Les boîtiers électriques empêchent-ils les explosions internes ?

L'armoire électrique joue un rôle essentiel dans la protection des équipements électriques et la sécurité en environnements dangereux. Peut-elle empêcher les explosions internes ? Cette question est devenue cruciale pour de nombreux secteurs industriels. Cet article présente les caractéristiques des armoires antidéflagrantes, les principes d'isolation des explosions et leurs applications. Nous espérons qu'il vous aidera à choisir une armoire électrique adaptée aux environnements dangereux.

Les boîtiers électriques peuvent-ils empêcher les explosions internes ?

Les boîtiers électriques standard ne peuvent pas empêcher les explosions internes. Ils sont généralement utilisés pour empêcher la pénétration de corps solides et de liquides extérieurs. Les indices de protection courants pour les boîtiers électriques standard sont IP et NEMA. Mais les enceintes antidéflagrantes certifiées peuvent contenir et contrôler en toute sécurité les explosions internes, les empêchant ainsi d'enflammer des environnements extérieurs dangereux.

Pour les armoires électriques en zones dangereuses, il est souvent impossible d'éliminer totalement le risque d'inflammation interne. Une armoire antidéflagrante en zone dangereuse peut permettre aux explosions de se produire à l'intérieur. Cependant, les armoires électriques antidéflagrantes limitent strictement les conséquences destructrices d'une explosion à l'intérieur de leur enceinte.

La conception de l'enceinte antidéflagrante repose sur une structure extrêmement robuste, des joints antidéflagrants de précision et un système de fixation et d'étanchéité sûr. Cette enceinte est très similaire à une enceinte coupe-feu. Une enceinte robuste peut résister à la pression explosive générée lors de l'explosion de mélanges inflammables sans subir de déformation permanente ni de rupture.

Qu'est-ce qu'un boîtier ou une enceinte antidéflagrante ?

La fonction première d'une armoire électrique antidéflagrante est de résister à la pression d'une explosion et d'empêcher la propagation des flammes et des gaz à haute température à l'intérieur de l'armoire, et non d'empêcher les étincelles ou les explosions à l'intérieur des équipements électriques. C'est pourquoi l'appellation plus technique d'une armoire antidéflagrante est « armoire antidéflagrante » (Ex d), qui décrit plus précisément sa fonction.

Le principe de fonctionnement des enceintes antidéflagrantes repose sur deux fonctions essentielles : la résistance structurelle de votre enceinte antidéflagrante et le joint antidéflagrant.

L'épaisseur des parois, les matériaux et la structure de l'enceinte électrique antidéflagrante sont calculés et testés avec précision. Elle peut résister à la pression maximale d'une explosion de gaz inflammable spécifique à l'intérieur de l'enceinte, ainsi qu'à de multiples impacts. Il est également impératif de garantir qu'elle ne se déformera ni ne se fissurera de façon permanente.

Le joint antidéflagrant est l'élément le plus ingénieux de la technologie antidéflagrante. Le couvercle et le corps du boîtier, ainsi que l'arbre et son alésage, ne sont pas totalement étanches. Ils sont conçus avec des jeux précisément définis, qui constituent le joint antidéflagrant.

Outre les enceintes antidéflagrantes, la protection antidéflagrante comprend également d'autres méthodes.

Sécurité intrinsèque (Ex i) : Ce système exige de limiter l’énergie du circuit à la source, afin d’empêcher la formation d’une étincelle. Cette méthode antidéflagrante ne nécessite pas d’enceinte robuste.

Sécurité accrue (Ex e) : Cette méthode met principalement l'accent sur l'amélioration de la sécurité de l'équipement afin d'empêcher la génération d'étincelles, d'arcs électriques ou de températures excessives pendant le fonctionnement normal.

Enceinte pressurisée (Ex p) : Cette enceinte permet de remplir en continu l’intérieur avec un gaz protecteur, maintenant ainsi une pression interne supérieure à la pression externe. Ceci empêche la pénétration de gaz dangereux.

