危险场所是指易燃气体、蒸气或可燃粉尘造成爆炸或火灾风险的工业环境。按分类，石化精炼厂、谷物加工厂、使用易燃溶剂的制药厂或油漆生产线都属于危险场所。这些区域安装的电气控制面板不是标准工业设备。它们是经过设计和认证的安全系统，可防止面板内的电能成为点火源。本指南解释了专门从事危险场所设备的工业控制面板供应商实际提供的产品以及如何评估它们。
要点
- 危险场所设备经过认证，而不仅仅是制造： 危险区域的工业控制面板外壳必须具有特定分类的第三方认证。该认证涵盖外壳、内部组件以及完整的组件。自我声明的合规性不足以用于危险场所安装。
- 分类决定了构造方法： I 类 1 区区域需要隔爆或本质安全构造。 2 级区域允许以较低的成本采用非易燃或增强的安全方法。提供设备的工业电力公司必须了解其中的差异，并为每个区域选择正确的保护方法。
- 危险区域中的 VFD 控制面板面临热挑战： 变频驱动器产生的热量必须散发。密封的危险场所外壳可防止热量散发。具有危险区域专业知识的电气柜供应商通过加压、热交换器或将 VFD 放置在危险区域之外来解决这个问题。
- 危险场所的文档较重： 危险区域面板携带的文档包比标准面板厚几倍。认证证书、火焰路径图纸、组件可追溯性和测试报告都是法律要求，而不是管理费用。
危险场所设备对工业控制面板意味着什么
区域分类驱动每一个设计决策
危险场所的定义是存在哪些易燃材料、存在的频率以及浓度。分类系统因地区而异，但工程原理是相同的。 IECEx 和 ATEX 的区域系统根据易燃气体出现的频率将气体危险分为 0 区、1 区和 2 区。分区系统将相同的危险分为 1 类和 2 类。0 区和 1 区是最危险的，因为可燃性气体持续存在或在正常操作条件下存在。
安装在 1 区或 1 区的工业控制面板外壳必须采用隔爆 (Ex d) 结构或本质安全 (Ex i)。隔爆外壳包含内部爆炸装置，并通过精确加工的火焰路径冷却逸出的气体。本质安全将电路中的电能限制在点燃易燃气氛所需的水平以下。这些是根本不同的工程方法，选择取决于应用。
危险区域工业生产线的自动化系统必须对每个组件应用相同的分类逻辑。为工厂供电的中 压开关设备 必须与启动和停止过程电机的控制面板相协调，这些电机要么位于危险区域内经过认证的外壳内，要么位于经过认证的电缆密封套穿透边界的区域外。 IEC 61439 标准涵盖装配验证，而 IEC 60079 系列标准涵盖防爆。两者都适用于危险场所控制面板。
危险场所电气设备的防护方法
| 保护方法 | 原理 | 典型区域/划分 | 最适合 |
|---|---|---|---|
| 隔爆型 (Ex d) | 外壳内部包含爆炸并通过火焰路径冷却逸出的气体。 | 1 区、2 区/1 区、2 区 | 具有无法使用本质安全的重要功率组件的电机起动器、开关设备和控制面板。 |
| 本质安全 (Ex i) | 通过屏障或隔离器将电路能量限制在点火水平以下。 | 0区、1区、2区 | 仪器仪表、传感器和低功耗控制电路。不适用于电机电源电路。 |
| 提高安全性 (Ex e) | 建筑通过增强间隙和质量来消除电弧、火花和热表面。 | 1区、2区 | 端子盒、接线盒和正常运行时无电弧触点的部件。 |
| 不易燃 (Ex n) | 设备在正常运行时不会着火。无需容错。 | 2 区/2 区 | 仅在异常条件下才存在易燃环境的 2 类装置。 |
| 加压 (Ex p) | 外壳内用惰性气体保持正压，以排除可燃性气氛。 | 1区、2区 | VFD控制面板和其他产生热量或具有电弧元件的设备不能采用隔爆结构。 |
| 防尘（Ex t） | 外壳排除灰尘并将表面温度限制在灰尘着火温度以下。 | 20、21、22 区 | 存在可燃粉尘危险的谷物处理、面粉加工和金属粉末加工。 |
给定面板的保护方法取决于其内部的内容。包含变频驱动器的 VFD 控制面板无法使用本质安全，因为驱动器处理的电机功率远高于本质安全限制。这些选项是防火结构，这会显着增加成本和重量，或者是加压结构，这会在标准外壳内保持正压。具有危险区域专业知识的电气柜供应商会评估热负荷、电弧电位和气体组，以便为每种应用选择正确的保护方法。
危险区域中 VFD 控制面板的热挑战
为什么变频器是危险区域中最难安装的组件
变频驱动器通过电力电子设备将交流电转换为直流电，产生的热量相当于电机额定功率的 2-5%。满载运行的 75kW VFD 功耗为 2-4kW。在密封的隔爆外壳中，没有通风口，热量无处可去。
存在三种解决方案：采用惰性气体冷却的加压外壳、使用经过认证的电缆密封套将 VFD 安装在危险区域外，或者在不进入易燃环境的情况下传递热量的热交换器。选择取决于 VFD 尺寸、环境温度和气体组。
装有谐波滤波器的定制 工业控制面板 与它们保护的 VFD 面临着相同的热限制。危险区域面板中的每个电力电子设备都会产生热量，必须在密封外壳内进行管理。危险区域中的配电 箱 功率因数校正单元增加了复杂性，因为电容器在运行期间会产生额外的热量，并且对密封外壳内的温升敏感。
选择危险场所工作的电气柜供应商
危险区域供应商需验证的四项资质
制造危险场所面板的工业电气公司是工业电气行业的一个子集。 ISO 9001 认证的质量框架是必要的，但还不够。危险场所工作需要防爆标准、火焰路径工程和认证管理方面的特定能力，这超出了一般面板建造的范围。 在危险设施中压配电侧工作的 控制面板制造商面临相同的分类要求和相同的认证流程。
危险区域项目的工业电力服务
危险场所的工业电力服务超出了面板本身的范围。电气设计必须考虑到危险区域进行维护的限制、危险区域和安全区域之间边界的额外电缆密封要求以及每个组件的温度分类。危险区域中的工业机器自动化通常使用危险区域中的远程 I/O 站，通过本质安全或光纤通信链路连接到安全区域中的主控制面板。这种架构减少了危险区域内复杂设备的数量。
提供完整危险区域解决方案的工业电力公司通常将面板、认证文件和安装指南作为一个包提供。危险设施的可能 自动转换开关 位于安全区域，功率因数校正电容器通过经过认证的馈线为危险区域配电供电。 IEA 记录 表明，与依赖非正式合规的工厂相比，拥有适当分类和认证的危险区域电气系统的工业设施发生的安全事故更少。
常见问题
是什么使得某个位置对于电气设备来说是危险的？
为什么变频器难以安装在危险场所？
电气设备的 1 类和 2 类有什么区别？
如何验证供应商是否有资格从事危险场所工作？
安装后我可以修改危险场所控制面板吗？
危险场所面板应包含哪些文件？
最后的想法
专门生产危险场所设备的工业控制面板供应商是根据其认证能力而不是其金属制品来定义的。危险区域的工业控制面板外壳是一个安全系统，必须包含或防止易燃环境着火。其内部的 VFD 控制面板需要标准供应商不实施的热工程。文件包是法律要求。在选择危险场所工作的供应商时，请在评估价格之前验证认证、保护方法专业知识和参考项目。危险区域安全没有捷径。
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