PN – EN IEC 60079 – 0:2018 – najważniejsze wymagania

Norma EN IEC 60079-0:2018 określa podstawowe wymagania dotyczące konstrukcji, badań i oznakowania urządzeń przeznaczonych do pracy w atmosferach zagrożonych wybuchem (Ex). W praktyce oznacza to, że każdy projektant urządzenia Ex (np. silnika, czujnika, rozdzielnicy) musi zadbać o materiały, wykonanie mechaniczne i elektryczne tak, aby żadne elementy urządzenia nie stały się potencjalnym źródłem zapłonu. Poniżej przedstawiono zasady projektowania zgodnego z EN IEC 60079-0:2018 wraz z praktycznymi przykładami i typowymi pułapkami, na które należy zwrócić uwagę.

Dobór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych

Materiały obudowy i elementów urządzenia Ex muszą być tak dobrane, aby nie stwarzały zagrożenia wybuchem ani nie traciły swoich właściwości w trudnych warunkach. Norma 60079-0 kładzie nacisk zarówno na materiały metalowe, jak i niemetalowe:

• Metale lekkie (Al, Mg, Ti, Zr) – Ze względu na ryzyko iskrzenia w wyniku uderzenia lub tarcia norma ogranicza zawartość tych metali w stopach użytych na obudowy. Dla urządzeń kategorii najwyższej (EPL Ga / Da – do stref 0/20) aluminium i jego stopy są zasadniczo eliminowane lub mocno ograniczone. Przykładowo, dla strefy 0 dopuszcza się maks. ok. 10% sumarycznej zawartości Al+Mg+Ti+Zr w materiale obudowy, a zawartość magnezu (bardzo iskrzącego) ograniczona jest do ~7,5%. W praktyce oznacza to, że obudowy urządzeń do najbardziej zagrożonych stref wykonuje się z stali, żeliwa lub stali nierdzewnej, zamiast z aluminium. Jeśli producent jednak użyje stopu o wyższej zawartości np. aluminium, musi oznaczyć urządzenie symbolem “X” (warunek specjalny) i podać w instrukcji środki ostrożności przy użytkowaniu (np. unikać uderzeń w zardzewiałe konstrukcje stalowe, które mogłyby wywołać iskrę termitową).
• Stopy miedzi – Najnowsza edycja normy zwróciła uwagę na ryzyko w obecności acetylenu (grupa IIC). Na powierzchni stopów miedzi w kontakcie z acetylenem mogą tworzyć się acetylenki miedzi, bardzo wrażliwe na tarcie/uderzenie (mogą eksplodować przy lekkim potarciu). Dlatego obudowy z mosiądzu/brązu mają limitowaną zawartość miedzi (np. maks. ~65% Cu), lub muszą być pokryte warstwą ochronną (np. niklowane czy cynowane), by odizolować miedź od atmosfery acetylenu. Jeśli projektujesz elementy miedziane do grupy IIC (np. jakieś złącza z mosiądzu w czujniku do strefy gazowej z acetylenem), upewnij się, że spełniają te wymagania lub zastosuj powłokę ochronną.
• Tworzywa sztuczne i elastomery – Niekiedy obudowy (lub okienka, osłony, uszczelki) są z plastiku lub gumy. Ich “wrogami” są starzenie, temperatura i promieniowanie UV. Norma wymaga, by wytrzymałość cieplna takiego materiału przewyższała o co najmniej 20 K maksymalną temperaturę, jaką materiał osiągnie w pracy urządzenia. Innymi słowy, jeśli wewnątrz obudowy element może rozgrzać ściankę do 80°C, to zastosowane tworzywo powinno mieć wskaźnik temperatury (TI lub RTI) min. 100°C, aby długo wytrzymało bez pękania czy deformacji. Ponadto dla tworzyw narażonych na słońce wymagana jest odporność UV – materiał musi mieć odpowiednie certyfikaty (np. UL f1) lub przejść test starzeniowy na UV. Projektant powinien więc stosować tylko tworzywa udokumentowane przez producenta pod kątem odporności na ciepło i UV, zgodnie z normą. W praktyce popularne są np. obudowy z GRP (poliester zbrojony włóknem szklanym) – charakteryzują się dobrą wytrzymałością mechaniczną i odpornością środowiskową, spełniając wymagania normy.

Podsumowując, materiały konstrukcyjne urządzenia Ex nie mogą same stać się przyczyną zapłonu. Unikajmy więc w projektowaniu np. gołego aluminium w górniczych obudowach, czy kiepskiej jakości plastiku, który spęka po roku na słońcu. Zamiast tego wybierajmy stale, mosiądze z powłokami ochronnymi, wysokiej klasy polimery – i zawsze w dokumentacji precyzyjnie określajmy użyty materiał (norma wymaga podania w dokumentacji dokładnego typu materiału, np. oznaczenie stopu czy tworzywa, aby można było zweryfikować jego parametry).

Solidna konstrukcja mechaniczna obudowy

Konstrukcja mechaniczna urządzenia Ex musi być na tyle solidna, aby wytrzymać warunki pracy (udar, nacisk, wibracje) bez uszkodzeń mogących spowodować zapłon. Kilka praktycznych aspektów z normy i dobrych praktyk:

• Odporność na uderzenia (udar) – Norma wymaga, by obudowa wytrzymała określone uderzenie (test młotkiem lub upadkiem ciężarka) zależnie od rodzaju i zastosowania urządzenia. Typowe energie udaru w testach to od 4 do nawet 20 J. Projektując, należy więc dobrać odpowiednią grubość ścianek, żebra wzmacniające czy stosować obudowy metalowe dla urządzeń narażonych na mechaniczne uszkodzenia. Testy zrzutu i udaru symulują np. upadek narzędzia na urządzenie. Przykładowo, przełącznik Ex na panelu powinien wytrzymać uderzenie, nie pęknąć tak, by odsłonić wnętrze. Upewnij się, że w projekcie spełniasz te wymagania – często producenci materiałów podają klasy odporności udarowej swoich obudów (IK rating). Dla stref Ex zazwyczaj wymagana jest wysoka wytrzymałość mechaniczna – np. osłony lamp Ex muszą wytrzymać uderzenie, bo pęknięcie klosza mogłoby umożliwić zapłon na zewnątrz.
• Wytrzymałość i zabezpieczenie elementów złącznych (śrub, pokryw) – Wszystkie śruby, które utrzymują pokrywy obudów lub inne istotne części, muszą być zaprojektowane tak, by nie poluzowały się samoistnie oraz wytrzymały ewentualny wewnętrzny wybuch (dla osłon ognioszczelnych Ex d) bez zerwania. Typowym błędem jest zastosowanie zbyt małych lub zbyt słabych śrub – np. śruba M4 w miękkim aluminium może się wyrwać. Norma zaleca stosować metryczne gwinty o odpowiednim skoku (zwykły gwint metryczny, klasa tolerancji 6H/6g) oraz minimalną głębokość zaangażowania gwintu. Dodatkowo, jeśli wymagana jest specjalna klasa wytrzymałości śrub (np. 8.8 lub nierdzewne określonej klasy), producent powinien to wyspecyfikować i w certyfikacie urządzenia będzie symbol “X” z informacją, że zamienne elementy złączne muszą być równoważne oryginalnym. W praktyce: stosuj śruby o wysokiej wytrzymałości, najlepiej zabezpieczone przed odkręceniem (np. przez zastosowanie podkładek sprężystych, zabezpieczeń drutem lub klejem do gwintów). Żadna śrubka nie może „wylatywać z obudowy” podczas normalnej pracy – dobrze jest projektować pokrywy tak, aby śruby były ujęte na stałe (np. osadzone w pokrywie i niewypadające po odkręceniu, co zapobiega ich zgubieniu). Pamiętaj, że luźna śruba wewnątrz obudowy Ex może ocierać o metal i iskrzyć lub uszkodzić elementy – absolutnie do tego nie dopuść.
• Zabezpieczenie uszczelek i połączeń – Jeśli obudowa ma uszczelkę (np. zapewniającą szczelność IP), norma wymaga, by uszczelka była trwale zamocowana lub tak ukształtowana, aby nie wypadła przy otwieraniu. Praktycznie: projektuj rowki na uszczelki, stosuj uszczelki samoprzylepne lub mechanicznie zaklinowane, aby serwisant otwierając pokrywę nie zgubił uszczelki lub nie założył jej źle przy ponownym montażu. Niewłaściwie założona lub pominięta uszczelka to ryzyko dostania się pyłu/gazu do obudowy. Zatrzaski i zamknięcia obudowy powinny wymagać użycia narzędzia – zgodnie z zasadą, że urządzeń Ex nie wolno otwierać gołymi rękami w strefie Ex. Unikaj więc klipsów otwieranych ręcznie; zamiast tego zaprojektuj śruby, które trzeba odkręcić kluczem. To wymóg bezpieczeństwa – tylko świadoma osoba z narzędziem powinna móc otworzyć obudowę, i to po upewnieniu się, że nie ma atmosfery wybuchowej (lub urządzenie jest odłączone).
• Odporność na wibracje – W dużych maszynach drgania mogą luzować połączenia i powodować mikroskopijne iskrzenie na stykach czy pękanie elementów. Norma wskazuje, by uwzględnić wpływ wibracji – np. zabezpieczyć połączenia gwintowane przed odkręcaniem i użyć przewodów, które się nie przetrą. Przykład: jeśli projektujesz dużą obudowę Ex e na silniku wibracyjnym, zastosuj przewody łączące płytkę z zaciskami tak, by nie pękały (trochę luzu, elastyczne materiały) oraz dodaj zabezpieczenia śrub (kontrnakrętki, klej). Każdy ruchomy element (np. pokrętło, dźwignia) musi być tak zaprojektowany, żeby drgania nie powodowały jego przemieszczania się do niebezpiecznej pozycji.

Podsumowując, mechanika urządzenia Ex to fundament bezpieczeństwa. Solidna obudowa, trwałe mocowania i dopracowane detale (jak uszczelki czy zabezpieczenia śrub) zapobiegną zarówno powolnym uszkodzeniom, jak i nagłym awariom. Projektuj „przemysłowo odpornie” – pamiętaj, że urządzenia Ex często pracują w ciężkich warunkach (rafinerie, kopalnie, silosy) przez wiele lat bez przerwy.

Kontrola maksymalnej temperatury powierzchni

Wysoka temperatura powierzchni urządzenia może zainicjować wybuch, jeśli przekroczy temperaturę zapłonu otaczającej mieszaniny gazowej lub pyłowej. Dlatego norma stawia wyraźne wymagania odnośnie maksymalnej dopuszczalnej temperatury każdego zewnętrznego punktu urządzenia. Projektant musi zadbać o to, by w żadnych warunkach normalnej pracy nie zostały przekroczone te limity.