Caractéristiques principales des enceintes antidéflagrantes et ignifuges

Résistance structurelle

Boîtier lourd et robusteLes enceintes antidéflagrantes sont principalement fabriquées à partir de matériaux tels que aluminium et acier inoxydable. L'épaisseur des parois des enceintes doit être suffisante pour résister à la pression maximale d'une explosion interne. La pression admissible par une enceinte antidéflagrante est généralement supérieure à 1,5 fois la pression de référence. Elle peut supporter la pression d'explosion sans subir de déformation permanente ni de rupture.

Chevauchement de pressionLors de la conception, les ingénieurs doivent tenir compte de l'effet de superposition des pressions pouvant survenir dans les structures à plusieurs chambres. Autrement dit, l'explosion d'une chambre peut déclencher une explosion plus intense dans les chambres adjacentes via les canalisations de liaison. Par conséquent, les cloisons internes ou les canaux de connexion de votre enceinte antidéflagrante doivent également présenter une résistance aux explosions.

Joints ignifugés

Le joint antidéflagrant est essentiel pour refroidir la flamme et parvenir à son extinction.

Il existe différents types de joints antidéflagrants. Le joint plat est le plus courant. Deux brides plates usinées avec précision sont assemblées par des boulons, avec un jeu prédéterminé au centre. On trouve également des joints cylindriques, des joints filetés et des joints labyrinthes dans les enceintes antidéflagrantes.

AutorisationLes paramètres du joint nécessitent un contrôle précis. La distance maximale admissible entre les joints de l'enceinte antidéflagrante est généralement comprise entre 0,1 et 0,5 millimètre. Plus l'écart est faible, plus l'étanchéité est efficace.

LargeurLa largeur correspond à la longueur minimale de la surface de contact métallique que la flamme doit traverser. En règle générale, plus la largeur de votre enceinte antidéflagrante est importante, meilleur est le refroidissement.

Rugosité de surfaceLe joint doit être lisse et plat pour garantir un écartement stable, ce qui favorise la conduction thermique. La rugosité de surface (Ra) ne doit généralement pas dépasser 6,3 µm.

Fixation et étanchéité

Fixations spécialesLe nombre, la résistance et la profondeur des boulons de l'enceinte antidéflagrante sont strictement spécifiés. Généralement, les têtes de boulons de votre enceinte antidéflagrante doivent garantir qu'elles ne se desserreront pas et ne seront pas projetées lors d'une explosion.

Joints d'étanchéité non élastiquesIl convient de noter que les matériaux d'étanchéité élastiques sont interdits pour l'étanchéité des joints coupe-feu. Les joints antidéflagrants sont généralement réalisés par usinage métal sur métal de précision.

Étanchéité statiquePour les points d'étanchéité statique non dangereux de votre enceinte, tels que la plaque signalétique et la fenêtre de votre enceinte antidéflagrante, ces pièces peuvent utiliser des composants d'étanchéité élastiques résistants au vieillissement.

Gestion thermique

Le boîtier antidéflagrant exige un contrôle strict de la température. Une chaleur excessive peut endommager les composants électriques. Son utilisation en milieu explosif augmente également le risque d'explosion.

Dans un environnement explosif, la température d'un boîtier antidéflagrant ne doit pas dépasser la limite de son groupe de température certifié. Par exemple, T4 ≤ 135 °C, T6 ≤ 85 °C. Les boîtiers antidéflagrants sont généralement fabriqués avec des matériaux à haute résistance thermique, ce qui préserve la sécurité du boîtier. Les boîtiers des équipements de forte puissance sont généralement équipés de systèmes de refroidissement et de dispositifs de dissipation thermique spécifiques.

Conformité et marges de sécurité

L'armoire antidéflagrante doit être conforme aux normes de sécurité internationales, telles que IECEx, ATEX et NEC. Les armoires électriques antidéflagrantes certifiées garantissent sécurité et fiabilité en environnements dangereux. Il convient de vérifier que l'armoire antidéflagrante comporte les informations essentielles, telles que les marquages antidéflagrants, les logos des organismes de certification, les numéros de certificat, etc.

Comment les boîtiers électriques réduisent les risques d'explosion

Les enceintes antidéflagrantes vous aident principalement à réduire le risque d'explosion grâce aux quatre niveaux interdépendants suivants, de manière systématique et progressive.

