Особенности электропитания устройств во взрывоопасных зонах.
Источники вторичного электропитания (ИЭ) резервированные, предназначенные для обеспечения электропитанием средств пожарной сигнализации, размещенных во взрывоопасных зонах, должны конструктивно соответствовать требованиям Федерального закона № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», ГОСТ Р 53325-2009 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний», а также национальным стандартам по взрывобезопасности.
Применение источников вторичного электропитания регламентирует Свод правил СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования», Правила устройства электроустановок (ПУЭ) раздел 7 «Электрооборудование специальных установок».
По требованиям к источникам 1-й категории надежности электроснабжения источники вторичного электропитания резервированные обеспечивают питание средств пожарной сигнализации от двух источников: от питающей сети через понижающий источник питания либо от аккумуляторной батареи, резервирующей питание нагрузки при отключении питающей сети (п. 5.2.1.1 ГОСТ Р 53325-2009). Поэтому резервированные ИЭ должны содержать канал питания нагрузки от сети, канал заряда АКБ от сети, канал разряда АКБ в нагрузку при отсутствии питающей сети.
Важным свойством резервированных ИЭ является обеспечение функционирования автоматических систем пожарной сигнализации (АСПС) при отключении основного питания, и характеристики аккумулятора влияют на выполнение условий п. 15.3 СП 5.1313.2009 «…должны обеспечивать питание указанных электроприемников в дежурном режиме в течение 24 ч плюс 1 ч работы системы пожарной автоматики в тревожном режиме».
В первую очередь «время жизни» связано с токами потребления нагрузки, далее – время зависит от емкости АКБ. Есть разные схемы обеспечения разряда АКБ, которые отличаются потерями в схеме и в конечном счете возможной глубиной разряда. Приблизительно оценить время разряда можно по емкости применяемой АКБ: 10-часовой разряд батареи при токе 10% от емкости полностью заряженной АКБ, это соотношение позволяет пропорционально пересчитать на токи нагрузки «время жизни» АСПС при питании от аккумуляторной батареи. Во избежание повреждения АКБ необходимо обеспечить ограничение разряда батареи не ниже допустимого значения (определяется изготовителем ТД), ограничение уровня и темпа заряда.
Обязательное условие для источника по п. 5.2.1.9 ГОСТ Р 533252009 – «ИЭ должен сохранять свои параметры при изменении напряжения по любому вводу электроснабжения от 85% до 110% номинального значения». В этих условиях должен полностью работать сетевой канал источника питания, заряжаться АКБ. Если ИЭ обеспечивает работу сетевого канала в увеличенном относительно требуемого диапазоне напряжения, то это косвенно влияет на «время жизни» АСПС, поскольку причиной перехода на питание от АКБ является не только полное отключение питающей сети, но и выход сетевого напряжения на уровни, которые не позволяют питать нагрузку по сетевому каналу. Рисунок 1.
Импульсный источник питания, как правило, имеет более широкий диапазон входных напряжений, чем трансформаторный. Как следствие, при просадке напряжения может продолжить работу сетевой канал импульсного ИЭ, не задействуя для питания нагрузки аккумуляторную батарею.
Для обеспечения низковольтным электропитанием связанного оборудования во взрывоопасной зоне (в частности, приборов АСПС и систем безопасности) можно подойти двумя способами:
1. Резервированный ИЭ устанавливается вне взрывоопасной зоны. В этом случае ИЭ может не иметь средств взрывозащиты, но во взрывоопасной зоне питающие кабельные линии должны иметь соответствующую защиту. Недостатком этого способа электропитания является то, что нужно учитывать неизбежное большое падение напряжения при длинных линиях питания. В шахтах, в тоннелях да и на других промышленных взрывоопасных объектах расстояния до взрывобезопасной зоны могут быть очень большими. Такой способ обеспечивает централизованное питание устройств, находящихся во взрывоопасной зоне. Рисунок 2.