• Klasy temperaturowe (T1–T6) – Dla atmosfer gazowych definiuje się klasy T, gdzie T1 to najwyższa (450°C), a T6 najniższa (85°C) dopuszczalna temperatura powierzchni urządzenia. Już na etapie projektu określ, jaką klasę T ma osiągnąć Twoje urządzenie – np. czujnik może wymagać T6 = 85°C, jeśli ma być stosowany w pobliżu gazów o niskiej temperaturze zapłonu (np. CS₂). To oznacza, że żaden punkt obudowy czujnika nie może rozgrzać się powyżej 85°C. Trzeba uwzględnić najgorszy przypadek: najwyższą ambient temperaturę (normowo przyjmuje się standardowo -20°C do +40°C, chyba że producent zadeklaruje inną), nagrzewanie od słońca, od wewnętrznych strat mocy, itd. Norma wymaga, by zmierzyć temperatury podczas testów typowych w warunkach skrajnych deklarowanych przez producenta. Jeżeli jakiś element mocno się grzeje (np. rezystor, tranzystor mocy), należy zaprojektować radiator lub odsunąć go od obudowy, tak by nie przekazał ciepła na zewnątrz ponad limit. Czasem stosuje się ograniczniki temperatury lub bezpieczniki termiczne – tak, aby nawet w razie uszkodzenia urządzenia nie nastąpiło przegrzanie powyżej klasy T.
• Temperatura w atmosferach pyłowych – Dla pyłów zamiast klas T często podaje się bezpośrednio maks. temperaturę powierzchni w °C (np. T_max = 120°C). Tu trzeba uwzględnić dodatkowo warstwę pyłu osiadającą na urządzeniu. Pył tworzy warstwę izolacyjną i może spowodować, że urządzenie pod warstwą nagrzeje się jeszcze bardziej (efekt koca termicznego). Norma wymaga, by producent określił maksymalną grubość warstwy pyłu, przy której urządzenie jest bezpieczne. Standardowo przyjmuje się 5 mm warstwy pyłu. Jeśli urządzenie potencjalnie może być przysypane pyłem, projektuj je tak, by przy 5 mm pokrywy pyłu nadal nie przekroczyło dopuszczalnej temp. (często oznacza to dodatkowy zapas w projektowaniu chłodzenia). W przeciwnym razie producent musi w dokumentacji zastrzec, że pył należy regularnie usuwać (np. „maks. grubość zalegającego pyłu 2 mm”). Przykład: silnik elektryczny w strefie pyłowej – jego obudowa nie może się rozgrzać bardziej niż powiedzmy 150°C, jeśli pył ma zapłon 200°C, przy założeniu że jest pokryty warstwą 5 mm mączki. Jeśli konstrukcyjnie silnik osiąga 140°C bez pyłu, ale z warstwą pyłu mógłby przekroczyć 200°C, trzeba albo lepiej go chłodzić, albo nakazać utrzymywanie czystości (wtedy na tabliczce będzie „X” i zapis w instrukcji o czyszczeniu pyłu).
• Nagrzewanie w stanie nieustalonym i po wyłączeniu – Często pomijany aspekt: niektóre elementy mogą osiągnąć szczytową temperaturę chwilowo, np. tuż po wyłączeniu zasilania (dławik, który traci wentylację) lub podczas rozruchu. Upewnij się, że i te scenariusze nie powodują przekroczenia T_max. Norma mówi też o oznakowaniu, jeśli jakieś elementy po wyłączeniu długo stygną – np. masz grzałkę, która pozostaje gorąca przez 10 minut po wyłączeniu, to należy ostrzec użytkownika, by nie dotykał/nie otwierał obudowy zanim ostygnie poniżej temp. dopuszczalnej. Praktyczna wskazówka: jeżeli Twój projekt ma np. duży kondensator lub akumulator, który mógłby się rozgrzać, warto dodać czujnik termiczny odłączający go w razie nadmiernej temp.

Podczas projektowania wykonaj bilans cieplny urządzenia: oszacuj straty mocy, rozprowadź elementy wewnątrz tak, by ciepło się rozpraszało, przewidź konstrukcję radiatorów żeber na obudowie itp. Pamiętaj, że klienci mogą chcieć używać urządzenia w +50°C otoczenia – jeśli tak, musisz to przewidzieć i zadeklarować np. „Ta = -20…+60°C” na tabliczce (temperatura otoczenia). Gdy sprzęt jest przeznaczony do trudnych warunków (np. blisko pieca – ambient +60°C), a nie zaprojektujesz go na to, to w normalnej 40°C może być OK, ale w 60°C przekroczy T6 i będzie niezgodny. Dlatego uczciwie określ zakres temperatur pracy i zaprojektuj urządzenie odpowiednio do tego zakresu.

Zapobieganie zagrożeniom elektrostatycznym

Elektryczność statyczna potrafi zgromadzić się na powierzchniach urządzenia i wyzwolić iskrę przy nagłym rozładowaniu – co w obecności atmosfery wybuchowej może spowodować zapłon. Norma EN 60079-0 przykłada do tego aspektu dużą wagę, szczególnie dla obudów i elementów z tworzyw sztucznych lub innych niemetalowych. Projektant musi przewidzieć i ograniczyć możliwość groźnego naelektryzowania się urządzenia.

