Una volta individuate all'interno di un impianto le varie zone di pericolo, è fondamentale operare la scelta sulle apparecchiature...
Una volta individuate all'interno di un impianto le varie zone di pericolo, è fondamentale operare la scelta sulle apparecchiature elettriche che possono essere installate in quell'area per scongiurare il pericolo di esplosione causato da scintille accidentali, archi o da sovratemperature superficiali del corpo lampada. Come vedremo, la scelta tra varie tipologie di armature illuminanti si rivela abbastanza complessa, perché, oltre alla “protezione dalle esplosioni”, entrano in gioco moltissimi altri fattori.
Riepiloghiamo i criteri su cui si basano i diversi modi di protezione utilizzabili per la costruzione di armature illuminanti antideflagranti:
a. Modo di protezione "Ex d" - La possibile esplosione viene contenuta all'interno di apposite custodie a prova di esplosione.
b. Modo di protezione "Ex e" - Viene aumentata l'affidabilità dei componenti elettrici interni in modo che non scintillino in condizioni normali di utilizzo. Quindi, il rischio che l'apparecchiatura possa causare un'esplosione, viene ridotto a livelli molto bassi.
c. Modo di protezione "Ex n" - Si basa anch‟esso sul concetto di prevenzione ed è stato creato come alternativa economica agli altri due modi di protezione.
I primi due modi di protezione sono utilizzabili indifferentemente in Zona 1 – 2 – 21 – 22, mentre il modo di protezione “n” è stato sviluppato per poter essere utilizzato, con un sufficiente margine di sicurezza, in Zona 2 e 22, riducendo notevolmente i costi di un impianto.
Qui di seguito approfondiremo i concetti generali e cercheremo di capire le caratteristiche delle varie apparecchiature elettriche e di comprendere come possano venire utilizzate negli impianti industriali.
Il modo di protezione "Ex d" a prova di esplosione, che risponde alla norma europea EN 60079-1, si basa sul concetto di contenimento dell‟esplosione. In questo modo di protezione, le apparecchiature elettriche vengono racchiuse in particolari custodie, studiate appositamente per contenere un‟eventuale esplosione interna e impedire la sua trasmissione all'atmosfera esterna. La filosofia di questo modo di protezione è quella di creare custodie sufficientemente robuste, adatte a sopportare la pressione sviluppatasi all'interno delle stesse (fino ad alcune decine di bar) impedendo che eventuali prodotti ancora incombusti escano dalla custodia e vadano ad innescare l‟atmosfera esplosiva presente all'esterno. Questo sistema mantiene un‟indiscussa validità per la maggior parte di applicazioni possibili in zona pericolosa. Il notevole vantaggio, che si traduce anche in un risparmio in termini di costo, sia iniziale che, soprattutto, in fase di manutenzione, sta nel fatto che, all'interno di queste custodie, viene installato materiale elettrico standard, cioè reperibile in commercio, in quanto qualunque apparecchiatura elettrica può essere utilizzata semplicemente inserendola in una custodia della dimensione adatta. Con questo sistema si sono create armature illuminanti di vario tipo per soddisfare tutte le esigenze impiantistiche. La solidità meccanica di questo tipo di costruzioni dà notevoli garanzie che il livello di sicurezza si mantenga inalterato nel tempo e la manutenzione ordinaria si risolve nella sostituzione delle apparecchiature elettriche all'interno delle custodie.
Il modo di protezione “a sicurezza aumentata”, denominato "Ex e", che risponde alla normativa europea EN 60079-7, si basa sul concetto di prevenzione. Si cerca di applicare alle costruzioni elettriche misure tali da evitare, con un coefficiente di sicurezza elevato, la possibilità di produrre archi o scintille e di raggiungere superficialmente temperature tali da innescare un‟esplosione. Le prescrizioni costruttive richieste dalla normativa per ottenere un elevato coefficiente di sicurezza sia in servizio normale sia in caso di eventuali sovraccarichi, sono molto restrittive e riguardano: le connessioni, i cablaggi, i componenti, le distanze sia in aria che superficiali, gli isolanti, la resistenza meccanica ad urti e vibrazioni, il grado di protezione delle custodie (IP)… Per quanto riguarda la costruzione di apparecchiature illuminanti, il modo di protezione "Ex e" è sempre integrato da altri modi di protezione, come ad esempio l'"Ex d" o l'"Ex m", in quanto la protezione "Ex e" riguarda soltanto la parte non scintillante, come la custodia dell‟armatura, i morsetti, i cablaggi e i portalampade, ma gli altri componenti presenti, come l‟interruttore di sicurezza o il reattore elettronico, devono essere protetti singolarmente con altri modi di protezione. L‟impianto risulta più conveniente nella fase di manutenzione per il minor tempo impiegato, ma la sostituzione dei componenti in caso di guasto sono di difficile reperibilità e meno economiche del materiale elettrico standard.
