Categorisirea echipamentelor din punct de vedere a cerinţelor metrologice şi al

protecţiei la incendiu şi explozie (protecţia IP)

Echipamentele de automatizare şi în primul rând elementele de măsură trebuie să

indeplinească cerinţe metrologice bine specificate. Mai departe, elementele de masura si cele

de executie trebuie sa respecte cerinţe de protecţie specifice mediului in care ele sunt puse sa

lucreze (specific IT).

Dependent de mediul deservit de soluţia tehnică de conducere - EE EM si parti ale IT -

şi de conditiile mediului în care se montează echipamentele DC, EE si EM, echipamentele

aferente DC si IT (procesul condus) trebuie sa satisfacă cerinţe constructive-functionale foarte

stricte. Aceste cerinţe pot:

- cerinte de ordin tehnic,

- cerinte de protecţie la diferite categorii agresiuni pe care mediul le provoacă mediul asupra

echipamentului,

- cerinte legate de pericol pe care-l poate reprezenta funcţionarea echipamentului de

automatizare (EE,

EM sau chiar modulele DC) in raport cu mediul inconjurator (tehnologic).

A. Aspecte privind categorisirea metrologică a echipamentelor de măsură.

Echipamentele de măsură generale şi - în particular cele care se utilizează în conducerea

automată – se categorisesc d.p.d.v. metrologic pe baza următoarelor criterii (pentru o anumită

mărime fizică măsurată):

- domeniul de măsurare şi condiţiile de măsurare „corectă”, - punctul de „zero”, - eroarea de

liniaritate, - reproductibilitatea măsurării, - clasa de precizie, alte cerinţe specifice.

Relativ la criteriile menţionate, se reamintesc câteva precizări :

- respectarea cerinţelor metrologice impuse echipamentelor de măsurare este

obligatorie;

- calitatea metrologică a echipamentelor trebuie atestată periodic (de exemplu anual)

de către un serviciu metrologic specializat; confirmarea verificării şi încadrării solicită

întocmirea unor certificate de garantare a calitatii.

Proiectantul de SCA trebuie să ştie să aleagă pe baze de date de catalog echipamentele

de automatizare cele mai adecvate aplicaţiei de conducere.

Cerinţe de „protecţie” constructivă a echipamentelor de automatizare.

In vederea implementarii in aplicatie, cerinţele funcţionale impuse echipamentelor de

automatizare trebuie completate cu cerinţe de protecţie asigurate de constructia

echipamentului.

Cerinţele de protecţie asigurate de constructia echipamentului se pot interpreta din

doua puncte de vedere:

- conditiile pe care le impune „mediul de lucru al IT” asupra construcţiei

echipamentului de automatizare,

- conditiile pe care trebuie sa le respecte echipamentul pentru a putea fi introdus intr-

un anumit mediu de lucru (al IT).

Cerinţele de protecţie constructivă care se impun se pot referi la următoarele aspecte:

- protecţie în raport cu agresiuni mecanice,

- protecţie împotriva umidităţii,

- protecţie la explozie,

- protecţie la agresiune electromagnetică,

- protecţie la condiţiile climatice bine definite,

- protecţie la modificarea presiunii care poate acţiona asupra echipamentului.

Aceste cerinte se definesc prin tipuri si clase de protectie. Fiecare tip de protecţie este

definit prin norme specifice; aceste norme definesc clar „agresiunea” specifică la care se

refera şi modalităţile concrete de verificare a condiţiilor pe care trebuie să le îndeplinească

echipamentul pentru a fi încadrat într-o anumită „clasă de protecţie”.

Protecţia împotriva agresiunii mecanice şi a umidităţii.

Construcţia mecanică a echipamentului trebuie să asigure anumite nivele (grade) de

protecţie. Nivelul (gradul) de protecţie ce trebuie asigurat defineşte apoi „clasa de protecţie”

în care este încadrabil echipamentul. Diferitele medii industriale solicită diferite grade de

protecţie, respectiv accepta utilizarea echipamentelor încadrate în anumite „clase de

protecţie”.

Protecţia împotriva agresiunii mecanice şi a umidităţii este caracterizată de două litere

IP (Industrial Protection) urmate de două cifre (XY); in ansmblu notatia utilizată este IP-

XY, in care:

- prima cifră (X_) ia valori între 0 şi 6 şi caracterizează gradul de protecţie împotriva

pătrunderi unor corpuri (materiale) străine în interiorul echipamentului :

X = 0_ : nu asigură nici un fel de protecţie,

= 1_ : asigură protecţie împotriva introducerii măinii (dimensiuni > 50mm),

= 2_ : asigură protecţia împotriva introducerii degetelor (dimendiuni > 12mm),

= 3_ : asigură protecţia împotriva introducerii şurubelniţei (dimensiuni > 2,5 mm),

= 4_ : asigură protecţia împotriva introducerii unei sârme (dimensiuni > 1mm),

= 5_ : asigură protecţia împotriva pătrunderii particulelor de praf nocive d.p.d.v. al

funcţionării,

= 6_ : asigură protecţia împotriva pătrunderii particulelor de praf .

