Использование стандартного электрооборудования на объектах с потенциально взрывоопасной атмосферой строго запрещено. Искра, дуга или высокая температура поверхности могут стать источником воспламенения. Однако современные технологии позволяют создавать взрывозащищенные частотные преобразователи (ПЧ), которые обеспечивают безопасное и эффективное управление электроприводами в таких условиях. Это сложные и дорогостоящие устройства, проектирование и эксплуатация которых требуют строгого соблюдения нормативов.
Области применения: где они необходимы?
Взрывозащищенные ПЧ применяются в отраслях, где существует риск образования смесей горючих газов, паров, пыли или волокон с воздухом:
• Нефтегазовая промышленность: Добыча, переработка, транспортировка (компрессорные станции, насосы для перекачки нефтепродуктов, приводы задвижек).
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Производство лакокрасочных материалов, удобрений, пластмасс, фармацевтических препаратов.
• Угольная промышленность: Шахты, обогатительные фабрики (взрывозащита от метана и угольной пыли).
• Пищевая промышленность: Производство сахарной пудры, муки, крахмала, алкогольных продуктов (взрывоопасные пыли и пары спирта).
• Деревообрабатывающая промышленность: Цеха, где образуется горючая древесная пыль.
Принципы взрывозащиты, применяемые в ПЧ
Сам преобразователь частоты, как сложное электронное устройство, не может быть выполнен в некоторых классических видах взрывозащиты (например, «взрывонепроницаемая оболочка - Ex d» для всего устройства крайне затруднительна). Поэтому применяются комбинированные решения, часто соответствующие видам защиты «Ex e» (повышенная безопасность), «Ex p» (продувка под избыточным давлением) или «Ex i» (искробезопасная цепь) для цепей управления.
- Установка обычного ПЧ за пределами опасной зоны.
• Способ: Стандартный преобразователь монтируется в безопасном помещении (щитовой).
• Задача: Двигатель, расположенный в опасной зоне, должен быть взрывозащищенным (Ex d или Ex e). Кабельная трасса от ПЧ к двигателю проходит через границу зоны. В этом случае важно обеспечить, чтобы в случае неисправности ПЧ на выходе не возникли параметры (ток, частота), способные привести к перегреву или повреждению взрывозащиты двигателя.
• Преимущества: Относительно низкая стоимость, так как используется обычный ПЧ.
• Недостатки: Потери в длинном кабеле, необходимость учета индуктивности кабеля, ограничения по длине трассы.
- Взрывозащищенный шкаф с продувкой и охлаждением (Ex p).
• Способ: Стандартный ПЧ размещается в специальном шкафу с взрывозащищенным исполнением корпуса и системой принудительной продувки чистым воздухом или инертным газом под избыточным давлением. Это предотвращает попадание взрывоопасной смеси внутрь шкафа.
• Задача: Система контроля постоянно отслеживает давление внутри шкафа. При падении давления ниже допустимого срабатывает блокировка, отключающая питание ПЧ. Охлаждение (чаще жидкостное) необходимо для отвода тепла, так как герметичный шкаф ухудшает теплообмен.
• Преимущества: Возможность использования стандартных, мощных и функциональных моделей ПЧ.
• Недостатки: Высокая стоимость самого шкафа и системы поддержания давления, необходимость в источнике чистого воздуха.
- Специализированные взрывозащищенные ПЧ в компактном исполнении.
• Способ: Производители предлагают специальные линейки ПЧ, где вся силовая и управляющая электроника заключена в литой герметичный корпус, часто заполненный эпоксидным компаундом. Это обеспечивает защиту по типу «герметизация компаундом - Ex m» или «искробезопасная цепь - Ex i» для слаботочных входов.
• Задача: Полная изоляция всех потенциальных источников искрения от внешней среды.
• Преимущества: Компактность, готовность к работе без дополнительных сложных систем.
• Недостатки: Ограничения по мощности (обычно до 30-45 кВт), сложность ремонта, высокая цена, возможные проблемы с теплоотводом.
Особенности подбора и применения
- Соответствие классу зоны. ПЧ (или система в целом) должен иметь сертификат взрывозащиты, соответствующий конкретной зоне, где он будет установлен (Зона 1, 2 для газов; Зона 21, 22 для пыли). Маркировка, например: Ex de IIC T4 Gb (для газов).
- Согласование с взрывозащищенным двигателем. Система «ПЧ + двигатель» рассматривается как единый комплекс. Важно, чтобы выходные характеристики ПЧ не нарушали тепловой режим двигателя, на который рассчитана его взрывозащита.
- Температурный класс (Т-класс). Максимальная температура поверхности корпуса ПЧ (или шкафа) в рабочем режиме и в аварийной ситуации не должна превышать температуру самовоспламенения окружающей взрывоопасной смеси. Для многих применений требуется класс Т4 (макс. 135°C) или Т3 (макс. 200°C).
- Кабельный ввод. Используются только сертифицированные взрывозащищенные сальники (уплотнительные вводы), соответствующие типу кабеля и обеспечивающие необходимую степень защиты.
- Заземление. Требуется особо надежный и проверяемый контур защитного заземления для отвода статического электричества и обеспечения безопасности.
Ключевые требования при монтаже и эксплуатации
✓ Монтаж должны выполнять специалисты, имеющие допуск к работе во взрывоопасных зонах.
✓ Пусконаладочные работы включают проверку всех систем защиты (продувки, давления, температуры).
✓ Обслуживание и ремонт могут проводиться только в специализированных центрах, уполномоченных производителем, с сохранением сертификационных характеристик.
✓ Ведение документации: Обязательно наличие и доступность сертификатов, паспортов, схем подключения.
Почему это дорого? Стоимость владения
Высокая начальная стоимость обусловлена:
• Дорогими материалами (литые корпуса, спецстали).
• Сложными системами охлаждения и продувки.
• Затратами на сертификационные испытания в аккредитованных лабораториях.
• Малыми сериями производства.
Однако эта стоимость оправдана, так как альтернатива — риск катастрофического взрыва, человеческих жертв, колоссальных материальных потерь и остановки производства.
Заключение
Взрывозащищенные преобразователи частоты — это высокотехнологичные и надежные решения, позволяющие внедрять современные энергосберегающие технологии управления приводами на объектах с повышенной опасностью. Их выбор, монтаж и эксплуатация — зона ответственности высококвалифицированных специалистов, глубоко понимающих не только принципы частотного регулирования, но и строгие требования стандартов промышленной безопасности.
ТПК «Техпривод», обладая экспертизой в области приводной техники, сотрудничает с ведущими производителями и может предложить комплексные решения для опасных зон: от подбора взрывозащищенного двигателя и совместимого с ним преобразователя (или системы на базе шкафа Ex p) до разработки проекта и поддержки на всех этапах внедрения. Безопасность — не тот пункт, на котором можно экономить.
Санкт-Петербург
