Artırılmış emniyet (Ex e): kıvılcım, ark ve sıcak noktaların önlenmesi

Artırılmış emniyet (Ex e), ekipmanın ne normal çalışmada ne de standardın dikkate aldığı aşırı yüklerde ark, kıvılcım veya aşırı sıcaklık üretmemesini sağlayarak tutuşmayı önleyen bir koruma tipidir. Bunu ek tasarım önlemleriyle yapar: gevşeyemeyen klemensler, geniş yüzeysel kaçak mesafeleri ve hava aralıkları, çıplak gerilimli kısımların çevresinde en az IP54 muhafazalar ve ihtiyatlı sıcaklık sınırları. Bu nedenle Ex e yalnızca klemens kutuları, sincap kafesli asenkron motorlar, aydınlatma armatürleri ve ısıtıcılar gibi normal çalışmada kıvılcım üretmeyen ekipmana uygundur.

Bu yazı ilkeyi, klemensler ve mesafelere ilişkin kuralları, motorların IA/IN oranı ve tE süresiyle nasıl korunduğunu, Ex eb ile Ex ec arasındaki farkı ve klemens yüklemesinin sıcaklık sınıfı içinde kalması için buatların nasıl derecelendirildiğini açıklar.

Temel noktalar

• Ex e bir önleme yöntemidir: alev yolu ve içeride tutma yoktur; bu nedenle gaz muhafazanın içine girebilir ve tasarım, içeride hiçbir zaman bir tutuşturma kaynağı bulunmamasını sağlamalıdır.
• IEC 60079-7 iki seviye tanımlar: eb (EPL Gb veya Mb, Bölge 1 için) ve ec (EPL Gc, Bölge 2 için); ec, 2015'te eski "nA" kıvılcım çıkarmayan koruma tipinin yerini almıştır.
• Saha kablolama klemenslerinde yüzeysel kaçak mesafesi ve hava aralığı eb için en az 3 mm, ec için en az 1,5 mm olmalıdır; gerilim yükseldikçe ve yalıtımın iz oluşturma direnci (CTI) düştükçe bu değerler büyür.
• Çıplak gerilimli kısımlar içeren muhafazalar en az IP54, yalnızca yalıtılmış gerilimli kısımlar içeren muhafazalar en az IP44 sağlamalıdır.
• Aşırı yük rölesine dayanan bir Ex eb motor, rotor kilitlenirse tE süresi içinde devreden çıkarılmalıdır; tE 5 s'den az olamaz ve kalkış akımı oranı IA/IN 10'u aşamaz.
• Bir Ex e buat, maksimum harcanan güç ile veya izin verilen iletkenler ve akımlar tablosu ile derecelendirilir; bunun aşılması, her klemens doğru sıkılmış olsa bile buatı sıcaklık sınıfının dışına taşıyabilir.

İlke: kıvılcım yok, sıcak nokta yok

Elektriksel tutuşturma kaynakları esas olarak yük altında açılan kontaklardan, gevşeyip ark yapan bağlantılardan ve aşırı ısınan iletkenler veya sargılardan kaynaklanır. Alev sızdırmaz muhafaza bunları kabul edip sonucunu içeride tutar; artırılmış emniyet ise bunları kaynağında ortadan kaldırır. Uygulamada bunun anlamı şudur:

• Titreşime, sıcaklık çevrimlerine ve çok telli iletkenlere rağmen sıkı kalan bağlantılar.
• İz oluşturmayı (tracking) veya atlamayı (flashover) olası olmaktan çıkaran yalıtım mesafeleri ve malzemeleri.
• Bu mesafeleri köprüleyebilecek toz ve suyu dışarıda tutan giriş koruması.
• Kilitli rotorlu bir motor gibi belirtilen aşırı yükler dahil, hem sıcaklık sınıfının hem de yalıtımın dayanımının altında kalan sıcaklık sınırları.

Bir kontaktör, anahtar veya fırçalı motor her çalıştığında kıvılcım üretir, bu nedenle Ex e olamaz. Bu tür parçalar alev sızdırmaz bir bölmeye konur ve kablolar bir Ex e klemens bölmesinde bağlanır: birleşik koruma yöntemleri yazısında anlatılan tanıdık Ex db eb birleşimi.