- cea de a 2-a cifră (_Y) poate lua valori între 0 şi 8 şi caracterizează gradul de protecţie

împotriva pătrunderii umidităţii (apei) :

Y = _0 : nu se asigură nici un fel de protecţie,

= _1 : se asigură protecţie împotriva picăturilor de apă care cad vertical,

= _2 : se asigură protecţie împotriva picăturilor de apă care cad după unghi de 15° ,

= _3 : se asigură protecţie împotriva picăturilor de apă care cad după unghi de 60° ,

= _4 : se asigură protecţie împotriva picăturilor de apă care cad (acţionează) din toate

direcţiile posibile,

= _5 : se asigură protecţia împotriva jeturilor de apă care acţionează din orice direcţie,

= _6 : se asigură protecţia împotriva unui val de apă cu caracter nepermanent,

= _7 : se asigură protecţia împotriva pătrunderii apei la imersiuni nepermanente,

= _8 : se asigură protecţia împotriva pătrunderii apei la imersiuni permanente.

Protecţii frecvent asigurate de echipamentele utilizate în automatizări sunt IP-44 sau

IP-54 care asigură cerinţe minimale de protecţie (dar acoperitoare pentru multe aplicatii).

Protecţia la incendiu şi explozie. Mediile industriale prezintă un grad mai mult sau

mai puţin ridicat de „pericol de incendiu” şi chiar „explozie”. Diferitele tehnologii de

fabricaţie utilizează materiale sau generează (degajeaza) materiale care in anumite condiţii pot

deveni periculoase din diferite puncte de vedere si cu grade diferite de periculozitate: de

exemplu, auto-aprindere, explozie s.a..

Incendiile sau exploziile pot fi generate de nerealizarea condiţiilor tehnologice dar si

de utilizarea unor echipamente (in particular de automatizare) care au constructia neadecvata

mediului in care sunt plasate si puse sa functioneze.

De exemplu: în industria lemnului, încăperile în care se prelucrează materialul lemnos

prezintă grade de periculozitate diferite; astfel :

- în încăperile în care se produc „deşeuri lemnoase” de dimensiune mare – fără a se

degaja praf fin – pericolul de incendiu poate fi relativ mare, dar nu va apare pericol de

explozie;

- în încăperile în care se degajă „praf de lemn” (fin, foarte fin) pericolul este mult mai

mare, putand conduce la fenomene de autoaprindere si ardere intensa (aproape de explozie).

D.p.d.v. al tehnologiei de prelucare: degajările de materiale periculoase trebuie

evitate sau diminuate la nivele minimale astfel incât rezultatul degajării să nu conducă – prin

acumulare - la condiţii periculoase (instalarea unor exhaustari, ventilari, indepartarea noxelor

s.a.).

D.p.d.v. al echipamentelor de automatizare (electrice dar nu numai) utilizate în incinte

periculoase (de exemplu vopsitorii): se vor utiliza tehnologii si echipamente care nu au voie

să produca scantei, sa nu conduca la incalzirea peste o anumita temperatura a suprafetelor de

contact cu exteriorul sau să nu permită ca în cazuri de avarie sa apara eventualele scântei care

să se propage în mediu înconjurător sau sa nu permita ca echipamentul sa devina sursa de

caldura.

O succinta caracterizare a mediilor de lucru respectiv al modului de manifestare a lor:

(1) Mediile „inflamabil” se categorisesc funcţie de viteza de propagare a flăcării, v , în :

- mediu inflamabil : dacă vf <10 m/ sec

- mediu explozibil : dacă 10 m/ sec <vf <1000 m/ sec

- mediu detonabil : dacă vf <1000 m/ sec

Viteza de propagare a flăcării (vf) depinde de mai mulţi factori :

- materialul inflamabil ce caracterizeaza mediul,

- concentraţia materialului inflamabil în unitatea de volum (gaze),

- temperatura ş.a…

(2) Gazele şi amestecul praf inflamabil-aer pot arde atat de „intens” incat sa aibe caracter de

explozie.

(3) Lichidele inflamabile ard de regulă prin vaporii care se produc la suprafaţa lichidului. In

cazul gazelor şi al vaporilor exista pericolul de ardere intense si de explozie. Pentru

caracterizarea pericolelor de aprindere, ardere intense sau de explozie a diferitelor materiale

(medii) se definesc:

- concentraţia minimă de la care se poate declanşa explozia (CMiE),

- concentraţia maximă până la care se menţine pericolul de explozie (CMxE),

- punctul de aprindere al materialului în mediu închis (PAMI),

- punctul de aprindere al materialului în mediu deschis (PAMD).

