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Moteurs ATEX : Zone Poussières

La présence de moteurs en zone explosive impose un cahier des charges des plus rigoureux. Dans le respect des certifications ATEX et IECEx, les fabricants de moteurs actifs dans ces conditions particulières doivent respecter les exigences des directives et des normes principales CEI/EN relatives aux moteurs électriques.

Une ATmosphère EXplosive (ATEX) est un mélange avec l’air, dans les conditions atmosphériques (-20ºC à 60ºC et 0,8 bar (80 kPa) à 1,1bar (110 kPa)), de substances inflammables sous forme de gaz, vapeurs ou poussières dans lequel, après inflammation, la combustion se propage à l’ensemble du mélange non brûlé.

De nombreux secteurs sont concernés :
Agroalimentaires
Pharmaceutiques
Mines
Bois
Plastiques et résines
Colorants synthétiques
Chimie fine (broyage, remplissage, filtration…)

L’origine des incendies et explosions en zone ATEX

La combustion

Trois éléments doivent être réunis pour provoquer un incendie ou une explosion :

Oxygène (dans l’air)
Source d’inflammation (flamme, étincelle, point chaud)
Poussière inflammable

Il faut au préalable que ces 3 éléments soient présents simultanément :

Présence d’un comburant (l’Air)
d’un produit pulvérulent, combustible dans un état suffisamment divisé (une partie des particules doivent avoir un diamètre inférieur à 0,5 mm)
d’une source d’inflammation : l’ action principale de cette source est d’élever localement le nuage de poussières à une température telle que la réaction d’oxydation responsable de la combustion se produise à une vitesse suffisante.

Ces trois conditions sont appelées le triangle de feu nécessaire à la combustion.

L'explosion

L’explosion est un cas particulier de la combustion en zone ATEX, car il s’agit d’une combustion ultra-rapide.

Pour qu’une combustion puisse être qualifiée en explosion 3 autre conditions sont nécessaires :
poussières en suspension,
être dans les limites d’explosivité
avoir un confinement suffisant : en l’absence de confinement, on obtient un phénomène de flambée (combustion rapide avec production d’une flamme importante mais généralement sans effet de pression notable)

Poussières explosives : concentrations et limites

Les poussières sont catégorisées en familles :

 

Familles de poussièresExemples
AgricolesAmidon (blé), blé en vrac, farine/froment, fécule de maïs, cacao, malt, riz, farine de soja, sucre, cellulose, farine de bois
MétalliquesAluminium broyé, en paillettes, pulvérisé, cuivre, étain, silicium, zinc
ChimiquesSavon, soufre, vitamine C, bisphénol A
Matières carbonéesAsphalte, charbon de bois, graphite, lignite
Plastiques, caoutchoucCaoutchouc brut, chloré, polyéthylène, polyester, polypropylène, mousse de polyuréthanne, viscose

Les conditions d’inflammabilité

Source INRS

Selon la nature des poussières :

CIE : limite inférieure de l’explosivité  est plus ou moins faible

CSE : les limites de concentrations maximales d’explosion sont moins bien définies que celles des gaz et sont rarement mesurées. En règle générale elles sont importantes (1 à 3 kg/m3).

Avec des valeurs si importantes on ne parle plus de « nuage ».

Limites d’explosivité de quelques poussières :

 

Nuage de poussièresConcentration minimale d’explosion (g/m3)
Toner60
Aluminium en poudre40
Résine époxydique20
Charbon de bois140
Amidon de blé25
Sucre45
Vitamine C70
Cacao75

Concentration limite en oxygène (%)

Proportion maximale d’oxygène pour prévenir l’explosion de poussière obtenue  par dilution de l’air avec du dioxyde de carbone ou de l’azote

 

Nuage de poussièresInertage au CO2Inertage au N2
Aluminium27
Amidon128
Cellulose139
Charbon
1511
Papier139
Vitamine C1512
Blé11

Les sources d’inflammation

Le déclenchement de l’incendie ou de l’explosion est dû à des facteurs divers :

• Étincelles d’origine électrique
Étincelles d’origine mécanique
Surfaces chaudes
Décharges électrostatiques
Flammes nues
Foudre
etc…

Autres conditions d’inflammation :

L’EMI est l’Énergie Minimale d’Inflammation qui doit être fournie aux poussières, sous forme d’une flamme ou d’une étincelle, pour provoquer l’inflammation.

La TAI  est la Température d’Auto Inflammation, soit la plus faible température d’une surface chaude au contact de laquelle le nuage de poussières s’enflamme spontanément.

Energie Minimale d’Inflammation (EMI)

 

Nuage de poussièresEMI (mJ) Nuage
Amidon (Blé)25
Blé (Vrac)60
Cacao100
Sucre30
Cellulose80
Farine/froment60
Lait en poudre50
Riz100

Température d’Auto-Inflammation (TAI)

 

Nuage de poussièresTAI (°C) – Couche
TAI (°C) – Nuage
Amidon (Blé)380400
Blé (Vrac)220500
Cacao240510
Sucre400370
Cellulose270480
Farine/froment440440
Lait en poudre200490
Riz450510

Classement des zones

Elle se fait en accord avec la directive 1999/92/CE et sous la responsabilité de l’utilisateur.