Tipik Ex e ekipman arasında klemens kutuları ve buatlar, sincap kafesli asenkron motorlar, aydınlatma armatürleri, rezistanslı ısıtıcılar, bazı cihazlar ve transformatörler ile aküler bulunur.

Klemensler ve bağlantılar

Gevşek bir vida, bir klemens kutusunun tutuşturma kaynağına dönüşmesinin klasik yoludur: temas direnci artar, bağlantı ısınır ve oksitlenir ve sonunda ark yapar. Bu nedenle IEC 60079-7 özetle her bağlantının şunları sağlamasını ister:

• iletkeni, vida sıkılırken veya sonrasında kayıp çıkamayacak şekilde tutmak;
• çalışma sırasında gevşemeyi önleyen bir araç içermek;
• yalıtım malzemesinin şeklini korumasına bağlı olmayan pozitif bir temas kuvveti uygulamak (dar istisnalarla);
• bunun için tasarlanıp değerlendirilmemişse bir sıkıştırma noktasına birden fazla iletken almamak;
• çok telli iletkenleri korumak ve sıkıştırma kuvvetini yaymak, böylece teller kesilmez veya kenara itilmez;
• üretici tarafından belirtilmiş bir sıkma torkuna sahip olmak;
• ince çok telli iletkenlerle kullanılan vidasız klemenslerde, tellerin hasar görmemesi için kablo yüksüğü gerektirmek veya sıkıştırma elemanını açmanın bir yolunu sağlamak.

Raya monte Ex e klemensler genellikle Ex bileşeni (Ex Component) olarak sertifikalandırılır (sertifika numarası "U" son ekli). eb seviyesi için iletken barası, anma akımının %110'unda 40 K'den fazla ısınmamalıdır, ancak bu açık havadaki tek bir klemens için geçerlidir; kalabalık bir muhafazada izin verilen akım daha düşüktür ve buatların kendi derecelendirmesinin olmasının nedeni budur (aşağıya bakın). Alüminyum iletkenler normalde bimetal bağlantı elemanlarıyla bağlanır, çünkü oksidasyon önleyici bileşikler yüzeysel kaçak mesafelerini bozabilir.

Yüzeysel kaçak mesafeleri ve hava aralıkları

Farklı potansiyeldeki kısımlar arasında delinmeye karşı iki mesafe koruma sağlar:

• Hava aralığı (clearance), hava üzerinden en kısa mesafedir. Çok küçükse bir gerilim darbesi atlama yapar.
• Yüzeysel kaçak mesafesi (creepage distance), yalıtım yüzeyi boyunca en kısa mesafedir. Çok küçükse nem ve kir, yüzeyi yavaş yavaş karbonlaştırarak sonunda arızaya yol açan iletken bir iz oluşturur.

Gerekli yüzeysel kaçak mesafesi, çalışma gerilimine ve yalıtım malzemesinin karşılaştırmalı iz oluşturma indeksine (CTI) bağlıdır; IEC 60079-7 bunu IEC 60664-1 ile aynı şekilde gruplar:

Cam ve seramik iz oluşturmaz ve grup I sayılır. IEC 60079-7, IIIb malzeme grubu için eb yüzeysel kaçak değeri vermez, bu nedenle bu grup eb için kullanılmaz; CTI yalnızca 10 V ve altında önemsizdir.

Aşağıdaki tablo IEC 60079-7'den (2015 baskısı) seçilmiş minimum değerleri gösterir. Standart, çalışma geriliminin tablo gerilimini 1,1 katına kadar aşmasına izin verir; bu nedenle 440 V ekipman 400 V satırını, 690 V ekipman 630 V satırını kullanır.

Saha kablolama klemensleri için minimum değer, tablo daha küçük bir değer verse bile hiçbir zaman 3 mm'nin (eb) veya 1,5 mm'nin (ec) altında değildir. ec değerleri şebeke devrelerine ve yalıtılmış devreler arasına uygulanır; baskılı devre kartlarına monte bileşenlere uygulanmaz. Mesafeler iletken takılıyken ve takılı değilken kontrol edilir, çünkü sıkıştırma elemanı tamamen açık bir klemens en kötü durum olabilir.