Valorile caracteristice ale acestor mărimi depind de mai mulţi factori şi în bună

măsură parte de temperatură.

Materialele folosite in realizarea unui DC montat in medii speciale respectiv

materialele care participa in procesul tehnologic, se pot categorisi şi dependent de valoarea

punctului de aprindere (PA); in fig.1 se da o astfel de categorisire, în mai multe grupe, notate

cu G1…G7; materialul respectiv mediul în care se prelucrează sau se lucrează cu acest

material este cu atat mai periculos cu cat grupa de incadrare este mai ridicată (maximul fiind

G7, cel mai periculos).

Fig.1. Categorisirea materialelor folosite in realizarea unui DC respectiv materialele ce participa inprocesul tehnologic dependent de valoarea punctului de aprindere (PA)

În cazul prafurilor inflamabile în locul punctului de aprindere se utilizează punctul de

ardere (intensa) al acestuia; punctul de ardere este definit în raport cu o grosime de praf de 5

mm. Pericolul de aprindere sau de explozie se poate manifesta şi în situaţia în care

temperatura este mult sub valoarea de aprindere (autoaprindere), dar în mediu respectiv se

declanşează un incendiu sau o explozie.

În acest context echipamentul folosit în medii cu pericol de incendiu sau de explozie

nu trebuie să permită:

- pătrunderea amestecului de gaze sau vapori inflamabili sau explozibil în “interiorul

apartamentului sau echipamentului”,

- transferul „din interiorul aparatului (echipamentului) spre exterior (mediu)” a unor

energii capabile să producă aprinderea sau explozia mediului de lucru.

Informativ în tabelul 1 pentru câteva amestecuri cu periculozitatea deosebită se

prezintă concentraţia gaz/aer şi energia minimă necesară declansarii autoaprinderii sau

exploziei.

Tabelul 1 Concentraţia gaz - aer şi energia minimă necesară declansariiautoaprinderii (exploziei)

Observaţie.Pericolul de explozie se poate manifesta chiar şi în condiţiile unor lovituri mecanice de pe urma carora pot rezulta scântei; din acest motiv în mediile cu periculozitate mare de aprindere sau de explozie, este permisa doar utilizarea unor scule de lovire care nu generează scântei (de exemplu ciocane, clesti accesorii s.a. din aluminiu dur). In situaţiile extreme, insasi degajările de materiale periculoase trebuie reduse la minim (prin tehnologia de prelucrare adoptata); în acest caz energia necesară declanşării unui incendiu /explozie devine mult mai mare, pericolul fiind astfel substantial mai redus.

D.p.d.v. si instrumentarii (dotarii cu echipamente periferice si echipamente de

conducere locale), descriptorul utilizat în caracterizarea periculozităţii mediului se referă si la

o eventuală „agresiune electrică” din partea echipamentului catre mediul de lucru. Astfel

mediul cu pericol de aprindere sau explozie se poate categorisii în :

I – pentru mediu cu metan, pentru care Em > 250 mJ ,

II-A – pentru mediu cu propan, pentru care Em= 100 ... 250 mJ ,

II-B – pentru mediu cu etilină, pentru care E m= 25 ... 99 mJ ,

II-C – pentru mediu cu hidrogen, pentru care Em< 25 mJ .

Chiar şi zonele adiacente mediilor în care există pericol de incendiu sau explozie,

trebuie protejate împotriva efectelor unor situaţii anormale (de avarie) care se pot manifesta in

mediul de lucru.

Legislaţia face categorisiri şi în acest sens şi obligă la utilizarea unor echipamente

“adecvate” mediului respectiv.

Prezintă interes - chiar si cu caracter informativ si general - cunoaşterea măsurilor de

protecţie împotriva incendiilor şi exploziilor din mediul de lucru sau în apropierea acestora,

prin utilizarea echipamentelor de fabricatie speciala respectiv a unor masuri de precautie

suplimentare, speciale:

(1) Separarea echipamentului care poate genera explozia prin utilizarea unui gaz sau

lichid izolator (montarea în carcasă protectoare) care nu permite declanşarea scânteilor

/exploziei.

(2) Separarea echipamentului care poate genera explozia prin izolare; scânteia

/explozia se poate declanşa dar energia ei este adusa sub limita maximă admisă si propagarea

ei este blocată.

(3) Reducerea sub nivelul maxim admisibil a energiei exploziei, în condiţiile în care

pericolul de propagare a ei scade vertiginos cu distanţa.

Tabelul 2Simbolizarea prin litere a diferitelor tipuri (categorii) de elemente de circuit / automatizare (nu este

unica, dar este frecvent utilizata; ele sunt standardizate)

Tabelul 3 Simboluri grafice folosite in schemele electrice de actionare/automatizare

Tabelul 4 Principalele litere utilizate pentru identificarea functiilor generale de conducere

(notatiile nu sunt unice, dar sunt frecvent utilizate; parte din ele sunt standardizate)