Isolement spatial

L'enceinte crée une barrière physique entre l'intérieur et l'environnement extérieur. Elle garantit que toute étincelle, tout arc électrique ou toute surface chaude interne reste strictement confinée à l'intérieur de la cavité. À l'extérieur, elle empêche l'infiltration rapide et massive de gaz dangereux. Cela réduit considérablement la probabilité et la concentration de formation de mélanges explosifs internes. En résumé, elle contribue à réduire la possibilité de présence simultanée de combustibles, d'oxydants et de sources d'inflammation dans l'espace.

Confinement sous pression et conversion d'énergie

Le boîtier, grâce à sa très haute résistance mécanique, absorbe et dissipe l'énergie mécanique de l'explosion. Cette haute résistance empêche la fissuration du boîtier et la projection de fragments métalliques, éliminant ainsi le risque majeur de dommages matériels liés aux défaillances électriques. De plus, l'énergie de l'onde de choc est convertie en une infime déformation élastique et en énergie sonore au sein du boîtier, réduisant ainsi l'énergie cinétique destructrice de l'explosion.

Éteignez les flammes

Lorsqu'une explosion se produit à l'intérieur d'une enceinte antidéflagrante, des flammes à haute température et des produits de combustion sont générés. Ces produits, contraints de passer à travers des brides étroites et précises, voient leur chaleur rapidement transmise à l'enceinte métallique. La température des flammes est ainsi brutalement abaissée en dessous du point d'auto-inflammation du gaz inflammable extérieur. Il s'agit du principal mécanisme de refroidissement des flammes.

Deuxièmement, la réaction en chaîne de combustion nécessite des radicaux libres très actifs pour se maintenir. Les parois de l'enceinte métallique peuvent adsorber et combiner ces radicaux libres, interrompant ainsi la réaction en chaîne de combustion.

Le résultat final est que la substance éjectée du joint passe d'une flamme à haute température et très active à un gaz d'échappement chaud, inerte et à basse température. Cela signifie également que les conditions propices au déclenchement d'énergie chimique et thermique dans l'environnement extérieur sont totalement éliminées. On bloque ainsi la voie principale de propagation de la catastrophe.

Conception normalisée et compatibilité du système

Coefficient de sécurité : La pression de conception de l’enceinte antidéflagrante est largement supérieure à la pression d’explosion maximale théorique. Cette conception permet de faire face aux anomalies imprévues.

Gestion de la classification : La conception du produit est généralement rigoureusement catégorisée selon les groupes de gaz (IIC, IIB, IIA) et les groupes de température (T1 à T6). Ceci vous permet de bénéficier d’une protection renforcée dans les environnements les plus dangereux. En adaptant la protection aux risques, vous évitez ainsi une protection insuffisante ou excessive.

Compatibilité systématique : Tous les accessoires de l'enceinte antidéflagrante doivent subir le même niveau de certification afin de garantir que l'ensemble du système de barrière soit irréprochable.

Normes et certifications

Le caractère antidéflagrant d'un boîtier ne se définit pas par son apparence ou l'épaisseur des matériaux utilisés. Il doit satisfaire aux normes internationales reconnues telles que ATEX et IECEx., UL, qui testent sa capacité à contenir en toute sécurité une explosion interne sans enflammer l'atmosphère environnante.

ATEX (Europe)

ATEX est une norme réglementaire obligatoire au sein de l'Union européenne. La directive ATEX 2014/34/UE s'applique principalement aux équipements et systèmes de protection. Conformément à cette directive, tous les équipements antidéflagrants mis sur le marché de l'UE doivent porter les marquages CE et Ex. Elle contient des directives régissant les responsabilités respectives des fabricants et des employeurs.

La réglementation ATEX classe les environnements dangereux en fonction de la fréquence d'apparition d'atmosphères explosives gazeuses. Les informations suivantes concernent spécifiquement les gaz et les vapeurs :

Zone 0En fonctionnement normal, l'atmosphère explosive persiste en permanence ou pendant une longue période.

Zone 1Des gaz explosifs peuvent être présents en fonctionnement normal.

