Patlama riski olan ortamlarda elektrik tesisatı

Sosyal Güvenlik Kurumu’nun (SGK) yayınladığı 2010 yılı istatistiklerine göre 324 kişi yanıcı maddelerin ateş alması ve patlamasından ileri gelen kazalara uğramıştır. Bu tehlikenin önüne geçmek için mevcut teknolojik yenilik ve imkanların kullanılması gerekir.

1. TANIMLAR

A. PATLAYICI ORTAM

Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı’nın çıkardığı “Patlayıcı Ortamların Tehlikelerinden Çalışanların Korunması Hakkında Yönetmelik” e göre patlayıcı ortam; yanıcı maddelerin gaz, buhar, sis ve tozlarının atmosferik şartlar altında hava ile oluşturduğu ve herhangi bir tutuşturucu kaynakla temasında tümüyle yanabilen karışıma denir.

Diğer bir deyişle bir ortamda patlama olması için patlayıcı madde, oksijen (hava) ve ateşleme kaynağı olmalıdır. Bu üç madde bir arada olursa ancak patlama meydana gelir. Bunlardan herhangi biri olmazsa ortamda patlama riski bulunmamaktadır.

B. PATLAMA RİSKİ BAKIMINDAN TEHLİKELİ ORTAMLARIN SINIFLANDIRILMASI

Çalışanların sağlık ve güvenliklerini korumak amacıyla özel önlem alınmasını gerektirecek miktarda patlayıcı karışım oluşturabilecek yerler “Patlayıcı Ortamların Tehlikelerinden Çalışanların Korunması Hakkında Yönetmelik” e göre tehlikeli kabul edilmiştir. Bu tip yerler içerdiği tehlike derecesine, havada bulut halinde bulunan yanıcı tozların ve gaz, buhar, sis halinde ki parlayıcı maddelerin ortamda ki oranına göre sınıflandırılmaktadır.

2. PATLAMA RİSKİ OLAN ORTAMLARDA ELEKTRİK YÜZÜNDEN OLUŞABİLECEK PATLAMANIN SEBEPLERİ

Patlama riski olan ortamlarda elektrik arkından, elektrikli aletlerin yüzeylerinin çalışma esnasında ısınmasından ve statik elektrikten dolayı patlamalar meydana gelebilir. Bu faktörler, daha detaylı ele alındığında şu alt başlıklar ortaya çıkmaktadır:

Elektrik ark ve kıvılcımı: Şalterler açılıp kapandıklarında, elektrostatik olarak yüklü elemanlar deşarj olduklarında, kablolar hasar gördüklerinde veya herhangi bir kısa devre anında meydana gelen dengeleme akımı nedeniyle ark-kıvılcım oluşabilir.

Sıcak yüzeyler: Elektrikli aletlerin yüzeylerinin çalışmalarından dolayı ısınır ve patlama riski olan ortamlarda tehlike arz eder.

Statik elektrik: Statik elektrik, fark edilemediği için yol açtığı kazalar beklenmedik ve bazen ölümcül olabilir. Bu nedenle patlama riski olan tesis ve ortamlarda anti statik yani sürtünmeyle elektriklenmeyen malzemeler kullanılır.

Çeşitli yönetmelik ve standartlarda yapılan değişikliklerle patlayıcı ortamlarda kullanılacak elektrikli ekipmanların ex-proof (explosion proof, alev sızdırmaz) olması zorunlu hale getirilmiştir. Avrupa Birliği’nin kısaca ATEX olarak bilinen “Directive 94/9/EC of the European Parliament and the Council of 23 March 1994 on the Approximation of the Laws of The Member States Concernıng Equipment And Protective Systems Intended For Usein Potentially Explosive Atmosphere” direktifinde patlama riski bulunan ortamlarda kullanılan teçhizatların ex-proof olması gerektiği belirtilmiştir.