Nervürler ve oluklar yalnızca yeterince büyükse hesaba katılır: eb için en az 2,5 mm yüksekliğinde nervürler ve en az 2,5 mm derinliğinde ve genişliğinde oluklar; ec için 1,5 mm. Sertifikalı mesafeler ayrıca iletkenin belirtildiği gibi takıldığını varsayar: sıkıştırma elemanının dışında kalan bir tel veya fazla geriye soyulmuş yalıtım, komşu klemense olan hava aralığını sertifikalı değerin altına düşürebilir.

Sıcaklık sınırları

Tüm Ex e ekipmana iki sıcaklık kuralı uygulanır:

1. Gazın ulaşabildiği hiçbir yüzey, iç yüzeyler dahil, işaretlenen sıcaklık sınıfının maksimum yüzey sıcaklığını aşamaz. Bkz. T1 ile T6 arası sıcaklık sınıfları.
2. Hiçbir yalıtım malzemesi, ısıl dayanımının izin verdiği sıcaklığı aşamaz.

Sargılar için ikinci kural endüstriyel uygulamadakinden daha sıkıdır. eb makinedeki 155 (F) ısıl sınıfı yalıtımlı bir sargı, çalışmada 130 °C ile (direnç yöntemi), rotor kilitliyken tE süresinin sonunda ise 210 °C ile sınırlıdır.

Motorlar: IA/IN oranı ve tE süresi

Sincap kafesli asenkron motorun fırçası ve kontağı yoktur; riski ısıdır. Rotor kilitlenirse (sıkışmış bir pompa, takılmış bir konveyör), motor tam kalkış akımını sürekli çeker ve rotor çubukları veya sargı hızla gazın tutuşma sıcaklığına ulaşabilir ya da yalıtıma zarar verebilir. IEC 60079-7 bunu, akıma bağlı bir cihazla korunan Ex eb motorlar üzerinde işaretlenen iki değerle ele alır:

• IA/IN, ilk kalkış akımının anma akımına oranı.
• tE, kalkış akımı IA'yı taşıyan rotor veya stator sargısının, maksimum ortam sıcaklığında anma çalışmasındaki sıcaklığından sınır sıcaklığa kadar ısınması için geçen süre. Sınır sıcaklık, sıcaklık sınıfı sınırı ile yalıtımın belirlediği sınırdan düşük olanıdır.

Kurallar

• Korumayı akıma bağlı bir cihaz (örneğin termik aşırı yük rölesi) sağladığında, tE en az standardın eğrisinde motorun IA/IN değeri için gösterilen minimum değer kadarsa, kilitli rotorlu bir motor genel olarak zamanında devreden çıkarılabilir. Aşırı yük rölesi ayar değerinin yüksek katlarında daha hızlı açtığından eğri, IA/IN = 3'te yaklaşık 20 s'den IA/IN = 7 ve üzerinde 5 s'ye düşer. Eğrinin altında kalan bir tE, ancak uygun bir koruma cihazı belirtilmiş ve etkinliği deneyle gösterilmişse kabul edilir ve tE hiçbir durumda 5 s'den az olamaz.
• IA/IN 10'u aşamaz.
• Aşırı yük cihazı kilitli rotorlu bir motoru tE süresi içinde devreden çıkarmalıdır. Kullanıcı, cihazın soğuk durumdan (20 °C ortam) en az 3 ile 8 arası IA/IN için açma süresini veren zaman-akım eğrisine sahip olmalıdır; gerçek açma süreleri eğrinin %20'si içinde olmalıdır.
• Doğru seçilmiş bir rölenin motor anma hızına ulaşmadan açacağı ağır kalkışlı motorlar başka bir koruma gerektirir. Standart, bunun genellikle kalkış süresi tE'nin 1,7 katını aştığında ortaya çıktığını belirtir.
• Motor, ilişkili bir emniyet cihazıyla birlikte sargıya gömülü sıcaklık sensörleriyle (faz başına en az bir sensör) korunuyorsa tE'nin belirlenmesi ve işaretlenmesi gerekmez, ancak IA/IN yine gereklidir.
• Frekans konvertöründen beslenen motorlar o konvertörle veya benzeriyle deneyden geçirilmelidir, çünkü harmonikler ve düşük hızda çalışma ısınmayı değiştirir.

