Ing. Paolo Corbo – Villasanta (MB), 1 Marzo 2015 

L’installazione di apparecchiature elettriche in luoghi con pericolo di esplosione prevede l’adozione di tecniche e metodi specifici nonché il soddisfacimento di definiti requisiti: essi sono regolamentati dalla norma di installazione EN60079-14 relativa alla selezione e installazione di apparecchiature elettriche in luoghi con pericolo di esplosione dovuto alla presenza di gas, vapori e nebbie infiammabili nonché alla presenza di polveri combustibili. Il metodo di prevenzione dell’esplosione basato sul contenimento dell’esplosione fa parte dei metodi proposti nella suddetta norma. 

Introduzione
Riferimenti normativi
Uso ed applicazioni
Principio di funzionamento
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Introduzione

L’installazione di apparecchiature elettriche in luoghi con pericolo di esplosione prevede l’adozione di tecniche e metodi specifici nonché il soddisfacimento di definiti requisiti: essi sono regolamentati dalla norma di installazione EN60079-14 relativa alla selezione e installazione di apparecchiature elettriche in luoghi con pericolo di esplosione dovuto alla presenza di gas, vapori e nebbie infiammabili nonché alla presenza di polveri combustibili. 

Limitandone l’applicazione ai soli gas, vapori e nebbie infiammabili, la norma suddetta prevede, tra gli altri, il metodo “Ex d” ovvero il metodo di contenimento dell’esplosione realizzato mediante custodie a prova di esplosione.  

Il metodo di prevenzione dell’esplosione basato sul contenimento dell’esplosione fa parte dei metodi proposti nella EN60079-14, norma di installazione elettrica in luoghi con pericolo di esplosione.

Il metodo di contenimento dell’esplosione trova applicazione anche nel comparto meccanico ovvero è utilizzato anche nel caso delle apparecchiature meccaniche, non elettriche e non a combustione interna, utilizzate in luoghi con pericolo di esplosione; in tal caso il metodo è comunemente noto attraverso la marcatura che lo caratterizza “d”. 

Il metodo “Ex d” o “d” operano facendo sì che le apparecchiature o i componenti che potrebbero provocare l’accensione dell’atmosfera potenzialmente esplosiva siano racchiuse in una custodia resistente alla pressione sviluppata da un’esplosione interna di una miscela esplosiva; la custodia è peraltro progettata e fabbricata in modo tale da far trafilare attraverso gli elementi di accoppiamento (giunti di laminazione) il gas combusto, raffreddandolo. In tal modo la custodia impedisce la propagazione verso l’atmosfera circostante  degli effetti conseguenti all’innesco avvenuto al suo interno: scintille, fiamme libere, gas caldi, sovratemperatura. 

Riferimenti normativi

Le norme Europee armonizzate alla Direttiva Europea ATEX 94/9/EC elencate nel seguito sono di fondamento per la definizione dei requisiti progettuali e costruttivi delle custodie a prova di esplosione: 

  • Per il comparto elettrico (Gas, Vapori, Nebbie): 

EN60079-1 : 2007 Atmosfere Esplosive – Parte 1: Apparecchiature protette mediante custodie a prova di esplosione “Ex d”. Insieme a EN 60079-0:2012 Costruzioni per atmosfere esplosive per la presenza di gas – Parte 0: Prescrizioni generali 

  • Per il comparto meccanico (Gas, Vapori, Nebbie, Polveri):  

EN 13463-3:2005 Apparecchi non elettrici destinati ad essere utilizzati in atmosfere potenzialmente esplosive Parte 3: Protezione mediante custodia a prova di esplosione “d”. Insieme a EN 13463-1:2009 Apparecchi non elettrici destinati ad essere utilizzati in atmosfere potenzialmente esplosive – Parte 1: Metodo di base e requisiti 

  • Per il coordinamento del sistema di qualità prodotto (fabbricazione):

EN ISO/IEC 80079-34:2011 Atmosfere esplosive – Parte 34: Applicazione di sistemi di qualità a costruttori di apparecchiature 

Uso ed applicazioni

Il metodo di protezione “Ex d” è in generale applicato ad apparecchiature elettriche destinate ad equipaggiare componenti (morsetti) o dispositivi (relay, disgiuntori, trasformatori) non installabili direttamente in luoghi con pericolo di esplosione dovuto  a presenza di atmosfere potenzialmente esplosive. Il metodo “Ex d” riguarda, nei casi più diffusi, custodie o cassette di piccole o medie dimensioni, ma è utilizzato anche nella realizzazione di motori elettrici o nel caso di dispositivi operatori elettrici come interruttori rotativi, pulsanti (in genere combinati con altro metodo di protezione “Ex e”).  

