CC BY
0
СТАТЬИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ
БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
DOI - 10.32743/UniTech.2024.129.12.18848
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ С ПОМОЩЬЮ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Калус Константин Яковлевич
Создатель и основной бенефициар компании Энергия,
Украина, г. Киев E-mail: kalusnrg@gmail. com
IMPROVING THE SAFETY OF INDUSTRIAL ENTERPRISES WITH EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MOTORS AND ELECTRICAL SYSTEMS
Kostiantyn Kalus
The founder and main beneficiary of the company Energy,
Kiev, Ukraine
АННОТАЦИЯ
Повышение безопасности промышленных предприятий с использованием взрывобезопасных электродвигателей и электрических систем направлено на минимизацию рисков, связанных с возникновением аварийных ситуаций и взрывов в опасных средах. Основной целью работы является анализ эффективности применения взрывобезопасных технологий на предприятиях различных отраслей, таких как нефтегазовая, химическая и горнодобывающая промышленность. Методология исследования включает сравнительный анализ традиционных и взрывобезопасных систем, оценку рисков и изучение международных стандартов, таких как ATEX и IECEx. Результаты показывают, что внедрение взрывобезопасных решений снижает количество аварий, повышает эксплуатационную надежность оборудования и уменьшает частоту отказов. В заключении подчеркивается, что инвестиции в взрывобезопасные технологии оправданы благодаря долгосрочному снижению операционных затрат и увеличению безопасности производственных процессов.
ABSTRACT
Improving the safety of industrial enterprises using explosion-proof electric motors and electrical systems is aimed at minimizing the risks associated with the occurrence of emergencies and explosions in hazardous environments. The main purpose of the work is to analyze the effectiveness of the use of explosion-proof technologies in enterprises of various industries, such as oil and gas, chemical and mining industries. The research methodology includes a comparative analysis of traditional and explosion-proof systems, risk assessment and the study of international standards such as ATEX and IECEx. The results show that the implementation of explosion-proof solutions reduces the number of accidents, increases the operational reliability of equipment and reduces the failure rate. In conclusion, it is emphasized that investments in explosion-proof technologies are justified due to a long-term reduction in operating costs and an increase in the safety of production processes.
Ключевые слова: взрывобезопасные электродвигатели, безопасность, промышленные предприятия, ATEX, IECEx, эксплуатационная надежность.
Keywords: explosion-proof electric motors, safety, industrial enterprises, ATEX, IECEx, operational reliability.
Введение
С развитием промышленного производства и увеличением масштабов использования опасных веществ на предприятиях, вопрос обеспечения безопасности становится приоритетным направлением в технологическом развитии. Промышленные
объекты, особенно в таких отраслях, как нефтегазовая, химическая и горнодобывающая, подвержены рискам взрывов и аварий, вызванных утечками газа, перегревом оборудования или возникновением искр. В таких условиях необходимы специальные меры, направленные на предотвращение аварий и минимизацию последствий взрывов. Одним из ключевых
Библиографическое описание: Калус К.Я. ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ С ПОМОЩЬЮ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 12(129). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18848
решений является использование взрывобезопасных электродвигателей и электрических систем, которые играют важную роль в обеспечении надежности и безопасности производственных процессов.
Внедрение взрывобезопасных технологий регулируется международными и национальными стандартами, такими как АТЕХ и 1ЕСЕх, которые устанавливают требования к проектированию, производству и эксплуатации оборудования, предназначенного для использования в взрывоопасных зонах. Применение таких стандартов позволяет унифицировать подходы к обеспечению безопасности, что особенно важно в условиях глобализации и международного сотрудничества в промышленной сфере. В то же время соблюдение стандартов взрывозащиты снижает риски возникновения аварийных ситуаций, повышая надежность и устойчивость производственных процессов.
Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения безопасности на промышленных предприятиях, где существует вероятность образования взрывоопасных сред. В современных условиях, когда аварии на производственных объектах могут иметь серьезные последствия как для работников, так и для окружающей среды, использование взрывобезопасного оборудования становится не только технологическим, но и социально значимым фактором. Это особенно актуально для предприятий, работающих с легковоспламеняющимися и токсичными веществами, где малейшая неисправность или сбой могут привести к катастрофическим последствиям.
Цель работы заключается в анализе эффективности применения взрывобезопасных электродвигателей и электрических систем на промышленных предприятиях, а также в оценке влияния внедрения этих технологий на повышение уровня безопасности и снижение аварийности.
Материалы и Методы
Принципы обеспечения взрывозащиты универсальны и актуальны для всех государств, так как базируются на нормах В международной практике ключевые положения взрывобезопасности формируются согласно рекомендациям Международной Электротехнической Комиссии (МЭК). Эта организация оказывает методологическую поддержку сертификационным учреждениям в США и Европе, что позволяет применять унифицированные методы проверки оборудования. Например, независимо от различий в стандартах (украинский ДСТУ,
европейский АТЕХ, американский БМ), методики классификации сохраняют общие черты. Поэтому оборудование, сертифицированное в США или Европе, также может пройти проверку [1].
На сегодняшний день используются такие стандарты взрывозащиты, как АТЕХ и А№1/ЦЪ-913 в США, утвержденным национальными институтами стандартов. Для классификации взрывоопасных зон специалисты эксплуатирующих и проектных организаций совместно с технологами определяют класс опасности, что служит основой для выбора подходящего оборудования. Оборудование, предназначенное для работы в определённых зонах, должно соответствовать конкретному уровню взрыво-защиты. Классификация взрывоопасных зон включает несколько категорий, в зависимости от уровня риска и условий эксплуатации электрооборудования, что определяет технологический выбор совместно с инженерами проектных и эксплуатационных организаций [2].
Европейские стандарты предлагают классификацию различных типов взрывозащиты. Основными директивами являются:
АТЕХ 95 (Директива 2014/34/ЕС): регулирует проектирование и требования к оборудованию, используемому во взрывоопасных условиях, предъявляя минимальные требования к безопасности и охране труда для защиты оборудования, которое продается на европейском рынке. АТЕХ 137 (Директива 99/92/ЕС): касается защиты персонала, работающего в потенциально опасных условиях, и требует соблюдения ряда мер, включая маркировку зон с высоким риском, обеспечивая постоянную защиту и безопасность работников [3].
1ЕСЕх представляет собой международную сертификацию, признанную в различных странах, основывающуюся на стандартах Международной электротехнической комиссии (МЭК). В отличие от АТЕХ, обязательной только для стран ЕС, 1ЕСЕх является глобальной системой, позволяющей продавать сертифицированную продукцию в разных странах без повторного тестирования. Это снижает издержки компаний, связанные с повторной сертификацией и адаптацией к требованиям каждой страны.
Большинство стран, таких как Канада, Австралия, Китай, Украина и США, принимают участие в схеме 1ЕСЕх, что позволяет унифицировать требования безопасности и ускорить вывод продукции на рынок. Ниже в таблице 1 будут отражены отличительные особенности АТЕХ и 1ЕСЕх.
Таблица 1.
Отличительные особенности ATEX и 1ЕСЕх [4]
Характеристика Директива ATEX Система IECEx
Применение Применяется в Европейском Союзе и регулирует оборудование, используемое во взрывоопасных средах. Международная система сертификации для оборудования, используемого во взрывоопасных средах. Подходит для стран, не входящих в ЕС.
Характеристика Директива ATEX Система IECEx
Нормативные документы Основные директивы — 2014/34/EU (ATEX 114) и 1999/92/EC (ATEX 153), которые регулируют требования к оборудованию и защитным системам, а также условия труда в взрывоопасных средах. Базируется на международных стандартах IEC серии 60079, касающихся конструкции, тестирования и использования оборудования во взрывоопасных средах.