Ex-proof özellikli aletler, çalışma esnasında hiçbir şekilde kıvılcım sızdırmadığı için patlamayı önleyebilir. Çünkü bir ortamda patlama olması için açık ateş ve ya kıvılcım kaynağı olması gerekir. Ex-proof özelliğe sahip teçhizatlar sayesinde ortamda patlama riskinin önemli ölçüde önüne geçilmiş bulunmaktadır. Doğal olarak patlayıcı ortamlarda elektrikli aletlerden kaynaklı patlamaları önlemek için sadece ex-proof nitelikli teçhizatların kullanılması yetersiz kalmaktadır. Patlama riski olan ortamlarda elektrik kaynaklı patlamaların önüne geçebilmek için yapılması gereken şunlardır:

• Elektrikli cihaz ve tesisatı, eğer mümkünse öncelikli olarak patlayıcı gazın hiç olmadığı ve ya en az olduğu yerlere kurulmalıdır.
• Tehlikeli yerlere kurulacak elektrik tesisatı ve teçhizatı, ortama uygun yani ex-proof olmalı, yasal olarak gerekli sertifikalara ve teknik özelliklere sahip olmalıdır.
• Elektrik kabloları mümkün olduğunca eksiz ve tek parça olmalıdır. Böylece bağlantı noktalarında meydana gelen kıvılcım ve arkların önüne geçilmiş olur.
• Tehlike sınıfıyla kullanılacak elektrikli cihazların nitelikleri birbirine uygun olarak seçilmelidir.
• Tehlikeli bölgelerde bulunan elektrikli cihazların bağlantıları ve birbirine uygunluğu incelenmelidir.
• Elektrikli cihazların ark çıkarmayan tipleri kullanılmalıdır.

3. ELEKTRİK ALETLERİNDE UYGULANAN KORUMA YÖNTEMLERİ

3.1 ELEKTRİK MOTORLARI

Sanayide kullanılan elektrik motorlarının büyük çoğunluğu sincap kafes tipi asenkron motorlardır. Bu motorlar, tam kapalı olup normal çalışmalarında ark çıkarmaz. Ancak dış yüzeyleri ısınabilir. Bu nedenle, genel kanı elektrik motorlarının ark çıkarmadığı yönündedir. Fakat piyasada çok az da olsa kullanılan fırçalı “bilezikli asenkron” ve doğru akım motorları mevcuttur. Bu motorların fırçalarından sürekli ark çıkmaktadır.

Bu yapıları itibarı ile elektrik motorlarında üç tip koruma yöntemi tatbik edilmektedir.

a. Ex-d tipi korumalı elektrik motorları: Her tip motora tatbik edilebilir. Ex-d tipi korunan motorun gövdesi I.grup gazlarda (metan) 10 atmosfer, II. grup gazlarda ise 15 atmosfer statik basınca dayanıklı olmak zorundadır. Bu ise motorun ağırlığını artırır. Gövdenin mukavim ve flanş yüzeylerinin alevi soğutacak kadar geniş imal edilmesi gerekir. Dönen kısımlarda verilen toleranslar çok düşüktür ve keçelerin sık sık bakımdan geçmesi gerekir. Pahalı fakat güvenli bir yöntemdir.

b. Ex-e tipi korumalı elektrik motorları: Yapısı icabı ark çıkarmayan “sincap kafes asenkron” elektrik motorlarında tatbik edilebilmektedir. Ex-e tipi korunmuş bir motorun gövdesi 10 veya 15 atmosferlik bir statik basınca dayanıklı olmak zorunda değildir. Bu nedenle Ex-d tipi motorlara kıyasla daha hafiftirler. Gövdede emniyet açıklığı (safe gap) ve minimum alev yolu (L) gibi hassas ölçüler istenmediğinden, işlenmiş yüzeylere ve sıkı bağlantılara gerek duyulmamaktadır.

Bu nedenle gövde imalatı Ex-d tipi muhafazaya göre daha ucuzdur. Fakat bu avantajlarının yanında sargıların izolasyon sınıfı yüksek ve termistörlerle (direnci ısıya bağlı olarak değişen devre elemanıdır) korunmuş olmaları gerekmektedir. Sargıların yanmasını dolayısı ile herhangi bir kısa devreyi önlemek için sargıların içine termistör yerleştirilir. Bu termistörler kumanda devresine bağlanmalıdır.

c. Ex-p, tipi korumalı elektrik motorları: Ex-e tipi korumanın mümkün olmadığı veya Ex-d tipi korumanın çok külfetli olduğu hallerde büyük ve fırçalı motorlarda uygulanır. Soğutma mekanizması motorun soğumasına da yardımcı olacağından bazı avantajları vardır. Fakat yine de gerek soğutma sisteminin bakımı gerekse işletme giderlerinin yüksekliğinden dolayı pek yaygın değildir.

