Motori elettrici antideflagranti: classificazioni Ex, selezione e standard per aree pericolose

Cosa rende un motore elettrico a prova di esplosione

Un motore elettrico antideflagrante non è progettato per contenere un'esplosione interna: è progettato per impedire che il motore accenda gas, vapori o polvere infiammabili presenti nell'atmosfera circostante. La custodia è costruita per resistere a eventi di accensione interna e per raffreddare eventuali gas in fuga al di sotto della temperatura di accensione prima che raggiungano l'ambiente esterno.

Le principali caratteristiche costruttive che contraddistinguono i motori antideflagranti includono:

• Giunti del percorso di fiamma — Tolleranze tra gli spazi lavorati con precisione (tipicamente 0,1–0,4 mm) tra le superfici di accoppiamento che consentono lo scarico della pressione e allo stesso tempo lo spegnimento di qualsiasi fronte di fiamma
• Involucri rinforzati — alloggiamenti in ghisa o alluminio per impieghi gravosi progettati per resistere a picchi di pressione interna senza deformazioni
• Entrate del condotto sigillate — raccordi del condotto filettati con impegno minimo di 5 filetti per impedire l'ingresso di atmosfera esterna
• Isolamento resistente alla temperatura — sistemi di isolamento degli avvolgimenti progettati per impedire che la temperatura superficiale raggiunga il punto di autoaccensione del gruppo di gas bersaglio

Questi requisiti di progettazione sono regolati da standard internazionali tra cui IEC 60079-0 (requisiti generali) e IEC 60079-1 (custodie ignifughe), nonché NEMA MG-1 e UL 674 nei mercati nordamericani. La conformità a questi standard viene verificata tramite test di terze parti da parte di organismi come gli organismi notificati ATEX in Europa o FM/UL negli Stati Uniti.

Motori di sicurezza con classificazione Ex : Comprendere i concetti di protezione

I quadri di certificazione IECEx e ATEX utilizzano un sistema di codifica strutturato per descrivere i concetti di protezione. Un motore contrassegnato Ex db IIC T4 Gb , ad esempio, porta un significato specifico in ciascun segmento di quella designazione. Comprendere questa notazione è essenziale quando si specificano o si acquistano motori di sicurezza con classificazione Ex per un'area pericolosa.

Concetti comuni di protezione Ex per i motori

La classificazione del gruppo di gas (IIA, IIB, IIC) indica la gravità dell'atmosfera esplosiva in cui il motore può funzionare in sicurezza. L'IIC copre i gas più pericolosi quali idrogeno e acetilene, mentre l’IIA copre il propano e gas industriali simili. Un motore certificato IIC è adatto anche agli ambienti IIA e IIB, ma non viceversa.

La classe di temperatura (da T1 a T6) definisce la temperatura superficiale massima consentita del motore nelle condizioni operative peggiori. I motori T6 limitano la temperatura superficiale a 85 °C, rendendoli adatti ad ambienti contenenti solfuro di carbonio (punto di autoaccensione: 95 °C). La maggior parte dei motori industriali Ex generici hanno una classificazione T3 (200 °C) o T4 (135 °C).

Classificazione delle aree pericolose: zone e divisioni

La scelta del motore corretto per aree pericolose inizia con la corretta classificazione dell'area di installazione. Due sistemi di classificazione vengono utilizzati parallelamente a livello globale e gli ingegneri specializzati devono far corrispondere la certificazione del motore al metodo di classificazione del sito.

Sistema di zone IEC (Europa, Asia, internazionale)

Il sistema a zone divide le aree pericolose in base alla probabilità che sia presente un'atmosfera esplosiva:

• Zona 0 — l'atmosfera esplosiva di gas è presente continuamente o per lunghi periodi (ad esempio all'interno di un serbatoio di carburante)
• Zona 1 — probabile che si verifichi periodicamente durante il normale funzionamento (ad esempio, sale pompe in impianti petrolchimici)
• Zona 2 — improbabile in condizioni di funzionamento normali ma possibile in condizioni anomale
• Zona 20 / 21 / 22 — zone equivalenti per atmosfere con polveri combustibili

Sistema di divisione NEC (Nord America)

Il sistema di divisione, definito dall'articolo 500 del NEC e dall'NFPA 70, utilizza due divisioni per classe:

• Divisione 1 — esistono concentrazioni pericolose in condizioni normali (ampiamente equivalenti alla Zona 0 Zona 1 combinata)
• Divisione 2 — le concentrazioni pericolose esistono solo in condizioni anomale (ampiamente equivalenti alla Zona 2)

I motori certificati ATEX/IECEx non sono automaticamente accettati per i siti classificati nella divisione NEC senza ulteriore certificazione FM o UL e viceversa. La certificazione incrociata è disponibile presso la maggior parte dei principali produttori di motori per motori destinati a progetti internazionali, ma deve essere esplicitamente confermata sulla targhetta e sulla documentazione di certificazione.

