NO161100B

NO161100B - CABLE VENTILATED ELECTRICAL INSTALLATION.

Info

Publication number: NO161100B
Application number: NO870842A
Authority: NO
Inventors: Jan Grosch
Original assignee: Jan Grosch
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1989-03-20
Also published as: WO1988006835A1; EP0306510A1; AU1366888A; NO161100C; NO870842D0; NO870842L

Description

Oppfinnelsen angår en anordning ved kapslede elektriske installasjoner til bruk på steder hvor miljøfaktorer kan forårsake korrosjon i installasjonen og det dessuten foreligger; ytterligere risiko på grunn av mulige forekomster av brann-.og eksplosj onsf årlige gassblandinger. Mer spesielt omfatter anord-> ningen en gassledning eller gasskanal integrert i den eller de elektriske kabler som er forbundet med installasjonen. The invention relates to a device for encapsulated electrical installations for use in places where environmental factors can cause corrosion in the installation and there is also; additional risk due to possible occurrences of fire.and explosion onsf annual gas mixtures. More particularly, the device comprises a gas line or gas channel integrated into the electrical cable(s) connected to the installation.

Et slikt sted er f.eks. olje- og gassinstallasjoner til havs samt gruver. Under slike forhold er elektriske installasjoner ikke bare utsatt for korrosjon, men representerer i seg selv et faremoment da de ved gnistdannelse kan komme til å antenne eventuelle forekommende brann- og eksplosjonsfårlige gassblandinger. Disse faremomenter søkes unngått ved at de elektriske installasjoner, f.eks. elektriske motorer, kapsles slik at installasjonen er beskyttet mot korrosjon og man unn-går at gnistdannelser fører til antennelse av brennbare og eksplosive gassblandinger i installasjonens nærhet. I til- Such a place is e.g. offshore oil and gas installations and mines. Under such conditions, electrical installations are not only exposed to corrosion, but in themselves represent a point of danger as, in the event of sparks, they can ignite any flammable and explosive gas mixtures that may occur. These dangers are sought to be avoided by the electrical installations, e.g. electric motors, are encapsulated so that the installation is protected against corrosion and it is avoided that sparks lead to the ignition of flammable and explosive gas mixtures in the vicinity of the installation. In to-

legg gjøres kapslingen eksplosjonssikker i den forstand at den skal være i stand til å motstå en plutselig og voldsom trykkøkning inne i kapslingen. Slike trykkpulser benevnes vanligvis som en eksplosjon i den elektriske installasjon, In addition, the enclosure is made explosion-proof in the sense that it must be able to withstand a sudden and violent increase in pressure inside the enclosure. Such pressure pulses are usually referred to as an explosion in the electrical installation,

men er ikke sjelden forårsaket av et overslag i den elektriske installasjon, noe som fører til en trykkøkning i den omgivende atmosfære. but is not infrequently caused by an overshoot in the electrical installation, which leads to an increase in pressure in the surrounding atmosphere.

Forskrifter og krav som vedrører slike eksplosjons- og brannsikre kapslinger for elektriske installasjoner på risikobehef-tet sted finnes i CENELEC Europanorm (EN) 50014 som gir gene-relle krav for konstruksjon og testing av elektriske apparater til bruk i potensielt eksplosive atmosfærer. Her spesifiseres bl.a. maksimale eksperimentelt sikre spalter eller klaringer, f.eks. mellom flenser, for pakninger osv. Regulations and requirements relating to such explosion- and fire-proof enclosures for electrical installations in hazardous locations can be found in CENELEC European Standard (EN) 50014, which provides general requirements for the construction and testing of electrical devices for use in potentially explosive atmospheres. Here, i.a. is specified maximum experimentally safe gaps or clearances, e.g. between flanges, for gaskets, etc.

Forskrifter for eksplosjonssikre kapslinger for elektriske installasjoner finnes dessuten i EN 50018 hvor det er gitt spesifikasjoner for brannsikre skjøter, forbindelser og pakninger, bl.a. for roterende elektriske maskiner, foruten for luftings- og dreneringsanordninger. Det fremgår der at slike kapslinger kan være innrettet til å motstå et innvendig prøve-trykk på fra 3,5 til 15 bar over et tidsrom på mellom 10 og 60 s. Et innvendig trykkimpuls vil i løpet av dette tidsrom utjev-nes gjennom;forbindelser og skjøter. Regulations for explosion-proof enclosures for electrical installations can also be found in EN 50018, where specifications are given for fire-proof joints, connections and gaskets, i.a. for rotating electrical machines, as well as for aeration and drainage devices. It appears there that such enclosures can be designed to withstand an internal test pressure of from 3.5 to 15 bar over a period of between 10 and 60 s. An internal pressure impulse will during this period be equalized through connections and deeds.