d. Ex nA ark çıkarmayan (non sparkıng) motorlar:  Ex nA tipi non sparking koruma, Ex-e tipi korumanın biraz hafifletilmiş şeklidir. Yüzey ısıları hem stator ve hem de rotorda dikkate alınarak, prototip deneylerinde ölçülmektedir. Ex-e’den farkı, 5 saniye olan kalkış zamanının ve kalkma akımın nominal akıma oranı 10 olması şartının aranmamasıdır. Ex nA motorların normal motorlardan farkı rotor ısılarının da denenmiş olması, aşırı ısınmamasıdır.

Motor sargılarına termistör konulması şartı yok ise de günümüzde normal motorlara da termistör konulmakta ve korumaya alınmaktadır. Bu tip motorlar, Zon 2’de kullanılmaktadırlar. Pervane ile kapak veya koruyucu ızgara arasındaki açıklık 1 mm’den az, 5 mm’den fazla olamaz. Mega watt düzeyindeki çok büyük motorlarda ark olaylarına rastlandığı için Ex-e veya Ex-nA tipi koruma uygulamak tavsiye edilmemektedir.

e. Motor soğutma pervanesi: Motorların soğutma pervanelerinin herhangi bir nedenle gövde veya kapağa çarparak mekanik yönden ark çıkartarak patlayıcı ortamı tehlikeye atma durumu mevcuttur. Bunun için standart koyucu pervaneye ve gövdeye olan uzaklığına bazı kısıtlamalar getirilmiştir (TSE’nin EN 50014 sayılı standardında detaylar mevcuttur). Mesela pervane metalik değil ise anti statik olmak zorundadır, kapaktan açıklığı en az 1 mm olmalıdır.

f. Örnek motorlar ve önemli aksamları: Bu motorların dış görünüş itibarı ile diğer normal motorlardan farkı kablo klemenslerinin iri oluşudur. İç yapıda en önemli ayrıntı yataklamadadır. 0.5 mm gibi çok kücük bir açıklığı tutturabilmek kolay bir olay değildir. Normal motorlara göre gereksiz gibi görülen ayrıntılar,  exproof motorlarda hayati önem taşımaktadır.

3.2 DEVRE KESİCİ VE YOL VERİCİLER

Devre kesici ve yol verici gibi şalt cihazları, normal çalışmaları icabı ark çıkaran aletlerdir. Kesme kapasitesini tutturabilmek için şalterin gövdesi istenildiği kadar büyük seçilememektedir. Baralar arası mümkün olduğunca yakın tutulmak zorundadır. Yeraltı madenlerinde robustluk ve neme karşı korunma gerekçesi ile yol verici veya devre kesici gibi şalterlerin tamamı d-tipi korunmuş gövde içerisine yerleştirilmektedir.

Patlama korumalı devre kesici örnekleri

İşletme şartları hafif ve nemi az olan diğer sanayi kollarında ise yalnızca ark çıkaran kısmın d-tipi korunması yani basınca dayanıklı özel muhafazaya alınması, diğer kısımların ise toz ve neme karşı korunmuş olması yeterli görülmektedir. Bu tip aletler, daha hafif ve kullanışlı olmaktadır. Bu durumda şalterler yalnızca tek tip korunmuş olmamaktadır. Şalterin ark çıkaran kontak kısmı d-tipi diğer kısımları da e-tipi korumaya alınmaktadır.

İşletme şartları hafif ve nemi az olan diğer sanayi kollarında ise yalnızca ark çıkaran kısmın d-tipi korunması yani basınca dayanıklı özel muhafazaya alınması, diğer kısımların ise toz ve neme karşı korunmuş olması yeterli görülmektedir. Bu tip aletler, daha hafif ve kullanışlı olmaktadır. Bu durumda şalterler yalnızca tek tip korunmuş olmamaktadır. Şalterin ark çıkaran kontak kısmı d-tipi diğer kısımları da e-tipi korumaya alınmaktadır.