Hava aralığı ve rotor kıvılcımlanması

Ex e motorlar, rotor çapı ve hızla büyüyen bir formülden elde edilen minimum radyal hava aralığına ihtiyaç duyar. Makineler ayrıca kafes yapısı ve gerilim gibi risk faktörleri kullanılarak kalkışta hava aralığı kıvılcımlanması açısından değerlendirilir (ec için yalnızca belirli görev tiplerindeki daha büyük makineler bu değerlendirmeyi gerektirir). Risk çok yüksekse motor patlayıcı bir karışım içinde kalkış deneyinden geçmeli, yalnızca gazsız olduğu gösterildiğinde (örneğin kalkış öncesi havalandırmadan sonra) çalıştırılmalı veya kalkış akımı anma akımının %300'ü ile sınırlandırılmalıdır.

Uygulama örneği: aşırı yük rölesinin kontrolü

Ex eb IIB T3 Gb işaretli bir pompa motorunun işaret ve verileri şöyledir: IA/IN = 7,0, tE = 9 s. Devreye almada pompa yüküyle ölçülen kalkış süresi 4 s'dir.

1. Minimum tE. IA/IN = 7 için standardın eğrisi 5 s verir; tE = 9 s eğrinin üzerinde kalır ve akıma bağlı bir cihazla korumaya uygundur.
2. Röle eğrisi. Aşırı yük rölesinin zaman-akım eğrisi, ayar akımının 7 katında soğuk durumdan 7 s açma süresi verir ve toleransı %20'dir. Bu nedenle en kötü durum 8,4 s'dir.
3. tE ile karşılaştırma. 8,4 s, 9 s'den küçüktür; bu nedenle kilitli rotorlu bir motor sınır sıcaklığa ulaşılmadan devreden çıkarılır.
4. Kalkış. 4 s'lik kalkış süresi röle açma süresinin oldukça altındadır, bu nedenle motor gereksiz açmalar olmadan kalkar. Ayrıca 1,7 × tE (15,3 s) değerinin de oldukça altındadır; dolayısıyla bu ağır bir kalkış değildir.
5. Ayar. Röle, "açmasın diye" daha yüksek bir değere değil, motorun anma akımına ayarlanır. Daha yüksek bir ayar eğrinin tamamını kaydırır ve kilitli rotorda açma süresini tE'den uzun hale getirebilir.

Röle eğrisi IA/IN = 7'de 11 s verseydi, motor yıllarca normal çalışsa bile bu düzen kabul edilemezdi.

Ex eb ile Ex ec

IEC 60079-7'nin 2015 baskısından bu yana artırılmış emniyetin iki koruma seviyesi vardır. Eski "e" işareti "eb" olmuş, IEC 60079-15'teki eski kıvılcım çıkarmayan "nA" tipi ise "ec" olmuştur. Aşağıdaki karşılaştırma başlıca farkları özetler.

Mantık her EPL'de olduğu gibidir: eb, olağan beklenen arızalarda da güvenli kalmalıdır; ec ise yalnızca normal çalışmada. ec motor, gaz bulutu içinde kilitli rotor durumu için tasarlanmamıştır ve standart, bir gaz salımı ile motor kalkışının birlikte gerçekleşebileceği yerlerde ec motorların genellikle uygun olmadığını belirtir. Bölge 2 ekipmanı hakkında daha fazlası için bkz. Ex ec, Ex nA ve Ex nR.

Buatlar ve klemens yüklemesi

Boş bir buat ısı üretmez. Isı, klemenslerdeki ve her şeyden önce içerideki kablolardaki akımdan gelir; bu nedenle sıcaklık sınıfı, içeriye neyin monte edildiğine bağlıdır. Bu yüzden IEC 60079-7, genel amaçlı buatlara iki biçimden birinde derecelendirme verir:

• Maksimum harcanan güç yöntemi. En kötü durumdaki klemensle yapılan deneyler, buatın sıcaklık sınıfı içinde harcayabileceği toplam gücü verir. Çalışmada her devrenin gücü, akımından ve klemensin (Ex bileşen sertifikasından) ve iletkenin (uzunluğu buatın iç köşegeninin yarısı alınarak) 20 °C'deki direncinden hesaplanır; toplam, derecelendirme değerini aşmamalıdır.
• Tanımlı düzen yöntemi. Üretici belirli bir buat boyutu için bir tablo verir: her iletken kesiti ve akım için maksimum iletken sayısı. Karışık yükler, izin verilen her miktarın kullanılan oranları toplanarak birleştirilir; toplam %100'ü aşmamalıdır.