Industrie chiave e applicazioni tipiche

I motori antideflagranti e classificati Ex vengono utilizzati ovunque fluidi di processo, gas o polveri creino un rischio persistente di accensione. I seguenti settori rappresentano la quota maggiore della domanda globale:

Petrolio, gas e petrolchimico

Questo rimane il mercato finale dominante. Gli azionamenti delle pompe, i motori dei compressori, i motori dei ventilatori per i raffreddatori ad aria forzata e gli azionamenti dei trasportatori nelle raffinerie e nelle piattaforme offshore richiedono tutti la certificazione Ex db o Ex eb. A prova di fiamma (Ex db) IIC T4 è il rating più comunemente specificato in questo settore. La resistenza alla nebbia salina, i sistemi di isolamento di tipo tropicale e le classificazioni termiche di classe F o H sono generalmente richiesti insieme alla designazione di protezione dalle esplosioni.

Produzione chimica e farmaceutica

I processi di gestione dei solventi, gli agitatori dei reattori e i sistemi HVAC in camere bianche in cui vengono utilizzati solventi infiammabili richiedono motori classificati per Zona 1 o Zona 2. Molte strutture farmaceutiche richiedono anche materiali conformi alla FDA e superfici esterne lisce e adatte al lavaggio insieme alla certificazione Ex: una combinazione indirizzata ai motori Ex in acciaio inossidabile o alle varianti in ghisa con rivestimento epossidico.

Cereali, trasformazione alimentare e biomassa

La polvere combustibile (Zona 21/Zona 22) piuttosto che il gas infiammabile è il pericolo principale negli elevatori per cereali, nei mulini, negli impianti di pellet di biomassa e nelle raffinerie di zucchero. Motori anti-innesco per polveri (Ex tb IIIC) sono richiesti, con valori di temperatura superficiale massima corrispondenti alla temperatura di autoaccensione più bassa della polvere presente. La polvere di grano (temperatura di accensione dello strato di 430 °C) consente valori di classe T più elevati rispetto, ad esempio, alla polvere di alluminio (richiesto T6).

Impianti di trattamento delle acque reflue e biogas

L’accumulo di metano in pozzi umidi chiusi, camere di digestione e aree di stoccaggio del biogas crea condizioni di Zona 1. I motori delle pompe, gli azionamenti dei miscelatori e i motori dei ventilatori in queste installazioni sono generalmente specificati come Ex db o Ex eb IIB T4, che riflette il livello di pericolo moderato del metano (Gruppo IIB) piuttosto che la classificazione IIC massima.

Considerazioni sulle specifiche e sull'approvvigionamento

Acquistare il motore antideflagrante sbagliato, sia esso con specifiche eccessive o sottocertificazioni, ha implicazioni significative in termini di costi e sicurezza. I seguenti parametri devono essere confermati prima di effettuare un ordine:

1. Rapporto di classificazione dell'area — confermare la zona/divisione, il gruppo di gas e la classe di temperatura dal documento formale di classificazione delle aree pericolose della struttura, non dalla conoscenza informale del sito
2. Ente di certificazione e mercato — ATEX per UE, IECEx per riconoscimento reciproco internazionale, FM/UL per Stati Uniti e Canada; verificare che l'esatto codice di certificazione sulla targhetta del motore corrisponda alla classificazione del sito
3. Intervallo di temperatura ambiente — la maggior parte dei motori Ex sono classificati per temperature ambiente standard da –20 °C a 40 °C; le applicazioni al di fuori di questo intervallo richiedono varianti a bassa temperatura o ad alta temperatura ambiente con conferma di certificazione separata
4. Ciclo di lavoro e fattore di servizio — i motori Ex sovraccarichi generano calore in eccesso che può superare la classe di temperatura nominale; garantire che il valore nominale di servizio continuo del motore (S1) sia adeguato senza fare affidamento sul fattore di servizio in aree pericolose
5. Compatibilità unità — i motori alimentati da convertitori di frequenza (VFD) in aree pericolose richiedono motori con isolamento rinforzato dell'avvolgimento (isolamento resistente ai picchi secondo IEC 60034-17) e possono richiedere ulteriori tenute dell'albero certificate Ex; non tutti i motori Ex standard sono classificati VFD
6. Classificazione IP rispetto a classificazione Ex — IP55 o IP65 è standard sulla maggior parte dei motori Ex ma deve essere verificato in modo indipendente; una certificazione Ex non implica automaticamente uno specifico livello di protezione dall'ingresso

La documentazione di manutenzione è altrettanto fondamentale. I motori Ex devono essere riparati solo da strutture in possesso di un'appropriata certificazione di riparazione Ex (ad esempio, certificato di struttura di servizio IECEx), utilizzando componenti approvati dall'OEM. Le riparazioni non autorizzate, anche quelle apparentemente minori, come la sostituzione della guarnizione della scatola terminale con un materiale non approvato, possono invalidare la certificazione Ex e creare responsabilità legale in caso di incidente.