Область применения Обязательна для всех стран-членов ЕС и распространяется на производственное оборудование и защитные системы, работающие в потенциально взрывоопасных зонах. Используется в международном масштабе и признается во многих странах мира. Охватывает те же категории оборудования и защитных систем, что и ATEX.
Процесс сертификации Требует оценки соответствия, включающей тестирование и сертификацию аккредитованными органами, известными как «Уполномоченные органы» (Notified Bodies). Сертификация проводится сертификационными центрами, аккредитованными по международной системе IECEx. Она включает испытания, инспекции и оценку риска.
Маркировка Оборудование, соответствующее ATEX, должно быть маркировано специальным знаком 'Ex' и дополнительной информацией о характеристиках безопасности. Оборудование с сертификатом IECEx также маркируется знаком 'Ex', но с указанием номера сертификата и стандартов, на которые оно опирается.
Обязательность Является обязательной для всех компаний, работающих во взрывоопасных средах на территории ЕС. Не является обязательной, но широко используется как международный стандарт, особенно в странах, не входящих в ЕС.
В свою очередь если говорить о методах обеспечения взрывобезопасности, то они могут включать локализацию взрыва, изоляцию с использованием герметизации, создание избыточного давления внутри оболочки, или применение искробезопасных цепей, предотвращающих возникновение искр. Европейская классификация взрывозащиты признаётся в Украине. В Европе и США стандарты взрывозащиты отличаются в деталях маркировки и в специфике сертификационных требований, таких как ATEX в Европе и FM в США. Новый стандарт ATEX, принятый в 2003 году, регламентирует использование оборудования в потенциально взрывоопасных средах, как на поверхности, так и под землёй, а его маркировка строго указывает допустимые зоны и классы защиты [5].
Разработка и производство оборудования, предназначенного для работы в условиях возможного взрыва, требуют строгого соблюдения норм, направленных на предотвращение образования взрывоопасной атмосферы. Согласно предписаниям ATEX, важнейшими мерами безопасности являются минимизация риска воспламенения и комплексный контроль над всеми источниками возгорания, как электрическими, так и механическими. В случаях возникновения взрыва производитель должен предусмотреть механизмы локализации, направленные на снижение последствий взрыва до безопасного уровня для минимизации воздействия на людей и имущество.
Производитель несет полную ответственность за выполнение всех требований ATEX. Это означает обязательное соблюдение всех этапов, начиная от проектирования и заканчивая окончательным выпуском оборудования. Особое внимание уделяется выбору материалов, которые, помимо прочего, должны
соответствовать всем эксплуатационным характеристикам и не способствовать возникновению опасных реакций с взрывоопасной средой. В процессе разработки учитываются также износостойкость, коррозионная стойкость и термическая стабильность используемых материалов [6].
Оборудование, соответствующее требованиям ATEX, должно быть спроектировано так, чтобы гарантировать безопасную эксплуатацию на протяжении всего срока службы. При этом комплектующие, которые применяются в производственном процессе или для замены, обязаны обеспечивать безопасность и эффективность функционирования в заявленных условиях эксплуатации. Важнейшим аспектом является предотвращение любых источников воспламенения, таких как искры, пламя, ионизирующее и оптическое излучение, электрические дуги, а также статическое электричество.
Важным этапом сертификации является составление документации, подтверждающей соответствие оборудования директивам ЕС. В случае внесения изменений в конструкцию или использование бывших в употреблении изделий требуется пересертификация продукции, так как ответственность за безопасность переходит к модифицирующей стороне.
Электродвигатели, предназначенные для использования в средах с высоким риском взрыва, требуют специальных конструктивных решений, включая использование материалов, не поддерживающих горение. Такие двигатели применяются в различных отраслях, включая нефтегазовую, химическую, горнодобывающую и металлургическую промышленность. Взрывозащищенные конструкции позволяют предотвратить выход энергии взрыва за пределы оборудования, что минимизирует риски для сотрудников и окружающего оборудования.