Nel caso di protezione meccanica “d” il metodo si applica ad  organi meccanici.  

Principio di funzionamento e caratteristiche costruttive

Una custodia (o elemento di contenimento) adeguatamente progettata può sostenere le pressioni di esplosione di miscela potenzialmente esplosiva (combustibile + comburente) in essa contenuta: la custodia, destinata ad equipaggiare apparecchiature elettriche (Ex d), normalmente scintillanti oppure scintillanti solo in caso di guasto, o meccaniche non a combustione interna (d), normalmente scintillanti oppure scintillanti solo in caso di guasto , ammette che la miscela potenzialmente esplosiva possa trafilare al suo interno così lambendo le apparecchiature in essa contenuta.  

Le custodie “d” oppure “Ex d” non sono in generale custodie a tenuta perfetta in quanto destinate ad essere aperte una o più volte per l’alloggiamento dei dispositivi al suo interno, per attività di manutenzione, per attività di programmazione.  

Esse equipaggiano inoltre adeguati dispositivi (che pure partecipano al metodo di protezione) destinati a realizzare i sistemi di entrata di cavo in custodia (pressacavipressacavi barriera, nippli resinati, sistemi conduit) così permettendo la connessione dei dispositivi in esse contenuti: ovviamente tali dispositivi determinano accoppiamenti a tenuta non perfetta.  

Si noti che, in generale, gli accoppiamenti su custodia e gli elementi di tenuta degli accessori su custodia possono realizzare un definito grado di protezione in accordo alla norma EN60529 (fino a IP66), capace di trattenere all’esterno acqua e polveri ma non ad impedire l’ingresso di miscele in forma gas e vapori.  

La miscela infiammabile penetrata può entrare in contatto con sorgenti calde e/o scintillanti in quanto le apparecchiature poste all’interno della custodia antideflagrante sono in generale apparecchiature standard e non tali da minimizzare la probabilità di innesco. La miscela penetrata può dunque essere innescata.  

In questa fase si produce un picco di pressione dovuto alla rapidissima combustione (esplosione) del gas della miscela contenuta che espande e produce surriscaldamento. Il gas in sovrapressione trafila attraverso gli elementi di accoppiamento e, se il progetto è adeguato, il netto residuo di pressione (pressione di picco di esplosione) non è tale da corrompere la struttura della custodia. La custodia dunque trattiene la sovrapressione anche grazie al fatto che il gas combusto può trafilare attraverso gli elementi di accoppiamento.  

In una custodia a prova di esplosione validata in accordo alle norme sopra descritte,  la pressione di esplosione non determina il collasso della struttura  in quanto la stessa custodia è stata testata attraverso l’applicazione di pressioni statiche con fattori di sicurezza 1,5x oppure 4x, il che garantisce un elevato grado di affidabilità rispetto alle condizioni attese durante un’esplosione interna. 

I giunti in accoppiamento possono essere di varie tipologie: giunti di laminazione piani (flangiati), cilindrici, a spigolo, filettati, a dente di sega. La propagazione  verso il mondo esterno alla custodia della sovrapressione di esplosione può avvenire anche attraverso elementi come filtri ed elementi sinterizzati: in ogni caso deve essere cura del fabbricante la realizzazione di giunti aventi geometrie adeguate (lunghezze minime e interstizi massimi, numero minimo di filetti in presa, passi e tolleranze dei filetti, densità e porosità adeguata degli elementi sinterizzati) affinché il gas in combustione possa adeguatamente raffreddarsi, attraversandoli, prima di giungere all’ambiente esterno laddove può essere presente ulteriore atmosfera potenzialmente esplosiva che possa essere innescata dai gas in combustione proveniente dall’interno custodia. 

La geometria del giunto di laminazione determina in modo univoco il sottogruppo gas dal quale la custodia può essere lambito: come è noto i gas e le sostanze infiammabili in forma vapore sono classificate nei tre sottogruppi IIA, IIB, IIC, ordinati secondo energie di innesco decrescenti, dalla più elevata (Minima Energia di Innesco del gruppo IIA = 180uJ) a quella inferiore (Minima Energia di Innesco del gruppo IIB = 60uJ, Minima Energia di Innesco del gruppo IIC = 20uJ). Tali energie sono correlate alle prove di determinazione del MESG (Maximum Experimental Safe Gap, interstizio sperimentale massimo di sicurezza per una miscela esplosiva): in pratica si ricava sperimentalmente un massimo interstizio per un giunto di 25mm di lunghezza che impedisce la propagazione dell’esplosione durante dieci prove effettuate nelle condizioni di prova descritte nella norma IEC60079-1-1.   