Det er således ikke mulig å gjøre en kapsling av denne art fullstendig tett. Dette fører imidlertid til at korrosive medier kan trenge inn i kapslingen og forårsake korrosjon i den elektriske installasjon. For å unngå dette blir kapslingen tilført en innvendig beskyttelsesatmosfære, f.eks. i form av tørr luft eller en inert gass som nitrogen. Beskyttelsesgassen kan tilføres fra et sentralt sted gjennom kanaler til hver enkelt kapsling. Eksempler på dette er omtalt i DE-OS 3113000, DE-PS 3126602 samt DE-PS 3834522. Ved at beskyttelsesgassen dessuten gis et overtrykk slik at atmosfæren inne i kapslingen står under et høyere trykk enn det utvendige atmosfæretrykk, vil det ytterligere sikres mot inntrengning av korrosive medier i form av f.eks. vann, damp og gass i kapslingen. Forskrifter for slike trykksatte kapslinger finnes i EN 50016 hvor det er spesifisert at overtrykket skal minst være 0,5 mbar (50 Pa) relativt til det utvendige trykk ved hvert punkt inne i kapslingen og dens forbundne kanaler eller skjøter hvor en lekkasje kan finne sted. Videre kreves det at beskyttelsesgassen som benyttes til spyling og trykksetting av kapslingen ikke skal være brennbar. Det er som nevnt vanlig å benytte tørr luft eller en inert gass som nitrogen. It is thus not possible to make an enclosure of this kind completely tight. However, this means that corrosive media can penetrate the enclosure and cause corrosion in the electrical installation. To avoid this, the enclosure is supplied with an internal protective atmosphere, e.g. in the form of dry air or an inert gas such as nitrogen. The shielding gas can be supplied from a central location through ducts to each individual enclosure. Examples of this are discussed in DE-OS 3113000, DE-PS 3126602 and DE-PS 3834522. By also giving the protective gas an overpressure so that the atmosphere inside the enclosure is under a higher pressure than the external atmospheric pressure, it will be further secured against penetration of corrosive media in the form of e.g. water, steam and gas in the enclosure. Regulations for such pressurized enclosures can be found in EN 50016, where it is specified that the excess pressure must be at least 0.5 mbar (50 Pa) relative to the external pressure at each point inside the enclosure and its connected channels or joints where a leak can take place. Furthermore, it is required that the shielding gas used for flushing and pressurizing the enclosure must not be flammable. As mentioned, it is common to use dry air or an inert gas such as nitrogen.

Da som ovenfor omtalt ikke er mulig å gjøre eksplosjonssikre kapslinger helt tette, vil beskyttelsesgassen lekke ut og det må for å opprettholde minimumstrykket kontinuerlig til-føres gass gjennom dertil innrettede gassledninger eller gass-kanaler. Fordelaktig kan slike gassledninger være anordnet integrert i den eller de elektriske kabler som fører til kapslingen. av den elektriske installasjon. Et eksempel på dette er vist i DE-RS 3433522. Since, as discussed above, it is not possible to make explosion-proof enclosures completely tight, the shielding gas will leak out and, in order to maintain the minimum pressure, gas must be continuously supplied through gas lines or gas channels designed for this purpose. Advantageously, such gas lines can be arranged integrated into the electrical cable(s) leading to the enclosure. of the electrical installation. An example of this is shown in DE-RS 3433522.

Ved et uhell kan imidlertid gassledningen bli revet av på In the event of an accident, however, the gas line can be torn off