Двигатели классифицируются по уровню взрыво-защиты, что отражено в их маркировке. Разные уровни защиты обеспечивают возможность применения в условиях различных степеней опасности, начиная от мест с постоянным присутствием взрывоопасных смесей до зон, где такие условия возникают лишь эпизодически.
Установка взрывозащищенного оборудования обеспечивает повышенную безопасность производственных процессов. Такие двигатели отличаются надежностью, экологичностью и адаптируются под разные климатические условия, что делает их использование универсальным в промышленных зонах по всему миру. Периодическое техническое обслуживание и контроль ключевых показателей, таких как температура, являются необходимыми мерами
для поддержания долговременной и безопасной эксплуатации [7].
Взрывозащищенные электродвигатели представляют собой специализированные устройства, предназначенные для эксплуатации в потенциально опасных средах, где существует риск взрывов. Такие двигатели широко применяются в различных отраслях промышленности, включая нефтехимию, горнодобывающую промышленность, а также в шахтах с присутствием горючих газов и пыли. В подобных условиях необходимо использовать оборудование, обладающее высокой степенью защиты, чтобы минимизировать опасность для окружающей среды и персонала. Ниже на рисунке 1 будет приведена классификация взрывозащищенных двигателей в зависимости от условий их эксплуатации.
Рисунок 1. Классификация взрывозащищенных двигателей в зависимости от условий их эксплуатации [8]
В конструкции таких электродвигателей применяются специальные материалы, устойчивые к высоким температурам и механическим нагрузкам, способные противостоять давлению взрыва и предотвращать распространение пламени. Основная задача конструкции - обеспечить защиту окружающей среды и людей, сводя к минимуму риски, связанные с возможным взрывом внутри двигателя.
Маркировка взрывозащищенных электродвигателей указывает на различные параметры и уровни защиты:
• Химические и рудничные исполнения маркируются символами, которые определяют тип и степень
защиты, например, Ex d для взрывонепроницаемой оболочки или Ex e для усиленной безопасности.
• Специальные обозначения указывают на использование таких технологий, как искробезопасные цепи или заполнение оболочки негорючими веществами.
В зависимости от конструкции и назначения, двигатели могут быть однофазными или трехфазными. Трехфазные модели используются в устройствах с высокой мощностью, таких как подъемные краны и лифты, тогда как однофазные применяются для менее энергоемкого оборудования, например, насосов и станков.
Особое внимание в конструкции уделяется материалам, из которых изготавливаются оболочки двигателей. Они не только обеспечивают механическую защиту, но и предотвращают попадание газов и пыли внутрь устройства, создавая герметичное пространство. Это делает такие двигатели безопасными и устойчивыми к воздействию внешних факторов. Использование взрывозащищенных электродвигателей оправдано в отраслях, где имеется риск возникновения опасных смесей газов или пыли, соответствующих требованиям международных стандартов.
Для полноценной защиты электродвигателей предусмотрены охлаждающие системы, фильтры и соединительные элементы, выполненные из материалов, не создающих искр. Также устанавливаются специальные кабели, соответствующие требованиям безопасности [8].
Взрывозащищенные электродвигатели представляют собой асинхронные машины, специально разработанные для функционирования в условиях, где существует вероятность появления взрывоопасных сред. Их установка обязательна на объектах, где может возникнуть угроза взрыва из-за скопления газов, паров, пыли или тумана. Главная задача этих двигателей — обеспечить защиту от взаимодействия искр и электрических дуг с воспламеняющейся средой, а также предотвратить возможный внутренний взрыв устройства.
