Il riferimento legislativo principale è la Direttiva Comunitaria 94/9/CEE (Decreto 23.3.1998 n. 126) in cui si identificano le zone pericolose e i tipi costruttivi degli apparecchi adatti ad essere installati in queste zone". In questa direttiva le aree a rischio di esplosione sono "classificate in zone in base alla frequenza e alla durata della presenza di atmosfere esplosive".

DEFINIZIONI

Il L.E.L. (o L.I.E.) stabilisce percentualmente la quantità minima di gas necessaria a creare una miscela esplosiva; questo dato è importante nella classificazione delle aree pericolose.
Il M.I.E.; stabilisce la minima energia necessaria ad innescare una miscela aria-gas nella concentrazione più favorevole, è il fattore su cui si basa la tecnica della “Sicurezza Intrinseca” secondo la quale l’energia rilasciata da un circuito elettrico, anche in condizioni di anormale funzionamento, viene limitata a un valore inferiore al M.I.E.

La temperatura di accensione di una miscela aria-gas è la minima temperatura per la quale la miscela pericolosa può essere innescata senza l’apporto di energia elettrica. Questo parametro è di notevole importanza in quanto stabilisce la massima temperatura superficiale consentita per le apparecchiature poste in zona pericolosa sia in funzionamento normale che in caso di guasto e deve essere sempre inferiore alla temperatura di accensione del gas presente.

Classificazione delle aree pericolosa in Europa

In Europa, la tendenza è di seguire le raccomandazioni contenute nelle IEC 79-10 (e da Luglio 2003 quanto specificato nella direttiva ATEX), in base alle quali ogni luogo, dove è probabile la presenza di gas infiammabile, deve essere classificato secondo la suddivisione in una delle tre zone previste dalla normativa:
ZONA 0 Area nella quale, una miscela di gas esplosivo (aria-gas), é presente in maniera continuativa o comunque per lunghi periodi di tempo. Ovvero vi è presenza continua di atmosfera esplosiva.
ZONA 1 Area nella quale, una miscela di gas esplosivo, può essere presente durante il normale funzionamento dell'impianto.
ZONA 2 Area nella, quale una miscela di gas esplosivo non é normalmente presente e nel caso contrario é presente solo per brevi periodi.
Ogni altra parte dell'impianto é considerata "zona sicura".
L'individuazione quindi della zona e della classe di pericolo permette di individuare quale tipo di "impianto elettrico a sicurezza" é idoneo per soddisfare le condizioni stabilite dalla norma.
Per "impianto a sicurezza" si intende quindi un modo di realizzare l'impianto che offre quelle garanzie di protezione stabilite dalla normativa vigente.

CLASSIFICAZIONE ZONE PERICOLOSE

La classificazione delle apparecchiature

La norma Europea CENELEC EN 50014 “Regole Generali” prevede che le costruzioni elettriche (o apparecchiature) (ciò vale per EEx d, EEx i etc.) si suddividono in due gruppi, in relazione alle sostanze potenzialmente esplosive presenti :
GRUPPO I costruzioni elettriche destinate a miniere con presenza di grisou (gas metano),
GRUPPO II costruzioni elettriche destinate a tutti i luoghi con atmosfera potenzialmente esplosiva, diversi dalle miniere con presenza di grisou.
Le costruzioni elettriche appartenenti al gruppo II, in relazione al tipo di atmosfera esplosiva presente negli ambienti per i quali sono progettate, sono suddivise in IIA, IIB, IIC, come indicato nella tabella per i gas più comuni.
Una custodia del gruppo IIC può essere usata anche per i gruppi IIA e IIB cioè il grado di pericolosità nel gruppo II da A a C è crescente.

GRUPPI DI GAS

 
Classificazione delle apparecchiature in Europa e nel Nord America
 
Ogni sottogruppo del Gruppo II e della Classe I è associato a un certo numero di gas aventi energia d’innesco compresa nei valori riportati ed è rappresentato dal gas in tabella che viene utilizzato nelle prove di certificazione. Il Gruppo II C e i gruppi A e B della Classe I sono i più pericolosi perché richiedono il più basso livello di energia di innesco.
 