Zone 2: L'environnement opérationnel a peu de chances de contenir une atmosphère explosive, et ce, pour une courte durée.

Pour les environnements d’exploitation poussiéreux, la directive définit également les zones 20, 21 et 22.

Les instructions sont classées en trois catégories selon les zones dangereuses auxquelles l'équipement est destiné. La catégorie 1 convient aux zones 0 et 20 et offre une très haute protection. La catégorie 2 convient aux zones 1 et 21 et offre une protection élevée. La catégorie 3 convient aux zones 2 et 22 et offre une protection normale.

IECEx (International)

IECEx est un système de certification international développé par la Commission électrotechnique internationale. Reconnue dans les régions hors d'Europe, IECEx est une norme de certification mondialement reconnue. Choisir des produits certifiés IECEx permet de réduire le nombre de certifications nécessaires dans plusieurs pays. IECEx et ATEX sont très similaires sur le plan technologique et partagent les mêmes concepts de protection, tels que Ex d, Ex e, Ex i et Ex t. La plupart des produits possèdent généralement une double certification.

NEC/CEC (Amérique du Nord)

En Amérique du Nord (États-Unis et Canada), les enceintes antidéflagrantes sont généralement classées selon un système de classification. Actuellement, une classification par région est également acceptée.

Les normes NEC et CEC classent les substances dangereuses en trois catégories selon leur nature : classe I (gaz et vapeurs), classe II (poussières combustibles) et classe III (fibres et particules en suspension). Elles les divisent également en division 1 (danger présent en conditions normales) et division 2 (danger présent en conditions anormales) selon la fréquence d’occurrence des conditions.

Il existe différents groupes pour les différents gaz : le groupe A (acétylène), le groupe B (hydrogène), le groupe C (éthylène) et le groupe D (propane). Les poussières sont également classées en trois catégories : E, F et G.

UL/CSA

En Amérique du Nord, les enceintes antidéflagrantes sont généralement certifiées par Underwriters Laboratories (UL – États-Unis) et l'Association canadienne de normalisation (CSA – Canada). Ces certifications reposent sur des essais démontrant que les enceintes antidéflagrantes résistent aux explosions internes, que les voies d'évacuation des flammes permettent de refroidir les gaz qui s'échappent et d'empêcher leur inflammation dans l'atmosphère extérieure. Les enceintes antidéflagrantes certifiées doivent également satisfaire à des exigences mécaniques et thermiques.

Protection contre les infiltrations vs protection contre les explosions

Il convient de noter que Indices de protection IP Les normes NEMA protègent principalement contre la poussière et l'eau, tandis que les normes NEMA privilégient la protection de l'environnement. Bien que ces deux normes présentent un certain chevauchement avec la protection des zones dangereuses, elles ne sont pas équivalentes aux normes ATEX ou IECEx. Par conséquent, un boîtier résistant à la poussière et à l'eau n'est pas antidéflagrant.

Applications des boîtiers électriques antidéflagrants et ignifugés

Industrie pétrolière et gazière

L'industrie pétrolière et gazière est le secteur qui impose les exigences les plus strictes en matière de sécurité antidéflagrante et qui possède le plus vaste champ d'application. Ses applications couvrent l'ensemble du processus d'extraction, de transport et de raffinage. Dans ces environnements, tels que les plateformes offshore, les raffineries et les usines de traitement, des gaz inflammables et explosifs sont présents ou se manifestent fréquemment.

Ces environnements sont principalement de zone 1. Ils contiennent de nombreux dispositifs susceptibles de devenir des sources d'inflammation. Les enceintes antidéflagrantes permettent de prévenir les risques d'inflammation liés à des défauts internes ou à des explosions.

Usines de traitement chimique et fabrication pharmaceutique

Ces deux industries présentent des environnements de production similaires. L'industrie pharmaceutique est soumise à des exigences d'hygiène supplémentaires. Les deux environnements contiennent des vapeurs de solvants complexes et des poussières inflammables. Le risque lié aux poussières est plus important dans le processus de fabrication des médicaments. Les sources d'inflammation cachées se trouvent principalement dans les systèmes de contrôle automatisés, tels que les mélangeurs et les séchoirs.

