Class I; E, F, G для Class II.

Пример полной маркировки двигателя SIEMENS: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb / II 2D Ex tb IIIC T135°C Db. Это означает: двигатель для зон 1 и 21, с взрывонепроницаемой оболочкой для газов группы IIC и температурным классом T4, а также с защитой корпуса от пыли группы IIIC с макс. температурой 135°C.

Конструктивные особенности и материалы

• Корпус: Литой чугун (серии 1MJ6, 1MA6) для высокой прочности и коррозионной стойкости, или алюминиевые сплавы (серия 1MJ2) для снижения массы. Конструкция проходит гидростатические испытания на давление, превышающее расчетное.
• Клеммная коробка: Отдельная взрывонепроницаемая камера (Ex d) или камера повышенной безопасности (Ex e). Имеет увеличенный объем для удобства монтажа, стандартно оснащается кабельными сальниками или системой ввода для бронированного кабеля. Возможность поворота на 180° или 90°.
• Вал и уплотнения: Используются двойные торцевые уплотнения вала (например, тип SD или CD) для предотвращения проникновения внешних сред внутрь двигателя и выхода смазки. Материал уплотнений подбирается под среду (NBR, FKM).
• Охлаждение (IC): Взрывозащищенные двигатели Siemens выпускаются с различными типами охлаждения: IC 411 (с вентилятором на валу, самоохлаждение), IC 416 (принудительное охлаждение от независимого вентилятора с Ex-защитой). Для сред с высокой запыленностью доступны двигатели с гладким корпусом (TEFC, IC 418) или ребрами специальной формы.
• Изоляция обмоток: Система изоляции с классом нагревостойкости не ниже F (155°C), но работающая в классе B (130°C) или ниже для обеспечения запаса по термостойкости и увеличения срока службы. Пропитка осуществляется вакуумно-напорным методом.
• Подшипниковые узлы: Рассчитаны на длительный срок службы. Оснащены пресс-масленками для планового обслуживания. Доступны варианты с датчиками температуры подшипников (Pt100) для интеграции в систему мониторинга состояния.

Сферы применения

• Нефтегазовая промышленность: Приводы насосов (в т.ч. погружных), компрессоров, вентиляторов на буровых платформах, НПЗ, компрессорных станциях, в трубопроводных системах.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Мешалки, реакторы, центрифуги, насосы для перекачки летучих растворителей, мономеров, сырой нефти.
• Фармацевтическая промышленность: Приводы в зонах, где используются спирты, ацетон или горючие пыли активных веществ.
• Производство и транспортировка сыпучих материалов: Элеваторы, конвейеры, нории, вентиляторы аспирационных систем на зерновых элеваторах, мукомольных заводах, угольных ТЭЦ.
• Водоочистные сооружения и биогазовые станции: Приводы мешалок в резервуарах, где могут образовываться взрывоопасные метановые смеси.

Подбор и эксплуатация: ключевые аспекты

Правильный подбор включает несколько обязательных этапов:

1. Анализ зоны: Определение класса, категории/division, группы и температурного класса среды.
2. Технические параметры: Мощность, напряжение, частота вращения, режим работы (S1, S3), степень защиты IP, климатическое исполнение.
3. Совместимость с частотным преобразователем (ЧП): При питании от ЧП необходимо учитывать:
   • Повышение уровня напряжений и токов из-за длинных кабелей (явление отраженной волны), что может привести к пробою изоляции. Рекомендуется использование двигателей с усиленной изоляцией обмоток (технология SIEMENS SINAMICS).
   • Нагрев двигателя на низких оборотах из-за ухудшения собственного охлаждения (IC 411).
   • Необходимость установки контактора на стороне двигателя может регламентироваться стандартами взрывозащиты.
4. Монтаж и заземление: Обязательно надежное заземление корпуса. Кабельные вводы должны соответствовать типу защиты (Ex-сальники, барьеры). Зазоры и допуски при соединении фланцев должны строго соблюдаться.
5. Техническое обслуживание: Проводится только при отключенном питании и в безопасной зоне. Особое внимание уделяется состоянию уплотнений вала, чистоты ребер охлаждения, моменту затяжки болтовых соединений на крышках. Замена подшипников должна проводиться с использованием оригинальных запасных частей.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие между маркировками Ex d и Ex e?

Ex d (взрывонепроницаемая оболочка) допускает возникновение взрыва внутри корпуса, но предотвращает его передачу наружу. Ex e (повышенная безопасность) исключает саму возможность возникновения искр, дуги или опасного перегрева в нормальном режиме работы. Ex e часто применяется для клеммных коробок, а Ex d – для силовой части двигателя.

Можно ли использовать обычный двигатель в зоне 2, если он будет включаться редко?

Нет. Для любой взрывоопасной зоны (0, 1, 2, 20, 21, 22) требуется оборудование, соответствующее стандартам взрывозащиты и имеющее соответствующую маркировку (например, II 3G Ex nA или II 3D Ex tc для зоны 2/22). Использование невзрывозащищенного двигателя является нарушением правил безопасности и законодательства.

Какой температурный класс T4 указан в маркировке? Это температура двигателя?

Нет. Температурный класс (T4 = 135°C) указывает на максимально допустимую температуру поверхности двигателя, которая не должна превышать температуру самовоспламенения окружающей газовой смеси. Фактическая рабочая температура обмотки двигателя при этом будет ниже (определяется классом изоляции).

Требуется ли специальный кабель для подключения взрывозащищенного двигателя?

Для ввода в клеммную коробку типа Ex d или Ex e необходимо использовать сертифицированные средства ввода: кабельные сальники, соответствующие диаметру и типу кабеля (броня/без брони), или гермовводы. Сам кабель для силовой цепи может быть обычным, но его выбор диктуется условиями прокладки (броня, маслостойкость). Для искробезопасных цепей (Ex i) применяются специальные требования к монтажу.

Допускается ли самостоятельная доработка или ремонт взрывозащищенного двигателя SIEMENS?

Категорически нет. Любые действия, изменяющие конструкцию или характеристики двигателя (сверление отверстий, замена неоригинальных деталей, перемотка обмоток вне авторизованного сервисного центра), приводят к потере сертификата взрывозащиты и делают эксплуатацию оборудования незаконной и опасной. Ремонт должен проводиться только сертифицированными специалистами с использованием оригинальных комплектующих.

Как подобрать двигатель для привода насоса, работающего в среде с метаном и угольной пылью одновременно?

Необходимо выбирать двигатель с комбинированной маркировкой для газов и пыли. Например: II 2G Ex db IIC T4 Gb / II 2D Ex tb IIIC T135°C Db. Это гарантирует, что двигатель защищен и от воспламенения метана (газ группа I, T1), и от возгорания угольной пыли (пыль группа IIIB/IIIC, температура воспламенения которой выше 135°C).

Что означает аббревиатура «Gb» и «Db» в маркировке ATEX?

Это обозначение уровня защиты оборудования (Equipment Protection Level – EPL). Gb (Equipment for explosive Gas atmospheres, high level of protection) соответствует зонам 1 и 2. Db (Equipment for explosive Dust atmospheres, high level of protection) соответствует зонам 21 и 22. EPL является частью современной маркировки ATEX и стандартов МЭК.