et eller flere steder og eksplosjons- og brannfarlige gassblandinger kan trenge inn i ledningen og komme inn i kapslingen hvor beskyttelsesgassen etter et slikt uhell fort vil lekke ut. Den inntrengende gassblanding kan så antennes av en gnist fra den elektriske installasjon i kapslingen og eksplosjonen eller brannen kan forplante seg tilbake gjennom gassledningen og antenne eventuelle volumer av farlige gass--blandinger ved bruddstedet. Likeledes kan en gassbrann eller gasseksplosjon på bruddstedet forplante seg inn i kapslingen/ ■ og forårsake store skader. En mulighet til å forhindre dette består i f.eks. med regelmessige mellomrom i gassledningen å anordne trykk- eller temperaturfølsomme detektorer som be-virker at forbundne ventiler i gassledningen sperrer av de partier av ledningen som er beskadiget og således forhindrer videreforplantningen av brannen og/eller eksplosjonen. Dette er imidlertid en utstyrskrevende og svært kostbar løsning, one or more places and explosive and flammable gas mixtures can penetrate the line and enter the enclosure where the protective gas will quickly leak out after such an accident. The penetrating gas mixture can then be ignited by a spark from the electrical installation in the enclosure and the explosion or fire can propagate back through the gas line and ignite any volumes of dangerous gas mixtures at the rupture site. Likewise, a gas fire or gas explosion at the rupture site can propagate into the enclosure/ ■ and cause major damage. An opportunity to prevent this consists in e.g. at regular intervals in the gas line to arrange pressure- or temperature-sensitive detectors which cause connected valves in the gas line to shut off the parts of the line that are damaged and thus prevent the further propagation of the fire and/or the explosion. However, this is an equipment-intensive and very expensive solution,

da gassledningssystemet på et brukssted av den nevnte art, then the gas pipeline system at a place of use of the aforementioned nature,

med mange kapslede elektriske installasjoner, kan være svært omfattende. with many encapsulated electrical installations, can be very extensive.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe The purpose of the present invention is therefore to provide

en løsning på disse problemer. Dette oppnås med anordningen i henhold til oppfinnelsen ved at gassledningen eller gasskanalen har en innvendig diameter som er mindre enn kvelningsdiameteren for den eller de angjelde nevnte gassblandinger, og at det på en fri av gassledningen eller gasskanalen i kapslingen innragende ende eventuelt er anordnet et eksplosjonssperrende organ. Ytterligere trekk ved anordningen i henhold til oppfinnelsen er angitt i de vedføyde underkrav. a solution to these problems. This is achieved with the device according to the invention in that the gas line or gas channel has an internal diameter that is smaller than the choke diameter for the mentioned gas mixture(s) in question, and that an explosion-preventing device is optionally arranged on a free end of the gas line or gas channel projecting into the enclosure . Further features of the device according to the invention are specified in the attached sub-claims.

Med kvelningsdiameter forstås her en karakteristikk for en gassblanding, idet kvelningsdiameteren uttrykker minimumsdia-meteren for et rør hvorigjennom en flamme i en stasjonær gassblanding kan forplante seg over en ubegrenset avstand. Under disse forhold vil flammehastigheten hurtig innta en verdi som er omtrent lik standard forbrenningshastighet. Kvelningsdiameteren avhenger ikke av materialet i rørveggen, selv om et sterkt materiale naturligvis er nødvendig. For praktiske for-mål er betydningen av kvelningsdiameteren at den representerer den øvre grense for åpningsdiameteren i en flammesperre som sikrer kvelning av flammen. Over den grense vil ikke flammen kveles uansett lengden av sperren. Det er da forutsatt at gassblandingen befinner seg ved atmosfærisk trykk og temperatur. Da gassblandinger i kanaler og ledninger vanligvis er ikke-stasjonære vil eksplosjonsflammer her forplante seg langt hurtigere enn standard forbrenningshastighet. I slike til-feller må åpningene til en lokal flammesperre i realiteten være mindre enn kvelningsdiameteren, f.eks. høyst halvparten av denne. Effektiviteten av flammesperren øker med lengden av denne. Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes gassledninger som over hele sin lengde har en innvendig diameter som er mindre enn og fortrinnsvis mindre enn 0,5 ganger kvelningsdiameteren, noe som effektivt vil hindre brann i selv ikke-stasjonære gassblandinger. By choking diameter is understood here a characteristic of a gas mixture, as the choking diameter expresses the minimum diameter of a tube through which a flame in a stationary gas mixture can propagate over an unlimited distance. Under these conditions, the flame speed will quickly reach a value approximately equal to the standard combustion speed. The choke diameter does not depend on the material of the pipe wall, although a strong material is naturally required. For practical purposes, the meaning of the choke diameter is that it represents the upper limit of the opening diameter in a flame arrester which ensures the choke of the flame. Above that limit, the flame will not suffocate regardless of the length of the barrier. It is then assumed that the gas mixture is at atmospheric pressure and temperature. As gas mixtures in ducts and lines are usually non-stationary, explosion flames here will propagate far faster than the standard combustion rate. In such cases, the openings of a local flame arrester must in reality be smaller than the choke diameter, e.g. at most half of this. The effectiveness of the flame barrier increases with its length. In the present invention, gas lines are used which over their entire length have an internal diameter which is less than and preferably less than 0.5 times the choke diameter, which will effectively prevent fire even in non-stationary gas mixtures.