• Unikanie dużych powierzchni izolacyjnych – Jeśli Twoje urządzenie ma zewnętrzne elementy z tworzywa (plastikowa obudowa, szybka poliwęglanowa, powłoka lakieru), pamiętaj, że tarcie, przepływ powietrza lub cząstek może naelektryzować powierzchnię. Im większa i bardziej izolująca powierzchnia, tym większy ładunek może zebrać. Norma zaleca, by ograniczać rozmiary nieprzewodzących powierzchni albo zapewniać ich dostateczne przewodzenie/rozpraszanie ładunku. W praktyce: jeśli musisz mieć plastikowe okienko o dużej powierzchni, użyj specjalnego antystatycznego tworzywa (np. z dodatkiem sadzy – często czarne plastiki Ex mają taką domieszkę) lub pokryj powierzchnię powłoką przewodzącą połączoną z uziemieniem. Alternatywnie, producent może zdecydować się na ostrzeżenie na obudowie: „Uwaga – czyścić tylko wilgotną ściereczką” (to częsty zapis dla obudów, które mogą się elektryzować; wilgotna szmatka zapobiega pocieraniu na sucho i gromadzeniu ładunków). Takie ostrzeżenie to ostateczność – lepiej jest zaprojektować materiałowo problem tak, by ostrzeżenie nie było potrzebne (klienci wolą nie mieć ograniczeń w eksploatacji).
• Farby, powłoki i naklejki na obudowie – Często metalowe obudowy są malowane farbą proszkową lub inną. Wbrew pozorom farba jest traktowana jak materiał niemetalowy (izolator) na powierzchni. Jeśli pomalujesz cały duży korpus grubą warstwą farby izolacyjnej, to mimo że metal pod spodem jest uziemiony, powierzchnia farby może się naelektryzować lokalnie. Dobrym zwyczajem jest ograniczyć grubość warstwy lakieru – np. norma podaje, że przy farbie <0,2 mm na urządzeniu grupy IIC ryzyko jest mniejsze. Alternatywnie można stosować farby antystatyczne (z dodatkami przewodzącymi) lub lakier z warstwą rozpraszającą. Ciekawym rozwiązaniem bywa dwuwarstwowa powłoka: najpierw przewodzący podkład (połączony elektrycznie z masą obudowy), a na nim cienka warstwa farby izolacyjnej – wtedy nawet jak ktoś dotknie/otrze się o obudowę, ładunki mają gdzie ujść (do podkładu i do uziomu). Uważaj też na naklejki, folie, panele membranowe – duża naklejka z tworzywa na obudowie to również potencjalny „magnes” na ładunki. Jeśli musisz nakleić duży plastikowy panel sterujący, rozważ taki z warstwą przewodzącą lub podziel go na mniejsze segmenty.
• Elementy metalowe izolowane – Bywa, że do plastikowej obudowy są przykręcone metalowe elementy (klamry, ozdobne listwy) odizolowane od uziemienia. Taki „wiszący” metal może zebrać ładunek indukowany i wyładować go iskrowo do uziemionej konstrukcji obok. Norma wskazuje, że również małe odizolowane metalowe części należy brać pod uwagę. Dlatego: jeśli stosujesz metalowe śrubki, kratki czy inne dodatki na obudowie z tworzywa, postaraj się je uziemić (np. przez przewodzącą wkładkę lub dodatkowy drucik do masy). Ewentualnie upewnij się, że są na tyle małe (mała pojemność), iż zgromadzony na nich ładunek nie przekroczy energii zapalającej – to wymagałoby jednak analiz i testów, więc praktyczniej jest po prostu zminimalizować takie rozwiązania.
• Przykłady zagrożeń elektrostatycznych: Wyobraź sobie przepływ ziarna przez plastikowy lej – tarcie powoduje naładowanie lejka. Jeśli u dołu jest metalowy wylot, może przeskoczyć iskra. W urządzeniach Ex staramy się tego uniknąć: stosujemy tworzywa o rezystancji powierzchniowej <10^9 Ω lub nawet dodajemy uziemione siatki ekranujące. Innym przykładem jest pracownik przecierający obudowę z kurzu suchą szmatką – plastik potrafi naładować się do kilkunastu kV! Dlatego lepiej, by obudowa była z metalu lub rozpraszającego tworzywa, ewentualnie w instrukcji dodaje się zapis o czyszczeniu tylko wilgotną ściereczką (jak wspomniano). Projektując, zadaj sobie pytanie: czy ktoś może dotknąć/musnąć tę część? Czy może ona ocierać się o inny materiał? Jeżeli tak – upewnij się, że nie powstanie wtedy niebezpieczna iskra.

Podsumowując, kontrola elektryczności statycznej to często pomijany, ale krytyczny aspekt. Im więcej tworzyw w twoim urządzeniu, tym bardziej musisz nad tym panować. W praktyce najlepiej sprawdzają się materiały antystatyczne i dobrze uziemione elementy metalowe. Czasem wymagane są testy odporności na elektrostatykę – np. próba przetarcia futrem i pomiar, czy nie powstają wyładowania. Dobrze zaprojektowane urządzenie przejdzie takie testy bez problemu.

Eliminacja potencjalnych źródeł iskrzenia elektrycznego

Oprócz statyki i iskier mechanicznych, oczywistym zagrożeniem zapłonem są iskry elektryczne lub łuki pochodzące z obwodów urządzenia, a także inne zjawiska elektryczne (np. promieniowanie RF). Norma 60079-0 jako ogólna nakłada pewne obowiązki, by już na poziomie projektu zidentyfikować i wyeliminować te źródła zapłonu.