a. Vakum ve SF6 gazlı şalterler: Bu şalterlerin ark çıkaran kısmı, tamamen kapalıdır ve patlayıcı ortamdan izole edilmiştir. Normal kuru şalterlerde olduğu gibi d ve e-tipi koruma uygulanmaktadır. Vakum (veya SF6-sülfür hexaflorit) hücre d-tipi korunmuş bir muhafaza içerisine yerleştirilmektedir. Bu şalterlerin kontakları patladığında, tehlikeli olduğundan istisnasız d-tipi muhafaza içerisine yerleştirilmektedir. Küçük boyutta Ex-d korumalı şalt panoları piyasada mevcuttur. Orta ve büyük boyuttaki şalt panolarına Ex-p tipi koruma uygulanmaktadır. Günümüzde II. grup gazlı sahalarda Ex-p tipi korunmuş şalt dolapları yaygın kullanım alanı bulmaktadır.

b. Küçük anahtarlar:  Küçük boyuttaki anahtarları d-tipi olarak imal etmek daha kolaydır. Çünkü standartlar, küçük hacimli muhafazalara bazı ayrıcalıklar tanımaktadır. Tahribat daha az ve patlama anında üretilen basınç kuvveti çok daha düşüktür.

3.3 TRANSFORMATÖRLER

Maden sanayi dışında patlayıcı ortamlara karşı önlem almak zorunda olan kimya ve petrol sektöründe güç transformatörlerini patlayıcı ortamdan izole etmek mümkündür.

Patlama korumalı dağıtım transformatörü ve nüve sargısı

Transformatör, patlayıcı ortamın bulunduğu bölgenin çok uzağına yerleştirilerek, enerji buradan kablo ile nakledilmektedir. Grizulu madenlerde ise trafoyu uzak tutmak her zaman mümkün olmayabilir. Küçük madenlerde, enerji dışarıdan iletilebilirse de uzun yeraltı tünelleri bulunan madenlerde anti grizu transformatörlerin kullanılması zorunludur.

Transformatörler, yapıları icabı normal çalışmalarında ark çıkarmadıkları halde hemen tamamı d-tipi korunmuş basınca dayanıklı mahfaza içerisine yerleştirilir. Bu ise şalterlerde olduğu gibi transformatörün ağırlığını ve maliyetini artırır. Normal çalışmalarında ark çıkarmadıkları için e-tipi korunabilecekleri akla geliyor ise de hiçbir ülkede e-tip korunmuş transformatörlere müsaade edilmemektedir. Sebebi de transformatörlerin patladığında çok tehlikeli olmaları ve genelde kullanıcının gözetiminden de çok uzak yerlerde bulunmalarıdır. Motorlarda ise durum tersinedir.

Motor işletme ve üretimle ilgili olduğu için çoğunlukla işletici motorun yanı başındadır ve ayrıca motor güçleri de trafolar kadar büyük değildir. Aynı prensip vakumlu şalterler için de geçerlidir. Yağlı trafolarda o-tipi yani yağlı koruma uygulanmaktadır. Günümüzde yağlı aletler sanayide tercih edilmemektedir. Bu nedenle resmen yasak olmamaklabirlikte, alıcı olmadığı için yağlı korunmuş ex-transformatörler imalatçılar tarafından piyasaya sürülmemektedir. Kumla korunmuş q-tipi transformatörler de mevcuttur.

Günümüzde yağlı trafo yerine kuru tip (reçineli) trafoların kullanımı yayılmaya başlamıştır. Buna rağmen d-tipi korunmaktadırlar. E veya m-tipi korumaya rastlanmamaktadır. Küçük güçteki trafolar dahi, d-tipi korumalı imal edilmektedir.

Kumanda devrelerinde kullanılan çok küçük trafolarda m-tipi korunmuş olanlar mevcuttur. Yeraltı madenleri için üretilen güç trafolarının hem giriş hem de çıkışlarında mekanik olarak bitişik kesiciler mevcuttur. Standartlar ve emniyet talimatlarında, patlayıcı gaz yükseldiğinde elektrik kesilmesi zorunluluğu ön gördüğü için bu kesiciler bitişik yapılmak zorundadır. Bu ise güç trafolarının ağırlığını artırmakta ve yeraltı tünellerine naklini zorlaştırmaktadır.

