Động cơ điện phòng nổ

Động cơ điện phòng nổ – An toàn cháy nổ tuyệt đối

Trong các môi trường làm việc đặc thù như hầm lò, kho xăng dầu, nhà máy hóa chất thì việc an toàn cháy nổ là nhiệm vụ được đặt lên hàng đầu. Các thiết bị hoạt động trong môi trường đó cần đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe nhất để quá trình hoạt động sản xuất được an toàn. Một trong những thiết bị quan trọng, phổ biến và tiềm ẩn nhiều nguy cơ cháy nổ là động cơ điện. Navis xin giới thiệu khái quát về động cơ điện phòng nổ để quý vị tham khảo và hiểu rõ thêm về các đặc điểm của loại động cơ này.

1. Động cơ điện phòng nổ là gì

Động cơ điện phòng nổ (Explosion-proof motor) là loại động cơ được thiết kế đặc biệt để ngăn chặn tia lửa điện hoặc nhiệt độ cao trên bề mặt động cơ có thể gây ra cháy nổ trong môi trường nguy hiểm.

2. Cấu tạo

Động cơ điện phòng nổ có cấu tạo tương tự như động cơ 3 pha hoặc 1 pha nhưng khác về thiết kế búi dây và lớp vỏ. Thiết kế động cơ phải đảm bảo giảm nhiệt tối đa trong quá trình làm việc.

2.1. Cấu tạo Stato

Stato là phần tĩnh của động cơ, được cấu tạo từ lõi thép và dây quấn.

– Lõi thép stato có hình trụ do các lá thép từ kỹ thuật được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh hướng trục, lõi thép được ghép vào vỏ thiết bị. Lõi thép này thường có chất lượng cao hơn để giảm khả năng phát nhiệt.

– Dây quấn thường được làm bằng đồng, đôi khi để tối ưu chi phí có thểm làm bằng nhôm. Dây được bọc cách điện, tạo thành các búi và được đặt trong các rãnh của lõi thép. Dây quấn có chất lượng cao để giảm nhiệt khi hoạt động.

2.2. Cấu tạo Roto

Roto là phần quay gồm lõi thép từ, dây quấn và trục máy. Có hai kiểu roto thông dụng là lồng sóc và dây quấn.

– Lõi thép gồm các lá thép từ kỹ thuật được dập rãnh mặt ngoài ghép lại tạo thành các rãnh hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục.

– Dây quấn được làm bằng thanh dẫn đồng (Roto lồng sóc) hoặc các sợi dây đồng quấn lại có cổ góp (Roto dây quấn).

2.3. Vỏ động cơ

Vỏ động cơ là bộ phận bao bọc Stato và Roto, có kết cấu chân đỡ hoặc mặt bích. Có thể sử dụng ổ đỡ roto bằng bi hoặc bạc tùy theo tốc độ quay và tải hoạt động.

Thông thường vỏ động cơ được làm bằng hợp kim nhôm, thép hoặc gang đúc. Bề mặt vỏ có các rãnh để quạt thổi gió tản nhiệt làm mát động cơ. Vỏ này phải đảm bảo nhiệt độ trên bề mặt là thấp nhất, an toàn khi bị bụi dễ cháy bám lên.

Điểm khác biệt ở vỏ động cơ phòng nổ là hộp cực. Bộ phận này có tác dụng đấu nối với nguồn điện và cũng là điểm dễ phát sinh tia lửa nhất.

Vỏ động cơ thường được đúc nguyên khối, dày dặn, các chỗ ghép nối phải kín khít hoàn toàn để khi có sự cố bên trong thì khí nóng hoặc tia lửa điện không phát sinh được ra bên ngoài.

3. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động dựa vào lực từ trường. Khi ta cho dòng điện 3 pha hoặc q phá có tần số f vào các đầu dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ là n = 60f/p (vòng/phút).

Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn roto cảm ứng các sức điện động, lực tương hỗ giữa roto của máy với từ trường thanh dẫn roto, kéo roto quay cùng chiều từ trường với tốc độ n.

Vì từ trường tác động tương hỗ nên tốc độ quay của roto không bằng tốc độ quay n của từ trường. Do đó, ta gọi là động cơ không đồng bộ.

4. Phân loại động cơ điện phòng nổ

Có nhiều cách phân loại động cơ phòng nổ, nhưng thông thường ta phân loại theo một số cách sau như sau:

4.1. Phân loại theo kiểu bảo vệ (Protection Type)

– Ex d: Vỏ không xuyên nổ (Flameproof). Ngăn cháy nổ bằng vỏ kín chịu áp lực, nếu cháy nổ bên trong thì không lan ra bên ngoài.

– Ex e: Tăng cường an toàn (Increased Safety). Không phát sinh tia lửa trong điều kiện bình thường, thiết kế giảm nguy cơ quá nhiệt.

– Ex i: An toàn nội tại (Intrinsic Safety). Mạch điện được thay đổi để hạn chế dòng diện nhằm hạn chế năng lượng tia lủa điện và nhiệt độ bề mặt.

– Ex n: Không phát tia lửa (Non-sparking). Đây là biện pháp chống cháy nổ cấp độ thấp nhất, được sử dụng ở khu vực nguy hiểm thấp Zone 2.

– Ex p: Tăng áp  (Pressurized). Bơm khí vào bên trong để ngăn khí cháy xâm nhập.