Description des zones dangereusesGaz et vapeursPoussières
Un emplacement où une atmosphère explosive est présente en permanence ou pendant de longues périodes ou fréquemment.Zone 0Zone 20
Un lieu où une atmosphère explosive peut se produire occasionnellement en fonctionnement normal.Zone 1Zone 21
Un emplacement où une atmosphère explosive n’est pas susceptible de se présenter en fonctionnement normal ou, s’il ne se présente néanmoins, pour une courte période (généralement pas plus
de 2 heures).
Zone 2Zone 22
Emplacement non dangereuxHors zoneHors zone

Exemple de classement de zones poussières :

Les modes de protection et leurs symboles

Tableau de synthèse corrélant les modes de protection Ex avec les classements des zones ATEX (Note : les moteurs électriques ne sont pas concernés par la zone 0) 

 

SymboleModes de protectionPrincipe
Ex dAntidéflagrantContenir une explosion interne, et prévenir la propagation vers l’environnement extérieur.
Ex deAntidéflagrant avec boite à bornes à sécurité augmentéeSimilaire à l’Ex d, mais une attention spéciale à la boite à bornes.
Ex eSécurité augmentéePrévenir l’apparition d’arcs ou des étincelles en fonctionnement normal ou dans des conditions anormales spécifiées.
Ex nAnti-étincellesPrévenir l’apparition d’arcs ou des étincelles ou toute autre source d’inflammation en fonctionnement normal.
Ex tb Protection  contre les poussières (Zone 21)Empêcher la pénétration de poussières à l’intérieur de l’enveloppe .
Ex tcProtection  contre les poussières (Zone 22)
Ex pSurpression interneEmpêcher la formation ou l’entrée d’une atmosphère explosive à l’intérieur de l’enveloppe.

Les moteurs électriques pour zones 21 et 22

Les moteurs dédiés aux zones 21 et 22 (Ex tb et Ex tc) répondent à des caractéristiques techniques exigeantes :  

• Type de protection pour atmosphères de poussières combustibles

Enveloppe qui assure la protection contre la pénétration de poussière (les couches de poussière sont interdites à l’intérieur de l’enveloppe).

Limiter la température de surface pour éviter l’inflammation d’une couche ou des brouillards de poussières. Il est également impératif de disposer de protections visant à limiter l’élévation de la température.

Ancienne norme : II 2 D – IP65 T125°C

Nouvelle norme : II 2 D – Ex tb IIIC T225°C Db IP6X

Selon les dernières révisions des normes

EN 60070-0 et EN 60079-31

En respectant scrupuleusement les normes et les directives dans la fabrication de ses moteurs électriques destinés aux zones ATEX, WEG participe à la sécurité des sites de production.

Les indices de protection IP

L’indice de protection indique l’étanchéité requise des produits et moteurs électriques pour une catégorie donnée.

Indice de protection = IP X X

1er chiffre : protection contre les corps solides (5 : poussière – 6 : étanche)
2e chiffre : protection contre liquides

 

Emplacement dans lequel l’appareil peut être installé :Catégorie autoriséeÉtanchéité requise
Zone 211DIP 6X
2DIP 6X
Zone 22Poussière conductrice1DIP 6X
2DIP 6X
Poussière non conductrice3DIP 5X
INDICES DE PROTECTION
IP1er chiffre2e  Chiffre
 Protection contre les corps solidesProtection contre les liquides
0non protégénon protégé
1supérieurs à 50 mm de diamètregouttes d’eau verticales
2supérieurs à 12,0 mm de diamètregouttes d’eau à 15º de la verticale
3supérieurs à 2,5 mm de diamètreeau en pluie
4supérieurs à 1,0 mm de diamètreprojection d’eau
5poussières sans dépôt nuisiblejets d’eau
6étanchepaquets de mer
7immersions temporaires
8immersions prolongées

Marquage ATEX

Marquage suivant la directive ATEX et les normes CEI

À titre de comparaison, exemple de marquage pour moteur DIP Zone 21 :

  • Mêmes règles sous ATEX que Protection contre les gaz, avec l’ajout de la protection IP de l’équipement.
  • La zone 22 (Ex tc / IIIB) doit être IP5X4
  • Zone 21 (Ex tb / IIIC) à IP6X
  • La température superficielle maximale suppose des couches de poussière jusqu’à 5 mm et est calculée sur la base de M.S.T. d’équipement Cat 3 T3 (200 ° C) moins 75K = 125 ° C

Les moteurs protégés contre la poussière dans le système IEC Ex suivent les mêmes marquages que pour le gaz avec l’ajout de la protection IP.

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