Verdier av kvelningsdiameterne for gassblandinger som typisk opptrer på steder av de i innledningen nevnte art er gitt i den nedenstående tabell. Man skal i den forbindelse merke seg at kvelningsdiameteren varierer med blandingsforholdet for gassen og verdiene i tabellen er minimumsverdier for de forskjellige gassblandinger ved atmosfærisk temperatur og trykk. De fleste mettede hydrokarboner og løsemiddeldamper har en kvelningsdiameter i luft som ligger nær den for propan, men hurtigbrennende gasser og damper har mindre kvelningsdiametre. Kvelningsdiameteren må ikke forveksles med den maksimale eksperimentelt sikre spalte eller klaring slik disse er angitt i EN 50014 og praktisk kommer til uttrykk i EN 50018, Values of the choke diameters for gas mixtures that typically occur in places of the kind mentioned in the introduction are given in the table below. In this connection, it should be noted that the choke diameter varies with the mixture ratio for the gas and the values in the table are minimum values for the different gas mixtures at atmospheric temperature and pressure. Most saturated hydrocarbons and solvent vapors have a choke diameter in air close to that of propane, but fast-burning gases and vapors have smaller choke diameters. The choke diameter must not be confused with the maximum experimentally safe gap or clearance as stated in EN 50014 and practically expressed in EN 50018,

punkt 4, tabell 1-4. point 4, table 1-4.

Det vil forstås at den innvendige diameter på gassledningene må være avpasset etter kvelningsdiameteren for de gassblandinger som kan opptre i gassledningens omgivelser. It will be understood that the internal diameter of the gas lines must be adapted to the choke diameter for the gas mixtures that may occur in the gas line's surroundings.

Som ovenfor nevnt kan eksplosjons- og brannfarlige gassblandinger trenge inn i kapslingene om den trykksatte beskyttelses-gass forsvinner. En innvendig eksplosjon er da en normal hen-delse. Også ved overslag, f.eks. på grunn av isolasjonsfeil i den elektriske installasjon, kan det skje en voldsom trykkøk-ning inne i kapslingen. Kapslingene er i henhold til gjeldende forskrifter konstruert for slike hendelser. Por imidlertid å hindre at et slikt innvendig trykk- for<p>lanter- seg Æra kapslingen og inn i gassledningen kan det være anordnet en trykkutjevnende dyse på enden av gassledningen inne i kapslingen. As mentioned above, explosive and flammable gas mixtures can penetrate the enclosures if the pressurized protective gas disappears. An internal explosion is then a normal event. Also in case of estimates, e.g. due to insulation faults in the electrical installation, a violent increase in pressure can occur inside the enclosure. In accordance with current regulations, the enclosures are designed for such events. However, in order to prevent such internal pressure from building up around the enclosure and into the gas line, a pressure equalizing nozzle can be arranged at the end of the gas line inside the enclosure.

Et utførelseseksempel på, samt noen anvendelser av anordningen i henhold til oppfinnelsen vil bli beskrevet nærmere i den følgende med henvisning til den ledsagende tegning. Fig. 1 viser skjematisk ledningsopplegget for en enkelt krets. An embodiment of, as well as some applications of, the device according to the invention will be described in more detail in the following with reference to the accompanying drawing. Fig. 1 schematically shows the wiring arrangement for a single circuit.

Fig. 2 viser innføring av gassledningen i en kapsling. Fig. 2 shows the introduction of the gas line into an enclosure.

Fig. 3, 4 og 5 viser forskjellige utførelser av en trykkutjevnende dyse. Fig. 3, 4 and 5 show different designs of a pressure equalizing nozzle.

På fig. 1 betegner 1 en luftkompressor og 2 en beholder for gass som via ventiler 3 eller 4 føres gjennom gassledningen 5. Gassledningen 5 er integrert i den elektriske kabel 6 og munner ut i et eksplosjonssperrende organ 7 i kapslingen 8. Det eksplosjonssperrende organ 7 kan f.eks. være en trykkutjevnende dyse. Gassledningen 5 fortsetter gjennom kabelen 6' som fører fra kapslingen 8 til den påfølgende kapsling 8' som er vist til høyre på fig. 1. In fig. 1 denotes 1 an air compressor and 2 a container for gas which via valves 3 or 4 is led through the gas line 5. The gas line 5 is integrated into the electric cable 6 and opens into an explosion-proofing device 7 in the enclosure 8. The explosion-proofing device 7 can e.g. e.g. be a pressure equalizing nozzle. The gas line 5 continues through the cable 6' which leads from the casing 8 to the subsequent casing 8' which is shown on the right in fig. 1.