• Brak otwartych iskrzących styków – Urządzenie musi być tak zaprojektowane, by w normalnej pracy żadne styki nie iskrzyły do atmosfery. Oczywiście, w urządzeniach Ex stosuje się różne rodzaje ochrony (np. osłony ognioszczelne Ex d pozwalają na iskrzenie wewnątrz, byle obudowa wytrzymała, a Ex i iskrobezpieczne ogranicza energię iskry itd.). Jako projektant musisz zdecydować, jaki rodzaj zabezpieczenia Ex stosujesz i dobrać komponenty pod ten typ. Przykład: jeśli projektujesz puszkę zaciskową Ex e (zabezpieczenie „wzmocnione”, gdzie nie może być żadnych gorących ani iskrzących elementów w środku), nie wolno Ci umieścić tam zwykłego przekaźnika ze stykami, które iskrzą przy załączaniu – bo to by podważało ideę Ex e. Z kolei jeśli projektujesz urządzenie Ex d (obudowa ognioszczelna wytrzymująca wybuch wewnątrz), możesz użyć normalnych styków i elementów, ale musisz zapewnić, że w razie wybuchu wewnątrz obudowy nic nie przedostanie się na zewnątrz (czyli trzymać się wymiarów szczelin, gwintów, itp. według normy Ex d). Norma 60079-0 odsyła do szczegółowych norm (np. 60079-1 dla Ex d, 60079-7 dla Ex e, 60079-11 dla Ex i), natomiast wymaga generalnie, by wszystkie części urządzenia były zamocowane i chronione tak, aby zapobiec przypadkowemu iskrzeniu. Upewnij się, że np. żadna płytka drukowana nie lata luźno i nie zrobi zwarcia, albo że śrubka zacisku nie wypadnie na płytę i nie spowoduje zwarcia – to może brzmieć trywialnie, ale takie rzeczy się zdarzają, a w Ex mogą być fatalne w skutkach.
• Rozładowanie energii elementów po odłączeniu – Norma wymaga, by urządzenia, które mogą być otwierane, nie miały wewnątrz na dostępnych częściach niebezpiecznego ładunku elektrycznego. Konkretnie, jeśli w urządzeniu są kondensatory ładowane powyżej 200 V, to po wyłączeniu zasilania muszą się samoczynnie rozładować do energii poniżej 0,2 mJ (dla grupy I/IIA) lub nawet 0,06 mJ (dla IIB) / 0,02 mJ (IIC) zanim ktoś zdąży otworzyć obudowę. W praktyce montuje się rezystory rozładowujące na kondensatorach. Jako projektant dodaj do schematu odpowiednie rezystory, aby w ciągu kilkunastu sekund rozładować kondensatory do bezpiecznego poziomu. Jeśli z jakiegoś powodu nie możesz (np. bardzo duża pojemność, która potrzebuje minut na rozładowanie), wtedy urządzenie musi mieć na tabliczce ostrzeżenie “Nie otwierać przez X minut od wyłączenia”. Nikt nie lubi takich ograniczeń, więc lepiej zaprojektować układ tak, by rozładowywał kondensatory szybko automatycznie. Podobna kwestia – gorące elementy wewnątrz: jeżeli coś wewnątrz obudowy (co normalnie nie jest dotykane) może być bardzo gorące, to też trzeba albo uniemożliwić szybkie otwarcie obudowy, albo dać ostrzeżenie. Często stosuje się blokady pokrywy – np. pokrywę da się zdjąć dopiero po odkręceniu iluś śrub, co daje kondensatorom czas na zanik ładunku. Dodatkowo, gdy urządzenie ma np. baterie akumulatory, które mogą dać iskrę (przez zwarcie) lub emitować gazy, norma wymaga szczególnej uwagi (baterie w Ex d mogą podnieść ciśnienie wybuchu). Najlepiej unikać dużych baterii w urządzeniach do stref 0/20 – jeśli musisz je mieć, odsyłam do szczegółowych wymagań w normie.
• Prądy wirowe i błądzące – Duże urządzenia elektryczne (np. silniki wys. mocy) mogą indukować prądy w swoich obudowach czy osprzęcie. Norma ostrzega, że takie prądy mogą iskrzyć na łożyskach czy połączeniach śrubowych. Dlatego przy projektowaniu np. silnika Ex db warto przewidzieć dodatkowe połączenia wyrównawcze – tzw. bonding. Przykład: duży silnik klatkowy 100 kW w obudowie Ex d – podczas rozruchu w metalowej obudowie indukują się prądy, które potrafią płynąć przez łożyska. Jeśli łożyska nie są izolowane, może dojść do iskrzenia na styku bieżni i kulki (mikroskopijne, ale w metanie to wystarczy). Projektant w takim przypadku stosuje np. specjalne uziemiacze na wał albo izolowane łożyska, by prądy nie płynęły przez elementy mechaniczne. Podobnie z dużymi drzwiami i pokrywami – jeśli przez zawias płynie prąd i przy wibracjach zawias przerywa kontakt, mamy iskrzenie. Dlatego wszystkie połączenia metal–metal powinny być wykonane tak, by zapewnić ciągłość elektryczną (np. kilka śrub zamiast jednej, dodatkowe mostki uziemiające między pokrywą a kadłubem). Norma wspomina, że zabezpieczeniem mogą być dodatkowe śruby przewodzące lub linki uziemiające. Ważne też jest zabezpieczenie przed korozją – zardzewiałe połączenie śrubowe może stracić kontakt elektryczny i zacząć iskrzyć przy przepływie prądu. Zatem jeśli Twój projekt przewiduje przepływ prądów (choćby prądy zwarciowe przez obudowę), zadbaj o dobre połączenia galwaniczne wszystkich części i ochronę ich przed luzowaniem i rdzą.
• Ograniczenie promieniowania RF – W dobie urządzeń bezprzewodowych warto pamiętać, że silne nadajniki radiowe mogą podgrzać metalowe elementy (jak kuchenka mikrofalowa) lub powodować iskrzenie na niezaciskanych złączach. Norma 60079-0 ustanawia limity mocy RF emitowanej przez urządzenie pracujące w strefie Ex. Dla zakresu 9 kHz – 60 GHz podano progi mocy (np. ~6 W dla większości grup, ~2 W dla grupy IIC) powyżej których emisja wymaga oceny. Jeśli projektujesz urządzenie z modułem radiowym (Wi-Fi, LTE, nadajnik telemetryczny) – upewnij się, że albo moc nadajnika jest poniżej progów uznawanych za bezpieczne, albo że masz odpowiednie certyfikaty Ex dla części radiowej. W praktyce, większość małych nadajników (Bluetooth, WiFi) ma niewielką moc rzędu <0,1 W, więc nie stanowią problemu. Ale np. radiolinia 5 GHz łącząca urządzenia z mocą 10 W ERP mogłaby w teorii zapalić opary, nagrzewając metalową antenę. Projektując urządzenie Ex z komunikacją bezprzewodową, zawsze sprawdź wymagania co do oznakowania anteny i jej montażu – często certyfikat będzie określał, jaką antenę wolno zastosować i gdzie.

Podsumowując ten punkt: przeanalizuj każde możliwe źródło iskrzenia lub gorącej iskry w swoim urządzeniu elektrycznym. Od styków po kondensatory, od łożysk po anteny – wszędzie tam może kryć się zagrożenie zapłonem. Zastosuj odpowiednie środki: obwody iskrobezpieczne, obudowy ognioszczelne, zabezpieczenia temperaturowe, uziemienia – w zależności od potrzeb. Jeżeli coś potencjalnie pozostaje nie w pełni bezpieczne, pamiętaj o konieczności dodania ostrzeżeń i warunków w dokumentacji (choć lepiej tego unikać przez właściwe projektowanie).

Prawidłowe oznakowanie i komponenty Ex

Oznakowanie urządzenia Ex to nie tylko formalność, ale także podsumowanie najważniejszych cech bezpieczeństwa, jakie zapewniłeś w projekcie. Norma 60079-0 szczegółowo określa, co powinna zawierać tabliczka znamionowa urządzenia przeznaczonego do stref Ex. Jako projektant musisz znać te wymagania i przygotować odpowiednie oznaczenia oraz dokumentację techniczną, a także stosować właściwe certyfikowane komponenty podczas budowy urządzenia.