Il modo di protezione "Ex n" si basa sul concetto di prevenzione, impedendo, attraverso determinati accorgimenti tecnici, che le costruzioni elettriche durante il loro servizio normale, provochino l'innesco dell'atmosfera esplosiva circostante. Il principio che sta alla base di questo modo di protezione è quello di non considerare guasti o situazioni anomale, inerenti alla protezione contro le esplosioni, utilizzando criteri costruttivi tali da impedire che queste apparecchiature li possano provocare durante il normale servizio. Questo principio è coerente con il criterio di rischio globale, che considera cioè il pericolo di esplosione come la somma del rischio di presenza dell'atmosfera esplosiva e d'innesco da parte di un fenomeno elettrico o termico. Per sposare questa tesi, è necessario considerare il fatto che stiamo parlando di apparecchiature previste per la categoria 3GD, cioè installabili solamente in Zona 2 e Zona 22 nelle quali la presenza di gas è molto limitata e quindi il "rischio globale" risulta essere estremamente basso. In realtà, il modo di protezione "Ex n" è un insieme di modi di protezione semplificati che, nella pratica quotidiana, consente di realizzare qualsiasi tipo di costruzione elettrica ed è quindi particolarmente usato anche per la realizzazione di armature illuminanti.
Per cercare di portare avanti un‟analisi comparativa seria, dobbiamo partire dal presupposto che le armature illuminanti "Ex n" non possono essere installate in Zona 1, ma hanno un costo di base molto inferiore alle armature che presentano modi di protezione "Ex d", "Ex e" o misti progettate specificamente per essere sicure in Zona 1. Pertanto, il principio di scelta di un‟armatura "Ex n" piuttosto che una „Ex d‟ o una „Ex e‟ è principalmente o esclusivamente economico. Per quanto riguarda, invece, gli altri modi di protezione vedremo che i parametri di scelta sono molti. Molto spesso si tende a preferire un modo di protezione rispetto ad un altro semplicemente per sentito dire o per convinzioni personali che si basano su esperienze negative fatte nel passato. Come in tutte le cose, la perfezione non esiste e le varie apparecchiature devono essere scelte sulla base delle reali applicazioni all‟interno di un impianto. Molto spesso il modo di protezione "Ex e" viene scelto perché la costruzione, nel 90% dei casi, utilizza resine plastiche, come poliesteri o policarbonati, preferiti dai tecnici per la loro resistenza naturale alla corrosione marina e agli acidi inorganici forti e dagli installatori per la loro leggerezza e la relativa facilità di installazione e manutenzione. Le armature illuminanti "Ex d", solitamente costruite in lega di alluminio e vetro al borosilicato, sono impiegate in luoghi ove, oltre alla protezione antideflagrante, viene richiesta una buona protezione meccanica delle apparecchiature e dei cavi. In questa newsletter ci limiteremo all‟analisi delle armature illuminanti maggiormente impiegate, quelle con tubi fluorescenti, lasciando la dissertazione sulle altre forme di illuminazione ad articoli che pubblicheremo in futuro. Va precisato inoltre che, parlando di armature illuminanti, il modo di protezione è quasi sempre misto. Per quanto riguarda il modo di protezione "Ex e", consideriamo, ad esempio, l‟armatura Cortem serie EXEL. Come abbiamo detto sopra, questa contiene componentistica che necessariamente deve essere costruita secondo altri modi di protezione. I reattori elettronici sono normalmente "Ex d", in quanto la protezione alle esplosioni non è data dalla custodia, ma dalla sicurezza del singolo componente. Anche le armature "Ex d" vengono costruite sempre più spesso con un ingresso di alimentazione "Ex e". L‟apparecchiatura sarà, quindi, classificata "Ex de" (come ad esempio l'armatura Cortem serie FLFE). Questo sistema evita l'utilizzo di giunti di bloccaggio e, quindi, di impianti in tubo e di pressacavi barriera. Il collegamento elettrico avviene attraverso una custodia "Ex e", normalmente integrata nella stessa armatura illuminante. Essa presenta morsetti "Ex e" ed è divisa dalla parte di apparecchiatura a prova di esplosione da un giunto sigillato anch‟esso integrato nell‟armatura. Oggi, pertanto, non vi sono particolari differenze nei sistemi di alimentazione. Non serve più operare, come si faceva nel passato, con wiring inseriti in sistemi di tubi e utilizzando giunti di bloccaggio resinati, ma si utilizzano dei semplici cavi non armati, che entrano nelle custodie attraverso pressacavi "Ex e".