4.2. Phân loại theo môi trường nguy hiểm (Zone0

• Khu vực khí (gas)

– Zone 0: Luôn có khí cháy

– Zone 1: Thường xuyên có khí cháy

– Zone 2: Ít khi xuất hiện

• Khu vực bụi (Dust)

– Zone 20: Luôn có bụi cháy

– Zone 21: Thường xuyên

Zone 22: Ít xảy ra

4.3. Phân loại theo cấp nhiệt độ (Temperature Class)

Đảm bảo nhiệt độ bề mặt động cơ không đủ nóng để gây cháy, với 6 cấp độ như sau:

– T1: Nhiệt độ tối đa 450 ̊C

– T2: Nhiệt độ tối đa 300 ̊C

– T3: Nhiệt độ tối đa 200 ̊C

– T4: Nhiệt độ tối đa 135 ̊C

– T5: Nhiệt độ tối đa 100 ̊C

– T6: Nhiệt độ tối đa 85 ̊C

4.3. Phân loại theo nhóm khí (Gas Group)

– IIA: Khí ít nguy hiểm (propane)

– IIB: Trung bình (ethylene, khí dễ cháy)

– IIC: Nguy hiểm cao (hydrogen, acetylene)

5. Ưu điểm

– An toàn tuyệt đối trong môi trường cháy nổ

– Tuân thủ theo các tiêu chuẩn quốc tế

– Hạn chế phát sinh tia lửa điện và nhiệt độ

– Vận hành ổn định, tuổi thọ cao.

6. Ứng dụng

Động cơ điện phòng nổ được ứng dụng trong những ngành công nghiệp đặc thù dễ cháy nổ như:

– Nhà máy hóa chất, dầu khí, kho chứa xăng dầu.

– Nhà máy thiết bị quốc phòng, sản xuất vũ khí.

– Hầm mỏ, hầm lò khai thác than và khoáng sản.

– Trong các thiết bị như: Quạt ly tâm, quạt hướng trục, quạt hút mái, quạt phản lực, quạt thông gió nối ống.

7. Cách chọn động cơ điện phòng nổ

Tùy theo môi trường làm việc mà ta chọn động cơ phòng nổ theo các bước sau:

7.1. Xác định môi trường làm việc

Môi trường làm việc quyết định đến việc chọn cấp độ phòng nổ cho động cơ. Để an toàn cao ta có thể chọn dư động cơ cao hơn một cấp nếu cần thiết.

7.2. Xác định tải hoạt động

Ta cần xác định đặc điểm hoạt động của loại thiết bị đó để xem là tải nặng hay tải nhẹ.

– Thiết bị tải nhẹ thì yêu cầu moment khởi động nhỏ, tải tăng từ từ do đó ít gây quá tải động cơ. Các thiết bị tải nhẹ như: Quạt công nghiệp, bơm nước, máy thổi khí…

– Thiết bị tải nặng thì yêu cầu moment khởi động lớn, tải đã nặng ngay từ đầu, dễ gây quá tải động cơ. Các thiết bị tải nặng như: Các loại máy nghiền cát, đá, nghiền gỗ, máy trộn bê tông, máng cào vỉa, băng chuyền than…

7.3. Chọn công suất động cơ

Sau khi xác định được loại tải, ta chọn công suất động cơ có thêm hệ số an toàn. Mỗi mức công suất, cường độ vận hành và tải hoạt động sẽ có hệ số an toàn khác nhau tùy theo loại thiết bị.

Hệ số an toàn này có thể tham khảo chi tiết tại các sổ tay thiết kế máy hoặc theo chuẩn của một số lĩnh vực. Có thể tham khảo sơ bộ như sau:

– Tải nhẹ: Bơm, quạt, máy nén… thường hệ số an toàn K từ 1.1 đến 1.4.

– Tải nặng: Máy nghiền, máy ép, máy trộn, cào vỉa…thường hệ số an toàn K từ 1.5 đến 2.

7.4. Chọn tốc độ và điện áp

Tùy theo yêu cầu thiết kế mà tốc độ đồng bộ của động cơ với điện áp 380V, tần số 50Hz có tốc độ quay đồng bộ là 3000; 1500; 1000; 750 (vòng/phút).

Tốc độ không đồng bộ phụ thuộc vào từng đơn vị sản xuất, thường thấp hợp tốc độ đồng bộ khoảng 5 đến 10%.

Đối với động cơ công suất nhỏ dưới 15 kW ta thường khởi động trực tiếp. Còn động cơ lớn hơn ta cần hệ khởi động biến tần hoặc sao/tam giác để đảm bảo an toàn cho động cơ và lưới điện.

7.5. Chọn kiểu lắp đặt và các thông số khác

– Kiểu động cơ chân đế, mặt bích, hoặc chân đế kết hợp mặt bích.

– Cấp cách điện: A – 105 ̊C, E – 120 ̊C, B – 130 ̊C, F – 155 ̊C, H – 180 ̊C.

– Cấp chống nước, bụi: IP54, 55…67.

– Hiệu suất động cơ: IE2, IE3.

Để được tư vấn chi tiết, cung cấp các bản vẽ kỹ thuật và báo giá tốt nhất, Quý khách vui lòng liên hệ với Navis theo các thông tin sau:

Hotline: 09848 26692  ||  Email: info@navisgroup.vn  ||  Website: navisgroup.vn