• Znakowanie zgodne z kategorią i rodzajem ochrony – Każde urządzenie musi być oznaczone symbolem grupy i kategorii (dla ATEX, np. II 2G – co oznacza urządzenie grupy II, kategoria 2, do strefy gazowej 1) oraz kodem Ex określającym zabezpieczenie. Przykładowe pełne oznaczenie: II 2G Ex db IIC T4 Gb. Co to znaczy? Rozbijmy:
  • II – grupa wybuchowości (II dla przemysłu powierzchniowego, I dla górnictwa),2G – kategoria urządzenia (2 do strefy 1 dla gazu; G oznacza gaz, D pył),Ex d – rodzaj ochrony (tutaj osłona ognioszczelna “d”; może być też np. Ex e dla wzmocnionej, Ex i dla iskrobezpiecznej, itd., możliwe kombinacje),b – poziom zabezpieczenia (EPL Gb odpowiada kategorii 2G, jest to dodatkowy symbol z IEC – w ATEX 2G i EPL Gb oznaczają w zasadzie to samo, ale zwykle podaje się EPL na końcu kodu),IIC – podgrupa gazu (IIC – gazy najbardziej wybuchowe, jak wodór, acetylen; IIB – pośrednie; IIA – najłagodniejsze),T4 – klasa temperaturowa (maks. 135°C powierzchni),Gb – EPL (Equipment Protection Level) jak wyżej, tutaj Gb czyli wysoki poziom ochrony w atmosferze gazowej.Czasem jeszcze jest Ta = -20°C...+50°C jeśli zakres temp. otoczenia odbiega od standardowego.Dla pyłów analogicznie może być np. II 2D Ex tb IIIC T120°C Db (obudowa pyłoszczelna “t”, na pyły przewodzące IIIC, max 120°C, EPL Db).
  Jako projektant musisz wiedzieć już na początku projektu, jaki docelowo kod Ex ma mieć Twoje urządzenie, bo od tego zależy wiele wymagań szczegółowych. Jeśli np. celem jest II 3G Ex nA IIC T3 Gc (urządzenie do strefy 2 o zabezpieczeniu nieiskrzącym), wymagania są nieco łagodniejsze niż dla II 2G Ex d IIC T3 Gb. Jednak spełnienie 60079-0 jest obowiązkowe dla wszystkich kategorii, więc nie ma drogi na skróty – ale np. dopuszczalne materiały obudowy są inne dla 3G (można więcej aluminium) niż dla 1G. Upewnij się, że dokumentacja (tabliczka, instrukcja) będzie zawierać wszystkie wymagane informacje:
  • pełny kod Ex,
  • nazwę i adres producenta,
  • model urządzenia,
  • numer certyfikatu (po uzyskaniu),
  • zakres temp. otoczenia, jeśli inny niż standard,
  • numer seryjny lub rok produkcji,
  • znak CE i numer jednostki notyfikowanej (dla ATEX),
  • ewentualne symbole “X” lub “U” (o nich niżej).
• Komponenty Ex i symbol „U” – Jeśli Twoje urządzenie korzysta z tzw. komponentów Ex (Ex Component), to znaczy elementów, które same nie są całym urządzeniem, ale mają certyfikat do użycia w urządzeniach Ex (oznaczane symbolem U na końcu certyfikatu), musisz uwzględnić ich ograniczenia. Przykładem komponentu Ex może być: płomyk (przepust ognioszczelny), nieuziemiona kostka zaciskowa Ex e, dioda przewlekana do obwodu iskrobezpiecznego – one często mają osobny certyfikat komponentu. Projektując, korzystaj z takich certyfikowanych komponentów, bo to ułatwia całą certyfikację urządzenia. Ale pamiętaj: komponent Ex ma zawsze określone warunki użycia – np. obudowa płomyka Ex d może wymagać, byś zamontował go w ściance o min. grubości X i dokręcił momentem Y. Albo zacisk Ex e jest certyfikowany na dany zakres przewodów i musisz tego przestrzegać. Symbol „U” oznacza, że komponent nie dostaje osobno znaku CE i nie działa sam – jego parametry muszą być wpisane w Twój projekt. W oznakowaniu finalnego urządzenia komponenty nie pojawiają się jako osobne kody (nie piszesz np. “Ex Component U”), ale w instrukcji musisz zawrzeć informację, jakie komponenty zostały użyte (zwykle w raporcie z badań to jest). Praktyczna rada: korzystaj z komponentów renomowanych firm, z aktualnymi certyfikatami na normy 60079-0:2018 – zaoszczędzi Ci to potencjalnych problemów przy ocenie zgodności.
• Certyfikaty i dokumentacja techniczna – Już na etapie projektu myśl o wymaganiach pod certyfikację. Norma 60079-0 wymaga sporządzenia dokumentacji zawierającej m.in.: wykaz materiałów (omówiony w punkcie 1), rysunki obudowy, schematy, wyniki obliczeń i analiz (np. cieplnych), a także instrukcję dla użytkownika. W instrukcji muszą znaleźć się wszelkie specjalne warunki bezpiecznego używania (tzw. symbol “X” na certyfikacie będzie oznaczał, że są takie warunki). Jako projektant najlepiej żebyś sam wiedział, czy Twoje urządzenie będzie potrzebowało „X”. Przykładowe warunki specjalne:
  • ograniczenie maksymalnej temperatury otoczenia (jeśli pracuje poprawnie tylko do +50°C, to użytkownik musi to wiedzieć),
  • konieczność okresowego czyszczenia z pyłu (np. co tydzień usuwać pył żeby nie przekroczyć 5 mm),
  • zakaz używania w pewnych mieszaninach (np. obudowa z aluminium – unikać atmosfer z pyłem rdzawym, bo uderzenie Al o rdzę daje iskrę termitową),
  • wymóg stosowania określonych osłon (np. osłony przeciwpromieniowe jeśli dotyczy),
  • informacja o dopuszczalnych luzach i wymianie elementów (np. „gdy uszczelka uszkodzona, wymienić tylko na oryginalną części nr…”). Tabliczka znamionowa zwykle nie pomieści tych opisów, tam jest tylko symbol „X” na końcu numeru certyfikatu. Szczegóły muszą być w dokumentacji. Dopilnuj, by wszelkie nietypowe aspekty Twojego projektu zostały w instrukcji uwzględnione.
• Przykład oznakowania i komponentów: Załóżmy, że projektujesz kamerę przemysłową do strefy 1 (gaz) i 21 (pył). Ma ona obudowę ognioszczelną Ex d z małym okienkiem ze szkła. Oznakowanie mogłoby być: II 2GD Ex db IIC T5 Gb Ex tb IIIC T100°C Db. Musisz na tabliczce zmieścić i część gazową, i pyłową (dla pyłów zamiast klasy T dajemy max °C). Jeśli okienko jest certyfikowanym komponentem (np. Ex d quartz window z cert. U), to integrujesz je zgodnie z wytycznymi – pewnie musi być wprasowane lub wkręcone z konkretnym klejem. W dokumentacji opisujesz ten montaż. Używasz też dławików kablowych z certyfikatem Ex (inaczej Twój produkt nie uzyska całościowego certyfikatu). Finalnie, na tabliczce kamery dajesz też znak CE, nr notyfikowanego laboratorium oraz np. “Prot. X” jeśli np. farba na obudowie jest grubsza i wymagasz, by użytkownik nie ustawiać kamery w strefie 0 (to tylko przykład). Każdy element, od śrub po uszczelki, który ma znaczenie Ex musi spełniać normy – stosuj atestowane podkładki, przepusty, itp. To sprawi, że przy certyfikacji nie będzie niespodzianek.