2. При втором способе электропитания резервированный ИЭ устанавливается непосредственно во взрывоопасной зоне. Тогда можно построить распределенную систему обеспечения периферийных устройств АСПС (и не только) низковольтным питанием. В этом случае резервированный ИЭ можно установить в непосредственной близости от потребителей энергии (светозвуковые оповещатели (табло), охранные и пожарные извещатели с 4-проводной схемой включения, видеокамеры, приборы низковольтного освещения и проч.), избежав при этом больших падений напряжения. Однако в этом случае резервированный ИЭ должен иметь взрывозащищенное исполнение, что накладывает дополнительные требования к его конструкции. Рисунок 3.
Резервированный ИЭ взрывозащищенного исполнения должен соответствовать стандартам по взрывозащите.
Оболочка ИЭ должна быть выполнена по ГОСТ Р 51330.0-99 «Электрооборудование взрывозащищенное. Общие требования», что сразу ограничивает возможное конструктивное исполнение прибора. Достаточно часто оболочки ИЭ изготавливают из пластических материалов (ABS-пластик, полистирол). Для взрывозащищенного ИЭ применение пластиков для оболочки ограничивается п. 7.3.2 ГОСТ Р 51330.0-99 – «Оболочки должны конструироваться таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации, обслуживания и чистки исключалась опасность воспламенения от электростатических зарядов», это, как правило, специальная антистатическая пластмасса, имеющая сопротивление изоляции не более 109 Ом. Более доступно использовать оболочки металлические, однако материал оболочки должен быть фрикционно безопасен, о чем гласит раздел 8 ГОСТ Р 51330.0-99 – «Материалы, содержащие легкие металлы, применяемые для изготовления оболочек электрооборудования групп I и II, должны обеспечивать фрикционную искробезопасность».
Не последнее место занимает механическая прочность оболочки, методы испытаний которых описаны в п. 23.4.3 ГОСТ Р 51330.0-99.
Испытания на ударную прочность
Таким образом, по сумме требований оболочки из пластмасс довольно затруднительно применять в конструкции взрывозащищенных резервированных ИЭ.
Поскольку желательно, чтобы ИЭ мог применяться по разным температурным классам, в идеале по температурному классу Т6, – это накладывает ограничение на электрическую конструкцию источника: импульсный ИЭ предпочтительнее, чем трансформаторный, поскольку нагрев устройства меньше, поэтому возможно использовать оболочку ИЭ в качестве радиатора, одновременно решая задачу герметичности устройства.
К аккумуляторной батарее с точки зрения взрывозащиты также предъявляются особые требования. Если в ИЭ используется вид взрывозащиты d – «взрывонепроницаемая оболочка», то при возможном взрыве АКБ внешняя оболочка ИЭ должна выдержать взрывной удар.
Взрывозащита вида e п. 5.7 ГОСТ Р 51330.8-99 «Защита вида e» определяет другие подходы. Если суммировать требования к АКБ, которые нужно обеспечить для взрывозащиты вида e, то они сводятся к следующему:
применять герметичную АКБ;
применять заливку компаундом электрических частей, соединений от вероятного разбрызгивания геля из АКБ при ее повреждении;
обеспечить защиту устройства от перегрева АКБ при глухом коротком замыкании на контактах батарей.
Во взрывоопасной зоне установку резервированного ИЭ, его подключение, прокладку кабелей и проводов, а также заземление прибора следует проводить в соответствии с требованиями проекта и ПУЭ. Типы проводов и кабелей, а также способ их прокладки выбираются исходя из класса взрывоопасной зоны.
Согласно ПУЭ (издание 6, глава 7.3.) во взрывоопасных зонах любого класса допускается применение проводов с резиновой и ПВХ-изоляцией; кабелей с резиновой, ПВХ и бумажной изоляцией в резиновой, ПВХ и металлической оболочках.
Во взрывоопасных зонах любого класса не допускается применение проводов и кабелей с полиэтиленовой изоляцией и оболочкой.
Во взрывоопасных зонах классов В-I и В-Iа должны применяться провода и кабели с медными жилами. Применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами допускается во взрывоопасных зонах классов: B-Iб, В-Iг, В-II, В-IIа.
Вводы кабелей должны быть сделаны с помощью специализированных вводных устройств, а места вводов уплотнены. Соответствующие требования по уплотнению труб, кабелей, проводов предъявляются при переходе кабельной трассы из взрывоопасной зоны в зону с другим классом опасности или в зону взрывобезопасную.