3.4 GENEL AMAÇLI EXPROOF CİHAZ VE EK KUTULAR

Sanayide kablo eklemek ve içerisine cihaz yerleştirmek maksadı ile geliştirilmiş genel amaçlı ex proof kutular mevcuttur. Bu kutular, en kötü şartlara göre denenerek sertifikalandırılmaktadır. Cihaz, bir kablo bağlama elemanı (ek kutusu) olarak kullanıldığı gibi içerisine istenirse kontaktör, sigorta veya kesici konularak bir motora yol vericisi veya herhangi bir şalt kutusu şeklini alabilmektedir. Tabi cihaza müdahale ederken kullanım talimatları göz önünde bulundurulmalıdır. Bu gibi genel amaçlı exproof kutular, kullanıcılara kolaylık ve esneklik sağladığı için yaygın kullanım alanı bulmaktadır.

3.5 KABLOLAR VE BAĞLAMA ELEMANLARI

Elektrik tesisatının ana direği kablolama ve bağlama elemanlarıdır. Patlayıcı ortamlarda yapılan elektrik tesisatlarında aydınlatma armatürlerini, elektrik motorlarını, trafoları ex proof yapılsa bile eğer kablolama teknik olarak uygun değilse(hasarlı, çok parçalı vb.) ortamda büyük bir tehlike var demektir.

Patlama korumalı kablo bağlantı kutuları

3.5.1. Kablolar: Kablolar, yapıları icabı normal çalışma şartlarında ark çıkarmazlar. Ancak herhangi bir nedenle kopar veya kasten kesilir ise ark çıkarabilirler. Ex-koruma olarak, kablolarda iki önlem alınır. Birincisi diş kılıfın zırhlı yapılarak kesilme, kopma ve ezilmenin zorlaştırılması, ikincisi de yanmanın önlenmesidir. Yandıklarında alevi ilerletmeyecek yapıda olmaları yeterli kabul edilmektedir. Yanmayı geciktirici (fire retardant) olmaları yeterlidir.

3.5.2. Geçmeli tip ekleme (fiş-priz): Geçmeli tip fiş-priz şeklindeki kablo bağlama tertibatını İngiliz uzmanlar yıllardır yeraltı ve yer üstü madenlerinde uygulamaktadır. Bu tertibatlar hareketli elektrik şebekesinde ve 10 kV’a kadar uygulanmaktadır. Kumanda devrelerinde kullanılan Ex-d tipi kablo başlıklarının çoğu pirinç veya bronz gibi paslanmaz malzemeden yapılmıştır. Normal şartlarda kolayca çekilerek açılmamalı ve ark çıkmasına neden olmamalıdır. Bu nedenle exproof kablo başlıkları diğer uygulamalara kıyasla daha detaylıdır.

KAYNAKLAR
1.  Directive 94/9/Ec Of The European Parliament And The Council Of 23 March 1994 On The Approximation Of The Laws Of The Member States Concerning Equipment And Protective Systems Intended For Use in Potentially Explosive Atmosphere
2.  Bilim, Sanayi Ve Teknoloji Bakanlığı; Muhtemel Patlayıcı Ortamda Kullanılan Teçhizat Ve Koruyucu Sistemler İle İlgili Yönetmelik
3.  Çalışma Ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı; Patlayıcı Ortamların Tehlikelerinden Çalışanların Korunması Hakkında Yönetmelik
4.  Parlayıcı, Patlayıcı, Tehlikeli Ve Zararlı Maddelerle Çalışılan İşyerlerinde Ve İşlerde Alınacak Tedbirler Hakkında Tüzük
5.  M. Kemal Sarı; Patlayıcı Ortamlar Ve Patlayıcı Ortamlarda Kullanılan Elektrik Aygıtları Hakkında Genel Bilgi
6.  Sosyal Güvenlik Kurumu 2010 Yılı İstatistikleri
7.  M. Kemal Sarı, “Patlayıcı Ortamlar Ve Patlayıcı Ortamlarda Kullanılan Elektrik Aygıtları Hakkında Genel Bilgi”
8.  www.tempapano.com; http://www.directindustry.com, erişim Şubat 2012.
9.  http://www.ehawke.com, erişim Şubat 2012.
10. http://www.atilimmakine.com.tr, erişim Şubat 2012.
11.  http://www.chem.info tr, erişim Şubat 2012.
12.  http://www.directindustry.com, erişim Şubat 2012.
13.  http://www.archiexpo.com, erişim Şubat 2012.

*Makaledeki çizim, görsel ve tabloları yazardan temin edebilirsiniz.