Podsumowując, oznaczenia Ex to “język”, którym urządzenie komunikuje światu swoje właściwości bezpieczeństwa. Projektant musi zadbać, by mówiło prawdę i kompletnie – i żeby pod tym kryła się rzeczywiście bezpieczna konstrukcja. Zawsze korzystaj z aktualnych wydań norm, czy Twoje przewidziane oznakowanie jest poprawne. Błędy w oznaczeniach lub brak jakiejś informacji to częsty powód opóźnień przy certyfikacji.

Wskazówki praktyczne dla projektanta

Po omówieniu wymagań normy i błędów, warto przedstawić kilka praktycznych porad, które ułatwią życie projektantowi urządzeń Ex i zwiększą szansę na bezproblemową certyfikację oraz bezpieczne działanie urządzenia w terenie:

• Uwzględnij serwis i konserwację już w projekcie – Urządzenia Ex często wymagają okresowych przeglądów (np. wymiany uszczelek co kilka lat, kontroli dławików). Projektuj tak, aby serwis był prosty i bezpieczny: np. zastosuj jednakowe śruby w całym urządzeniu (żeby serwisant nie pomylił); zrób czytelne oznaczenia na elementach wymiennych (uszczelka z kolorowym oznacznikiem, czy ma jeszcze dobrą elastyczność); zaprojektuj wnętrze tak, by dostęp do części zużywalnych nie wymagał rozbierania połowy urządzenia (im dłużej urządzenie otwarte w strefie bez zabezpieczenia, tym większe ryzyko). Dobra praktyka: twórz listy kontrolne dla serwisu – i pomyśl o nich już podczas projektowania. Jeśli np. wiesz, że iskiernik ochronny w obwodzie trzeba sprawdzać, to może wyprowadź go tak, by był widoczny z zewnątrz przez okienko kontrolne? Takie drobiazgi odróżniają średni projekt od świetnego.
• Testuj prototypy w realistycznych warunkach – Zanim wyślesz urządzenie do laboratorium na badania, zrób własne testy z punktu widzenia Ex. Oczyść pomieszczenie, wsyp trochę mąki do powietrza (jako pył) i zobacz, czy jakaś część urządzenia nie nagrzewa się nadmiernie (oczywiście nie podpalaj niczego! chodzi o symulację zabrudzenia pyłem). Potrzyj intensywnie obudowę szmatką – czy nie czujesz wyładowania? Puść urządzenie w komorze do -20°C i +60°C i sprawdź, czy obudowa nie pęknie, a parametry trzymają. Uderz w różne miejsca młotkiem o znanej energii (zgodnie z normą) – lepiej sam wykryj słaby punkt obudowy niż żeby miał to zrobić audytor przy świadkach. Weź prototyp do zakładu (oczywiście w bezpieczne miejsce) i pokaż doświadczonemu inżynierowi utrzymania ruchu – zapytaj, co by się zepsuło po roku wg niego. Taki feedback może ujawnić np. „tu to się olej będzie zbierał i uszczelka spuchnie”. Lepiej przerobić projekt wcześniej niż później walczyć z awariami u klienta.
• Współpracuj z jednostką certyfikującą od początku – Certyfikacja Ex (ATEX/IECEx) to złożony proces. Dobrą praktyką jest skontaktowanie się z wybraną jednostką (np. laboratorium Ex) już na etapie projektu koncepcyjnego. Możesz przedstawić im wstępny projekt i zapytać o najbardziej newralgiczne kwestie. Często eksperci z laboratorium podpowiedzą: „lepiej zrób tutaj inny materiał, bo ten test może nie przejść” albo zwrócą uwagę na nowinki w normach. To inwestycja, która się zwraca – unikniesz dzięki temu wielu iteracji. Pamiętaj, że normy czasem się interpretują – a laboratoria mają Interpretation Sheets do norm. Konsultacja u źródła pozwoli Ci projektować pod certyfikat, a nie „a potem się zobaczy”.
• Patrz na całokształt instalacji, nie tylko pojedyncze urządzenie – Chociaż jako konstruktor skupiasz się na swoim urządzeniu, miej świadomość, że będzie ono częścią większej całości w strefie Ex. Pomyśl o tym, jak będzie montowane i używane. Czy użytkownik będzie musiał wkładać baterie? Jeśli tak, to może dodaj wyłącznik bezpieczeństwa, żeby nie można było ich wymienić pod napięciem. Czy urządzenie będzie łączone z innym? Może warto przewidzieć ujednolicony interfejs kablowy, żeby nie kombinowano prowizorek w polu. Ułatw instalatorom życie – np. dodając drugi dławik zapasowy (zaślepiony) do przyszłego dopięcia kolejnego przewodu, zamiast żeby na obiekcie ktoś wiercił nowy otwór (co jest zabronione bez re-certyfikacji!). Im bardziej przyjazny w użyciu będzie Twój projekt, tym mniejsze ryzyko, że ktoś zrobi przy nim coś niebezpiecznego.
• Zwracaj uwagę na szczegóły wykonania – Przy gotowym produkcie, drobiazgi potrafią zadecydować o zgodności. Np. chropowatość powierzchni na spoinach płomieniowych Ex d – norma wymaga by nie przekraczała określonej wartości (zwykle 6,3 μm Ra). Jeśli nie dopilnujesz tego w rysunkach i wykonaniu, może się okazać, że seria obudów ma za szorstkie powierzchnie styku i nie spełnia normy (iskra może przejść). Albo np. materiały uszczelek – muszą wytrzymać przewidywane temperatury i nie reagować z atmosferą. Upewnij się, że używasz właściwych gatunków gum (np. VMQ do niskich temp, FKM do wyższych, itp.) i że to jest udokumentowane. W Ex często diabeł tkwi w szczegółach – dlatego tak ważne jest prowadzenie listy materiałowej i specyfikacji dla każdej części.