Dans cet environnement, votre enceinte antidéflagrante doit répondre simultanément aux exigences de protection contre les explosions de gaz (Ex d, Ex e) et de poussières (Ex tD). Vous pouvez également opter pour une enceinte de protection composite. De plus, votre enceinte antidéflagrante doit résister aux rinçages fréquents et intensifs aux agents de nettoyage chimiques ainsi qu'à la corrosion.

Exploitation minière

Dans un environnement saturé de méthane et de poussière de charbon, tout équipement électrique doit être installé dans un boîtier de très haut niveau de protection. Pour les boîtiers électriques, il convient généralement d'opter pour des modèles antidéflagrants et à sécurité intrinsèque.

Outre la protection contre les explosions, les enceintes doivent également présenter une résistance mécanique extrêmement élevée (indice IK). Ceci permet de prévenir efficacement les dommages causés par les impacts de pierres. Il est donc nécessaire de choisir des enceintes dotées de brides renforcées et de nervures de renfort.

Énergie renouvelable

Dans le secteur des énergies renouvelables, les applications courantes incluent la production d'électricité à partir de biogaz, d'hydrogène et d'énergie éolienne. Ces installations de production d'énergie étant généralement situées dans des zones reculées, il est nécessaire de choisir des enceintes résistantes aux intempéries et de protéger les équipements contre le brouillard salin et les rayons ultraviolets.

Pour les installations d'hydrogène, il est impératif d'utiliser des enceintes antidéflagrantes de classe IIC (groupe de gaz). Il s'agit du niveau de protection le plus élevé actuellement en vigueur contre les explosions de gaz.

fabrication industrielle

Le secteur de la production industrielle est vaste, mais il ne faut pas sous-estimer ses risques. Les principaux risques dans cet environnement proviennent des poussières inflammables, telles que les poussières métalliques, de bois, de plastique, etc.

Dans les zones où la poussière peut s'enflammer, les enceintes antidéflagrantes (Ex tD) doivent limiter la température de surface et empêcher la poussière de pénétrer à l'intérieur. Une première explosion dans un atelier peut soulever la poussière accumulée et provoquer une seconde explosion. Les enceintes antidéflagrantes permettent de contenir efficacement la première explosion.

Limites et idées fausses courantes

• Le boîtier est épais et bien étanche, ce qui lui confère des propriétés antidéflagrantes.

Le seul moyen de déterminer si un boîtier est antidéflagrant est de vérifier la présence d'une marque de certification de protection contre les explosions, telle que Ex, IECEx, etc. Un boîtier sans ces marques n'est qu'un boîtier électrique standard, aussi robuste soit-il.

• La rouille et le décollement du boîtier n'affectent pas la fonction antidéflagrante.

La corrosion d'un joint antidéflagrant de précision modifie la largeur de l'espace et l'état de surface, ce qui peut entraîner un dysfonctionnement. Il est donc impératif de détecter et de traiter toute trace de rouille.

• Le boîtier électrique antidéflagrant peut être utilisé dans tout environnement dangereux.

La certification antidéflagrante est soumise à des conditions spécifiques. Celles-ci concernent les catégories de gaz (IIC, IIB, IIA), les catégories de température (T1 à T6) et la plage de température ambiante (Ta). L'utilisation d'une enceinte de type IIB dans un environnement IIC est extrêmement dangereuse.

FAQ

Une enceinte antidéflagrante peut-elle empêcher complètement une explosion ?

Les enceintes antidéflagrantes ne peuvent empêcher totalement les explosions internes. Leur fonction est de contenir l'explosion et de refroidir les gaz qui s'échappent, ce qui permet d'éviter l'inflammation des gaz environnants.

Une installation incorrecte peut-elle réduire la protection contre les explosions ?

Oui. Une installation incorrecte et un entretien insuffisant réduiront considérablement, voire annuleront, la protection contre les explosions.

Comment choisir le bon boîtier électrique pour la protection contre les explosions ?

Il convient d'évaluer l'environnement, la classification des risques, les exigences du système et d'autres conditions. Ensuite, choisissez un boîtier certifié adapté à vos conditions.

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