Такие электродвигатели широко применяются в различных промышленных секторах, включая нефтеперерабатывающую и нефтедобывающую отрасли, газовую промышленность, химическое производство, угольную и металлургическую сферы, а также пищевую промышленность. Их использование актуально на любых типах производств, связанных с риском формирования взрывоопасных смесей. Эти устройства могут эксплуатироваться как внутри помещений, так и на открытом воздухе.
Электродвигатели, соответствующие требованиям взрывозащиты, устанавливаются на различное оборудование, включая промышленные насосы, дымососы, вентиляторы, станки, конвейеры и компрессоры. Они работают от переменного напряжения в диапазоне 380-660 В, с возможностью изготовления на нестандартные параметры напряжения и частоты до 60 Гц.
Конструктивные особенности таких двигателей включают наличие взрывонепроницаемой оболочки, которая защищает электрическую часть устройства, а также специальные уплотнения для кабельных вводов. Защитные элементы обеспечивают эффективное заземление с использованием внешних
декабрь, 2024 г.
и внутренних зажимов. Охлаждение осуществляется вентилятором, закрепленным на валу и закрытым металлическим кожухом, что предотвращает попадание искр наружу.
Достижение взрывозащиты достигается за счет ряда технических решений, таких как усиленные корпуса и клеммные коробки, изготовленные из прочного металла, вентиляторы, выполненные из искробезопасных материалов, и расширенные контактные поверхности элементов. В ряде случаев также минимизируется зазор между валом и подшипниковым щитом.
В зависимости от условий эксплуатации доступны различные серии двигателей, такие как модели Koncar с алюминиевым, чугунным и стальным корпусами, обладающими различными характеристиками и классами энергоэффективности (IE1, IE2, IE3). Кроме того, возможна установка дополнительных опций, включая тормоза, системы независимого охлаждения и датчики температуры [9].
Результаты и обсуждение
Внедрение взрывозащищенных технологий на промышленных предприятиях имеет значительное влияние на повышение безопасности и эффективности производственных процессов. Асинхронные тяговые двигатели (АТД) представляют собой электрические машины, которые преобразуют электрическую энергию в механическую, используя явление электромагнитной индукции. В шахтных электровозах они применяются благодаря своим ключевым особенностям: высокой надежности, способности работать в условиях ограниченного пространства и простоте обслуживания [10]. Рассмотрим подробнее их конструкцию и эксплуатационные преимущества.
АТД состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор, который неподвижен, содержит обмотки, через которые проходит переменный ток. Этот ток создает вращающееся магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует электрический ток в обмотке ротора. Благодаря взаимодействию этих токов ротор начинает вращаться, обеспечивая тяговую силу для электровоза. Для шахтных условий особенно важно, что асинхронные двигатели не содержат скользящих контактов и щеток, что снижает износ и увеличивает надежность. Также они способны выдерживать кратковременные перегрузки, что критично для работы в условиях шахт, где возможны резкие изменения нагрузок [11]. Преимущества для шахтных электровозов будут описаны в таблице 2.
Таблица 2.
Преимущества использования асинхронных тяговых двигателей для шахтных электровозов [12]
Преимущество Описание
Надежность и долговечность Конструкция АТД устойчива к неблагоприятным условиям (влажность, пыль, вибрации), что делает их идеальными для подземной работы.
Экономическая эффективность Асинхронные двигатели просты в производстве и эксплуатации, снижая затраты на техническое обслуживание и ремонт. Особенно актуально для Украины, где стоимость электроэнергии и обслуживание сильно влияют на расходы.
Плавность работы АТД обеспечивают плавный запуск и торможение, что минимизирует износ механических частей и повышает безопасность транспортировки грузов.
Интеграция с системами автоматизации Современные АТД легко интегрируются с цифровыми системами управления, что позволяет точно контролировать режимы работы и повышать общую эффективность эксплуатации.