Le armature illuminanti "Ex e" sono costruite con un corpo in poliestere rinforzato e la calotta trasparente in policarbonato. Tali materiali, attraverso lo stampaggio a caldo, permettono di realizzare un'apparecchiatura del tutto simile alle normali armature illuminanti industriali e stagne. Queste vengono preferite per la semplicità di operare la sostituzione dei tubi fluorescenti. Le apparecchiature "Ex de", invece, presentano il corpo delle testate in lega di alluminio e un tubo di vetro borosilicato molto spesso che garantisce la resistenza alle esplosioni. Le resine plastiche sono preferite per l'utilizzo in situazioni di pericolo di corrosione in nebbia salina e in ambienti con atmosfera aggressiva per la presenza di acidi inorganici forti. Prima della scelta delle armature in policarbonato, però, va prestata comunque attenzione ai processi lavorativi dell‟impianto che si deve illuminare, perché, al contrario di quanto si creda comunemente, il policarbonato è sensibile e non resistente a molte sostanze, tra i quali l'acetone, molti nitrati, il cloro etano, l‟ammoniaca e gli idrocarburi aromatici. Vanno pertanto controllate le tabelle di resistenza alle sostanze chimiche e ci si deve assicurare che il materiale sia resistente ad esse. Il policarbonato, inoltre, può perdere le caratteristiche di trasparenza col passare del tempo, tendendo ad ingiallire e, quindi, a peggiorare il flusso luminoso. L'alluminio e il vetro sono migliori, invece, contro l'invecchiamento in quanto il vetro garantisce anche negli anni sempre la massima trasparenza, essendo praticamente inattaccabile da qualsiasi tipo di atmosfera corrosiva. Le armature illuminanti con mono-tubo in vetro, come ad esempio i già citati modelli Cortem serie FLFE ("Ex de"), contengono tutta la componentistica montata su un telaio interno che può essere estratto completamente per permettere la sostituzione dei tubi fluorescenti o del reattore. Questa operazione presenta dei vantaggi rispetto alle armature illuminanti nelle quali ogni custodia contiene un solo tubo fluorescente che deve essere sfilato ed infilato, con una certa difficoltà se l‟operazione avviene, ad esempio, sulle paline. Essa si presenta però più complicata rispetto alla stessa operazione effettuata sulle armature serie EXEL ("Ex e"), nelle quali l‟apertura avviene attraverso la separazione del corpo e della calotta trasparente che rimangono comunque incernierate. Sotto il profilo economico, la differenza tra le due costruzioni non comporta delle grandi differenze di prezzo e, quindi, la scelta è squisitamente tecnica. Sotto il profilo manutentivo, invece, va rimarcato il fatto che, mentre i tubi fluorescenti sono assolutamente identici per le due lampade, per quanto riguarda il reattore elettronico, le cose cambiano. L'armatura serie FLFE contiene al suo interno un reattore elettronico standard, perché la protezione è data dalla custodia e non dai singoli componenti. Per cui, in caso di necessità di sostituzione per manutenzione ordinaria, la sua reperibilità è molto semplice, trattandosi di un componente di commercio approvvigionabile presso qualunque fornitore di materiale elettrico. Il reattore elettronico dell'armatura serie EXEL, al contrario, è un componente "Ex d" e deve essere acquistato direttamente presso il produttore e sostituito da personale specializzato garantendo la piena sicurezza dell'apparecchiatura.
Come detto all'inizio, un modo di protezione universale e perfetto non esiste e anche in questa veloce rassegna, non siamo in grado di affermare se sia migliore il modo di protezione "Ex de" o il modo di protezione "Ex ed". Ogni armatura è concepita e progettata per particolari applicazioni impiantistiche e ciò che è importante considerare è che qualunque metodo è valido se viene applicato seguendo i criteri tenuti in considerazione in fase di progettazione. La pericolosità non è rappresentata dalle apparecchiature che, nel momento della loro costruzione, sono senz'altro idonee all'uso per le quali sono state prodotte e presentano un elevato coefficiente di sicurezza, ma piuttosto dal loro utilizzo e dalla loro corretta manutenzione. Per evitare gli incidenti è pertanto necessario attenersi alle regole di corretto uso e manutenzione degli impianti e, soprattutto, scegliere le apparecchiature ed i tipi di impianto più adatti in funzione del luogo e delle caratteristiche ambientali, dando priorità alla sicurezza delle apparecchiature. Inoltre, in chiusura, va fatta un'importante considerazione economica. Un buon progettista deve tenere in considerazione non soltanto il costo iniziale di un'apparecchiatura, ma considerare anche il suo costo in termini manutentivi e di sorveglianza nel corso del tempo, se vuole aggiungere valore alla propria opera, in un'ottica di miglior servizio al proprio cliente.