Çözümlü örnek: bir buatın kullanım oranı

Belirli bir Ex eb IIC T6 Gb buat için üreticinin yükleme tablosu (buradaki rakamlar açıklama amaçlıdır, gerçek bir sertifikadan alınmamıştır) diğer kombinasyonların yanı sıra şunlara izin verir:

Planlanan tesisat şöyledir:

%85'te buat T6 içinde kalır. 16 A'de altı adet daha 4 mm² iletken %30 ekleyerek toplamı %115'e çıkarır: bu durumda yükün bölünmesi, daha büyük bir buat kullanılması veya sertifika izin veriyorsa daha düşük bir sıcaklık sınıfının kabul edilmesi gerekir. Sayma kuralları (iç köprüler, topraklama iletkenleri) her tabloyla birlikte belirtilir.

Ex e klemens kutuları için pratik kurallar

• Yalnızca buat sertifikasında listelenen klemensleri, izin verilen sayıda ve düzende kullanın.
• Klemens iki iletken için sertifikalı değilse her sıkıştırma noktasına bir iletken; köprüleme için üreticinin aksesuarlarını kullanın.
• Kullanılmayan klemensler dahil tüm klemens vidalarını belirtilen torkla sıkın.
• Soyulmuş uzunluğu klemens içinde tutun; sıkıştırma elemanının dışında çıplak iletken görünmemelidir.
• Muhafazanın IP derecesini koruyan ve koruma tipi için sertifikalı kablo rakorları ve kör tapalar kullanın. Bkz. tehlikeli bölgeler için kablo rakorları.
• Sertifika kapsamıyorsa bir Ex e kutusuna bileşen (röle, sigorta, elektronik) eklemeyin.

Muhafazalar ve giriş koruması

Ex e temiz yalıtıma dayandığından muhafaza önemlidir. IEC 60079-7, çıplak gerilimli kısımlar içeren muhafazalar için en az IP54, tüm gerilimli kısımların yalıtılmış olduğu durumlarda IP44 ister. Grup II ekipmanda drenaj delikleri veya havalandırma açıklıkları bu değeri düşürebilir, ancak sırasıyla IP44 ve IP24'ün altına düşüremez ve bu durumda sertifika koşulları belirten bir "X" taşır. Sincap kafesli motorun rotor çubukları ve kısa devre halkaları çıplak gerilimli kısım sayılmaz.

Bu nedenle Ex e'de çatlak bir kapak, eksik bir conta veya açık bir rakor girişi yalnızca bir düzen meselesi değildir: yüzeysel kaçak mesafelerinin dayandığı koşullardan birini ortadan kaldırır.

Sık yapılan hatalar

• Ex e kutuya anahtar veya kontaktör koymak. Normal çalışmada kıvılcım üreten her şey kendi korumasını gerektirir; bu normalde Ex e klemens bölmeli Ex d'dir.
• Bir sıkıştırma elemanının altında iki iletken. Klemens bunun için sertifikalı değilse ikinci iletken güvenilir biçimde tutulmaz. Doğru boyutta bir klemens veya sertifikalı bir köprü kullanın.
• Buatı "klemensler sığıyor" diye doldurmak. Sıcaklık sınıfı toplam yüklemeye bağlıdır; bunu derecelendirme tablosuna veya harcanan güce göre kontrol edin.
• Gereksiz açmaları önlemek için motor aşırı yük rölesini yüksek ayarlamak. Bu, kilitli rotorda açma süresini tE'den uzun hale getirebilir. Bunun yerine kalkış koşullarını inceleyin.
• Değişiklikten sonra IP derecesini göz ardı etmek. Sertifikalı rakor takılmamış delinmiş bir giriş veya hasarlı bir conta, yüzeysel kaçak mesafelerinin dayandığı korumayı azaltır.
• ec'yi eb ile birbirinin yerine kullanılabilir saymak. ec motor veya buat EPL Gc'dir ve yalnızca Bölge 2'ye aittir.