Korzystanie z norm uzupełniających i doświadczeń

Na koniec, pamiętaj że EN IEC 60079-0 to dopiero początek. To ogólne wymagania, ale w praktyce projektowania Ex korzysta się z wielu innych norm zharmonizowanych z ATEX i źródeł wiedzy:

• Inne części serii 60079 i 80079 – W zależności od typu ochrony urządzenia, obowiązują Cię szczegółowe wymagania: np. jeśli robisz obudowę ognioszczelną, musisz spełnić normę EN 60079-1, dla zwiększonego bezpieczeństwa 60079-7, dla obwodów iskrobezpiecznych 60079-11, dla ochrony przed pyłem przez obudowę 60079-31, itd. Dla urządzeń nieelektrycznych (mechanicznych), które również mogą być źródłem zapłonu, istnieją normy EN ISO 80079-36 i 80079-37 – one mają zastosowanie np. do pomp, przekładni, wentylatorów w strefach Ex. Jeżeli Twój wyrób zawiera części mechaniczne mogące iskrzyć czy się nagrzać, warto do nich zajrzeć. Przykład: projektując mechaniczny mieszalnik do strefy Ex, musisz patrzeć nie tylko na 60079-0, ale i na 80079-36, która mówi np. o maksymalnych luzach łożysk (żeby wirnik nie ocierał o obudowę, bo iskry).
• Normy instalacyjne i użytkowania – Choć możesz nie zajmować się instalacją, warto znać wytyczne norm EN 60079-14 (projektowanie instalacji i montaż) oraz 60079-17 (konserwacja). Dowiesz się z nich np., jakie uprawnienia musi mieć osoba otwierająca Twoje urządzenie, w jaki sposób robi się próby szczelności, jak często kontroluje się sprzęt w strefach. Ta wiedza pozwoli Ci dostosować projekt, by ułatwić te czynności. Przykładowo z normy instalacyjnej wynika, że w strefie 0 nie wolno stosować obudów z aluminium – Ty już to wiesz i nie zaprojektujesz takowej.
• Doświadczenia z pola (feedback) – Jeżeli masz dostęp do użytkowników końcowych lub inżynierów zajmujących się Ex w zakładach, warto zbierać ich opinie. Często drobna uwaga z fabryki („Te osłony plastikowe to nam pękają w zimie”) może Ci wskazać, co poprawić. Dobrze jest też analizować raporty z awarii i wypadków (publikacje, bazy danych HSE itp.). Uczysz się wtedy, jakich błędów naprawdę dopuszczono się w przeszłości. Np. znany przypadek: eksplozja na stacji paliw, bo oprawa Ex e miała pękniętą uszczelkę – woda się dostała, korozja, iskrzenie… Taka historia daje do myślenia, by np. dodać czujnik wilgoci do ważnych szaf Ex, który ostrzeże zanim będzie za późno.
• Szkolenia i literatura – Dziedzina Ex ciągle się rozwija. Warto uczestniczyć w szkoleniach, konferencjach i czytać literaturę branżową. Nowe wydania norm, nowe interpretacje – to wszystko może wpływać na Twój kolejny projekt. Upewnij się, że masz aktualne wydanie normy (EN IEC 60079-0:2018 to najnowsza na moment pisania, ale za kilka lat może być kolejna edycja). Śledź też stronę IECEx oraz wytyczne tzw. „Ignition Risk Assessment” dla urządzeń.

Na zakończenie: projektowanie urządzeń do stref zagrożonych wybuchem to odpowiedzialne zadanie, ale też satysfakcjonujące, gdy widzisz jak Twój wyrób pracuje bezpiecznie w trudnych warunkach. Kluczem jest świadomość zagrożeń i dokładne stosowanie się do norm – a EN IEC 60079-0 jest fundamentem, na którym opierasz cały projekt. Trzymając się opisanych wyżej zasad, zwracając uwagę na detale i unikając typowych błędów, masz dużą szansę stworzyć urządzenie, które pomyślnie przejdzie proces certyfikacji i będzie bezawaryjnie służyć użytkownikom przez lata w atmosferach Ex. Powodzenia w projektowaniu – niech iskry będą dla Ciebie tylko synonimem dobrej pracy zespołu, a nie zagrożeniem w urządzeniu!

FAQ: EN IEC 60079-0:2018

analiza ryzyka automatyka przemysłowa automatyzacja procesów produkcyjnych automatyzacja produkcji bezpieczeństwo maszyn dokumentacja techniczna dyrektywa ATEX dyrektywa EMC dyrektywa LVD dyrektywa maszynowa 2006/42/WE Instrukcja obsługi integrator automatyki przemysłowej maszyna nieukończona normy zharmonizowane oznakowanie CE Performence level projektowanie maszyn rozporządzenie w sprawie maszyn 2023/1230 zarządzanie projektami Znak CE