In definitiva, ogni custodia a prova di esplosione, sulla base della geometria, può o meno operare con uno o più dei sottogruppi gas sopra descritti perché la struttura geometrica del giunto è tale da interdire o meno la propagazione della fiamma dal volume interno al volume esterno. 

Si noti che, in generale, giunti di tipo cilindrico o filettato possono operare (riferirsi sempre alla marcatura) con qualunque tipo di gas mentre i giunti piani (flangiati) presentano restrizioni sostanziali in presenza di acetilene; la norma EN60079-1 infatti prescrive quanto segue (tutte le condizioni devono essere applicate) in caso di utilizzo di giunto piano in presenza di acetilene: Interstizio inferiore o uguale a 0,04mm; Lunghezza del giunto maggiore o uguale a 9,5mm; Volume inferiore 500cm3 

Risulta essere chiara l’attribuzione del sottogruppo gas in caso di marcature Ex d IIA oppure Ex d IIB o infine Ex d IIC ma qualora capitasse una marcatura come la seguente: Ex d IIB+H2ciò significherebbe che la custodia può essere esclusivamente utilizzata in presenza di gas del sottogruppo IIA, IIB e Idrogeno con esclusione dell’acetilene. 

Con riferimento alla marcatura tecnica imposta dalla norma, si noti, in generale, la presenza di un simbolo “T” seguito da una cifra che va dalla cifra “1” alla cifra “6” e riferito alla massima temperatura superficiale (classe di temperatura) raggiunta dalla custodia (rispettivamente da 450°C a 85°C) 

Il significato da attribuire a tale simbologia è di seguito spiegato: la custodia contiene apparecchiature che, anche nel normale funzionamento, determinano dissipazione di calore e quindi surriscaldamento complessivo della custodia. In accordo ai coefficienti termici specifici, la temperatura superficiale esterna si correla alla massima temperatura ambientale e alla massima potenza dissipata all’interno custodia. Tale temperatura condiziona la corretta selezione delle apparecchiature in quanto la classe di temperatura della custodia deve essere corrente con la minima temperatura di innesco del gas che la può lambire. 

Questo aspetto definisce, insieme ad altre considerazioni che riguardano la corretta spaziatura delle apparecchiature all’interno custodia, il fatto che quello che può essere installato all’interno di una custodia a prova di esplosione non è aleatorio. 

In fase di certificazione o valutazione della custodia, il costruttore è infatti obbligato a definire quali e quanti saranno i dispositivi installati al suo interno nonché quale saranno le correnti circolanti e le potenze dissipate in quanto tutto ciò condiziona la classe di temperatura del dispositivo complessivo: sulla base di ciò non è ammesso equipaggiare custodie oggetto di certificazione separata in modo diverso da quanto prescritto dal costruttore. 

Esiste una sola eccezione a tale approccio che riguarda le cosiddette custodie con certificato di componente “U” ovvero quelle custodie “Ex d” che in fase di valutazione e/o certificazione hanno subito unicamente valutazione di conformità alle proprietà di non propagazione della fiamma e contenimento dell’esplosione. Nessuna informazione è disponibile per quel che concerne le apparecchiature installabili all’interno: l’utilizzatore ha l’obbligo di valutare in forma autonoma l’adeguatezza delle apparecchiature che intende installarvi, valutarne gli effetti sul metodo di protezione e, nel caso ciò fosse previsto dalla corretta  procedura della Direttiva ATEX 94/9/CE (per apparecchiature di categoria 2), sottoporla ad un Ente Notificato Europeo per approvazione.  

In altre parole, una custodia con certificato di componente “U” non è un dispositivo pronto per l’installazione ma è destinato a subire un ulteriore accertamento da parte dell’utilizzatore o dell’integratore che diventa responsabile della marcatura complessiva del dispositivo finale. A conferma di quanto affermato si verifichi che una custodia con certificato di componente “U” è priva di marcatura della classe di temperatura, della marcatura “CE”, della dichiarazione CE di conformità.