Таким образом, приведенные примеры демонстрируют, что взрывозащищенные технологии позволяют значительно повысить безопасность и снизить риски в различных отраслях промышленности. Несмотря на высокие первоначальные затраты на их внедрение, долгосрочные преимущества, такие как повышение надежности и сокращение эксплуатационных расходов, оправдывают такие инвестиции.
Заключение
В результате проведенного исследования было установлено, что внедрение взрывобезопасных электродвигателей и электрических систем на промышленных предприятиях является эффективным и необходимым мероприятием для повышения уровня безопасности производственных процессов. Анализ международных стандартов, таких как АТЕХ и IECEx, показал, что унификация требований и методов сертификации позволяет обеспечить высокую надежность и эксплуатационную пригодность оборудования, что значительно снижает риски аварийных ситуаций и взрывов на объектах с повышенной опасностью.
Кроме того, сравнительный анализ традиционных и взрывобезопасных систем продемонстрировал, что использование современных технологий взрыво-защиты способствует сокращению частоты аварий и снижению затрат на ремонт и техническое обслуживание. Примеры из нефтегазовой, химической и горнодобывающей промышленности подтверждают, что предприятия, использующие взрывобезопасное оборудование, демонстрируют более высокую устойчивость к авариям и стабильно поддерживают высокий уровень безопасности труда.
Таким образом, можно сделать вывод, что применение взрывобезопасных технологий не только снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций, но и способствует повышению экономической эффективности предприятий за счет сокращения вынужденных простоев и уменьшения затрат на устранение последствий аварий. Внедрение взрывобезопасных систем является важным шагом в обеспечении комплексной безопасности на производственных объектах и улучшении экологической обстановки.
Список литературы:
1. Niciejewska M., Kiriliuk O. Occupational health and safety management in "small size" enterprises, with particular emphasis on hazards identification //Production Engineering Archives. - 2020. - Т. 26. - №. 4. - С. 195-201.
2. Взрывобезопасное оборудование. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://gs-p.ru/blog/articles/vzryvobezopasnoe-oborudovanie/ (дата обращения 07.09.2024).
3. Murphy M., Hatch D. Visual Dust Hazard Analysis-Understanding Threats and Assuring Controls //American Institute of Chemical Engineers 2020 Spring Meeting and 16th Global Congress on Process Safety: Houston, TX. - 2020.
4. Стандарты взрывобезопасности оборудования. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://cirspb.ru/blog/other-articles/atex/ (дата обращения 07.09.2024).
5. ATEX против IECEx. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.eabel.com/ru/atex-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2-iecex/ (дата обращения 07.09.2024).
6. Мировые стандарты взрывозащиты. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://atex -tools.ru/standarti (дата обращения 07.09.2024).
7. Майдырова А.Б. Оценка особенностей развития и характера инфраструктурных связей региональных инновационных систем // Национальные экономические системы в контексте трансформации глобального экономического пространства. - 2023. - С. 379-382.
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
8. Глазырин А.С. и др. Настройка и исследование режимов работы наблюдателя угловой частоты вращения регулируемого электропривода постоянного тока //Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2023. - Т. 19. - №. 2. - С. 30-42.
9. Особенности взрывозащищенных электродвигателей. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://europromtech.ru/vzrivozashisennie-dvigateli/ (дата обращения 07.09.2024).
10. Kubo (MDrive). [Электронный ресурс] Режим доступа: https://tadviser.com/index.php/Company:Kubo_%o28MDrive0/o29 (дата обращения 07.09.2024).
11. AC Asynchronous Motors Market Growth Research Report. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.linkedin.com/pulse/ac-asynchronous-motors-market-growth-research-vmdgc/ (дата обращения 07.09.2024).
12. Bondar О. et al. Improvement of energy indicators of conventional electric driving asynchronous motors of non-standard technological equipment at the enterprises for repair of railway rolling stock through the use of energy-saving motors // MATEC Web of Conferences. - EDP Sciences, 2019. - Т. 294. - С. 01007.