Classificazione delle apparecchiature in base alla temperatura superficiale

Classificazione delle temperature superficiali in Europa e nel Nord America
 
Un’'apparecchiatura posta direttamente nella zona di pericolo, deve essere classificata anche in base alla massima temperatura superficiale che essa può sviluppare sia in funzionamento normale che in caso di guasto. La massima temperatura superficiale deve essere inferiore alla minima temperatura di accensione del gas presente.

La normativa Europea EN 50014 prevede per la massima temperatura superficiale la suddivisione in sei classi da T1 a T6 assumendo una temperatura ambiente di riferimento di 40°C; nel caso questa sia diversa, la temperatura di riferimento considerata deve essere specificata sull’apparecchiatura stessa.
Ogni gas è associato ad una classe di temperatura in base alla propria temperatura di accensione.

E’ importante notare che non vi è alcuna correlazione, per una data miscela, fra l’energia di innesco e la temperatura di accensione.
A titolo di esempio, l’Idrogeno ha una minima energia di innesco, di 20 uJoules e una temperatura di accensione di 560 °C, mentre l’Acetaldeide con energia di innesco di >180 uJoule ha una temperatura di accensione di 140°C.
La massima temperatura superficiale, calcolata o misurata nelle condizioni più sfavorevoli, non va confusa con la massima temperatura di lavoro dell’apparecchiatura. Ad esempio, una costruzione elettrica, progettata per lavorare fino a 70°C di temperatura ambiente, non deve sopraelevarsi, nelle condizioni più sfavorevoli normalmente prevedibili, di più di 10 °C per essere classificata come T6.

Infatti la norma EN 50014 prevede un margine di sicurezza, sulla temperatura superficiale, di 5°C per le classi T3, T4, T5 e T6 mentre per le classi T1 e T2 il margine è di 10 °C.
E’ evidente che un’apparecchiatura classificata per una classe di temperatura può essere usata in presenza di tutti i gas aventi una temperatura di accensione più alta della classe di temperatura dello strumento; ad esempio, un’apparecchiatura, classificata come T5, può essere usata con tutti i gas aventi temperatura di accensione superiore a 100 °C.
Tutti i metodi di protezione contro il pericolo di esplosione o di incendio richiedono la classificazione in temperatura in relazione ad ogni superficie che può venire in contatto con un’atmosfera potenzialmente pericolosa.

La classificazione delle aree di pericolo in Italia è regolata dalla normativa CEI 64-2 che definisce come ZONA AD un luogo pericoloso entro il quale gli impianti elettrici devono essere eseguiti a sicurezza secondo le prescrizioni della norma.
 

Un'esplosione o un incendio si può innescare per cause dovute all'impianto elettrico solo quando in uno stesso ambiente coesistono le seguenti condizioni:

• formazione di una miscela infiammabile o esplosiva di gas o di vapori o di polveri con l'atmosfera, oppure accumulo di materiale esplosivo o combustibile
• produzione di una scintilla, di un arco o di temperature superficiali elevate in qualche componente dell'impianto.

Componenti di Sicurezza per gli Impianti (UNI 64-2)

Abbreviazioni relative a componenti di sicurezza per impianti AD

Ex-d = protezione di sicurezza a prova di esplosione
Ex-e = protezione di sicurezza del tipo a sicurezza aumentata
Ex-i = protezione di sicurezza del tipo a sicurezza intrinseca
Ex-o = protezione di sicurezza per immersione in olio
Ex-p = protezione di sicurezza a sovrapressione interna
Ex-q = protezione di sicurezza per riempimento di sabbia
Ex-XX = grado di protezione degli involucri
T1, T2,
T3, T4,
T5, T6 = classi di raggruppamento delle temperature massime superficiali ammesse per componenti di impianti elettrici a sicurezza secondo le norme CEI CT31 sulla classificazione delle temperature massime superficiali per le costruzioni elettriche per atmosfere esplosive
 