Sık sorulan sorular

Etikette Ex e ne anlama gelir?

e, IEC 60079-7'ye göre artırılmış emniyetin sembolüdür. Güncel ekipman seviyeyi eb (EPL Gb, Bölge 1'e uygun) veya ec (EPL Gc, Bölge 2) olarak gösterir; örneğin Ex eb IIC T6 Gb. Yalnızca e ile işaretlenmiş eski ekipman 2015 öncesi baskılara göre yapılmıştır ve bugünkü eb'ye karşılık gelir.

Ex e motorun tE süresi nedir?

tE, kalkış akımını taşıyan ve rotoru kilitli bir sargının, maksimum ortam sıcaklığındaki tam yük çalışma sıcaklığından sınır sıcaklığa kadar ısınması için geçen, saniye cinsinden süredir. Motorun koruma cihazı kilitli rotorlu bir motoru tE dolmadan devreden çıkarmalıdır. tE, kalkış akımı oranı IA/IN ile birlikte motor üzerinde işaretlenir.

Ex e muhafaza Bölge 1'de kullanılabilir mi?

Evet, Ex eb (EPL Gb) ise. Ex ec ekipman EPL Gc'dir ve Bölge 2 ile sınırlıdır. Her iki durumda da muhafaza yalnızca normal çalışmada kıvılcım üretmeyen veya aşırı ısınmayan bileşenler içermeli ve sertifikalı IP derecesini korumalıdır.

Yüzeysel kaçak mesafesi ile hava aralığı arasındaki fark nedir?

Hava aralığı, iki iletken kısım arasında hava üzerinden en kısa mesafedir; yüzeysel kaçak mesafesi ise aralarındaki yalıtım yüzeyi boyunca en kısa mesafedir. Hava aralığı atlamaya karşı, yüzeysel kaçak mesafesi kirlenmiş yüzeylerde iz oluşumuna karşı korur. Ex e, gerilime ve yalıtım malzemesine bağlı olarak her ikisi için de minimum değerler belirler.

Motor için Ex e mi daha iyi, Ex d mi?

Genel olarak hiçbiri daha iyi değildir. Ex eb motorlar daha hafiftir ve bakımları daha kolaydır, ancak doğru koordine edilmiş aşırı yük koruması gerektirir; tE ve IA/IN değerleri de bazı uygulamaları sınırlar. Alev sızdırmaz motorlar ağır kalkışı tolere eder ve iç arızaları içeride tutar, ancak alev yollarının özenli bakımını gerektirir. Bkz. Ex d mi Ex e mi.

excodex'te ilgili yazılar

• Bir bakışta Ex koruma yöntemleri
• Alev sızdırmaz muhafazalar (Ex d)
• Ex d mi Ex e mi? Motorlar ve buatlar için seçim
• Birleşik koruma yöntemleri: Ex db eb
• Ex ec, Ex nA ve Ex nR: Bölge 2 için koruma
• Araçlar: Ex işaret kontrolü, forum, standart alanları IEC 60079-7 ve IEC 60079-14

Standartlar ve ek kaynaklar

• IEC 60079-7, Patlayıcı ortamlar: artırılmış emniyet "e" ile ekipman koruması (5.1 baskı, 2015, 2017 tarihli 1 numaralı tadil ile; altıncı baskı hazırlık aşamasında).
• IEC 60079-0, Ex ekipman için genel gereklilikler.
• IEC 60079-14, elektrik tesisatlarının tasarımı, seçimi ve montajı (altıncı baskı, 2024).
• IEC 60079-17, elektrik tesisatlarının muayenesi ve bakımı.
• IEC 60664-1, alçak gerilim ekipmanı için yalıtım koordinasyonu (malzeme grupları ve CTI).
• IEC 60034-1, döner elektrik makineleri: anma değerleri ve performans (S1 ile S10 arası görev tipleri).
• IEC webstore, IEC 60079-7:2015+AMD1:2017 birleştirilmiş sürüm, özet ve kapsam: webstore.iec.ch
• Önemli değişiklikler tablosuyla IEC 60079-14:2024 ön izlemesi: cdn.standards.iteh.ai

Bu yazı excodex editör ekibinin hazırladığı genel teknik bilgidir. Geçerli standartların, ekipman sertifikalarının ve talimatlarının, ulusal mevzuatın veya yetkin bir kişinin değerlendirmesinin yerini tutmaz.