Modo di protezione EEx-d secondo CENELEC EN 50018 IEC 79.1 CEI 31.1

Si utilizzano componenti elettrici racchiusi in custodie a prova di esplosione, la cui sigla è Ex-d.
Il metodo di protezione EEx-d comunemente noto come "anti deflagrante a prova di esplosione " si basa sul concetto del contenimento, cioè tutte le apparecchiature elettriche vengono racchiuse in apposite custodie in grado di contenere una eventuale esplosione interna e di impedire la sua trasmissione verso l'atmosfera esterna (ciò si ottiene per esempio con un lungo percorso di fiamma e dei fumi prima che arrivino all'esterno; le norme in tal senso stabiliscono criteri costruttivi tipo il numero ed il tipo di filetti, l'interstizio tra due pareti affacciate; i collegamenti vanno fatti entro conduit [tubi d'acciaio zincato] con raccordi di bloccaggio vicini all'imbocco della apparecchiatura e riempiti di materiale sigillante ) Si tratta quindi di custodie sufficientemente robuste adatte a sopportare la pressione sviluppata al loro interno e da impedire che prodotti incombusti possano fuoriuscire e provocare la deflagrazione. Inoltre i gas combustibili prodotti all'interno della custodia dall'esplosione vengono laminati e raffreddati attraverso appositi giunti piani realizzati tra le diverse parti della custodia (ad esempio tra corpo e coperchio) in modo che fuoriuscendo dalla custodia non provocano l'innesco dei gas presenti nell'atmosfera.

Ogni componente é quindi prodotto in modo autonomo ed il suo grado di sicurezza non dipende da quello delle altre apparecchiature, ad esso circostanti. Inoltre la solidità meccanica delle custodie (in genere in lega di alluminio esente da rame) offre elevate garanzie che il livello di sicurezza si mantenga inalterato nel tempo.

Le cassette con Ex(d) contenete materiale AD-PE devono essere ben imbullonate con bloccanti, e corredati di targa che diffidi dall'aprire con impianto sotto tensione.
Si osservi che questo tipo di impianti sono idonei anche a circuiti di potenza.
 
CONCETTO DI CUSTODIA A PROVA DI ESPLOSIONE

Per "custodie a prova si esplosione" si intendono involucri atti a sopportare una esplosione interna dovuta alla penetrazione e successiva accensione di sostanze esplosive. Tali involucri fanno riferimento a standard costruttivi europei armonizzati, stabiliti in sede CENELEC , e precisamente :
EN 50014 Regole generali...................norme CEI 31/8
EN 50018 Protezione d.........................norme CEI 31/1

Queste custodie devono :

resistere agli effetti dell'energia sviluppata durante l'esplosione
non propagare all'esterno e quindi all'atmosfera circostante, la fiamma generata
 

GRADO DI PROTEZIONE
Tutte le custodie EEx d hanno un loro grado di protezione, come definito dalle norme CEI EN 60529. Esso è composto, al momento di due cifre, la prima relativa al contatto ed ingresso di corpi estranei solidi, la seconda alla protezione dall'ingresso di acqua.
Tutti i componenti e le custodie Ex hanno un grado di protezione predefinito in fabbrica; questo può essere talvolta aumentato con l'interposizione di un o'ring come indicato nel catalogo tecnico per ciascuna apparecchiatura.
La protezione IP è composta dal simbolo IP e da due o più cifre. La prima riguarda la protezione dalla penetrazione da corpi estranei, la seconda per la penetrazione di liquidi... più alto è il numero più alta è la protezione.
 
CERTIFICAZIONI DEI COMPONENTI
Tutti i componenti per la realizzazione di impianti elettrici con pericolo di esplosione sono provvisti di certificazione (ATEX) rilasciata da un ente autorizzato (CESI, INIEX/ISSEP, BASEEFA, ecc.) al produttore, nella quale vengono indicate le caratteristiche del componente stesso ed i limiti di impiego.

Marcatura dei componenti

Un prodotto destinato alle zone 1 e 2 viene targato come previsto dalla Norma CENELEC EN50014 come segue:

Esempio:   EEx d IIC T6
EEx : indica che la costruzione corrisponde ad uno o più modi di protezione di sicurezza secondo le norme Cenelec;
d : custodia a prova di esplosione;
II : costruzione destinata a tutti i luoghi con atmosfera potenzialmente esplosiva con sola esclusione delle miniere di grisou;
C : acetilene o idrogeno
T6 : temperatura massima superficiale della costruzione pari a 85 °C in base a EN50014.

La tabella di seguito mostra la classificazione dei gas e vapori in base ai gruppi di protezione antideflagrante ed alle temperature.