På fig. 2 er det mer detaljert vist hvordan kabelen 6, 6' er ført inn og ut av kapslingen 8, idet de frie ender av gassledningene 5 fra henholdsvis den inn- og utgående kabel 6, 6' her er forbundet med hverandre med et koblingsstykke 10. Dysen 7 kan være et enkelt rørstykke med passende lengde og diameter. De elektriske ledninger i kabelen 6 er betegnet med 9. In fig. 2, it is shown in more detail how the cable 6, 6' is led in and out of the enclosure 8, the free ends of the gas lines 5 from respectively the incoming and outgoing cable 6, 6' are here connected to each other with a connector 10. The nozzle 7 can be a single piece of pipe of suitable length and diameter. The electrical wires in the cable 6 are designated by 9.

Fig. 3 viser en eksplosjonssperrende utførelse av dysen 7, der boringens diameter m er mindre enn den innvendige diameter i gassledningen 5, mens lengden 1 kan være 6 mm eller mer. Fig. 3 shows an explosion-proof design of the nozzle 7, where the diameter m of the bore is smaller than the internal diameter of the gas line 5, while the length 1 can be 6 mm or more.

På fig. 4 er det vist en annen utførelse av dysen 7 med en lengde på 6 mm eller mer og vesentlig større boring, men dyse-åpningen er redusert ved innlegg av f.eks. en metalltråd 11 'som gir dysen'det' rette'strømningstverrsnitt. En ytterligere utførelse av dysen er vist på fig. 5, hvor selve dysen består av et meget tynt rør 12 som fører fra gassledningen 5 og inn i kapslingsrommet. Andre løsninger for å skaffe en trykkutjevnende dyse er også mulig, f.eks. ved at boringen i dysen har form av en skruelignende kanal. En trykkimpuls i gassen i kapslingen på grunn av temperaturøkningen ved en eventuell eksplosjon vil da bli utjevnet ved at gassen må passere den skruelignende kanal i dysen. Det vil forståes at utførelsen av den eksplosjonssperrende dyse skal ta utgangspunkt i forskrifter som er vist f.eks. i EN 50018 og som er basert på spesifi-serte maksimale eksperimentelt sikre spalter eller klaringer. In fig. 4 shows another version of the nozzle 7 with a length of 6 mm or more and a significantly larger bore, but the nozzle opening is reduced by inserting e.g. a metal wire 11 which gives the nozzle the correct flow cross-section. A further embodiment of the nozzle is shown in fig. 5, where the nozzle itself consists of a very thin tube 12 which leads from the gas line 5 into the enclosure space. Other solutions for obtaining a pressure equalizing nozzle are also possible, e.g. in that the bore in the nozzle has the shape of a screw-like channel. A pressure impulse in the gas in the enclosure due to the increase in temperature in the event of an explosion will then be equalized by the gas having to pass the screw-like channel in the nozzle. It will be understood that the design of the explosion-proof nozzle must be based on regulations that are shown, e.g. in EN 50018 and which are based on specified maximum experimentally safe gaps or clearances.

Gassledningen 5 i kabelen 6 vil under normale forhold kontinuerlig føre gass, f.eks. tørr luft eller en inert gass som nitrogen til kapslingene for å opprettholde det forskrifts-messige overtrykk i kapslingenes beskyttende atmosfære. Gassledningen 5 kan i spesielle situasjoner også benyttes til transport av brannslukkende gass fra et sentralt sted for dermed å kunne benyttes ved slukking av brann i f.eks. en elektrisk motor installert i kapslingen. Gassledningen 5 kan dessuten benyttes til transport av testgass til kapslingen i forbindelse med prøving av eksplosjonssikkerhet eller brann-sikkerhet. Likeledes kan gassledningen benyttes for å føre spylegass til kapslingen. Er det i kapslingen installert måle-utstyr, f.eks. i form av sensorer eller detektorer kan gassledningen 5 også benyttes for å transportere testgass til kapslingen for prøving av måleutstyret. The gas line 5 in the cable 6 will under normal conditions continuously carry gas, e.g. dry air or an inert gas such as nitrogen to the enclosures in order to maintain the regulatory overpressure in the enclosures' protective atmosphere. In special situations, the gas line 5 can also be used to transport fire-extinguishing gas from a central location so that it can be used for extinguishing fires in, e.g. an electric motor installed in the enclosure. The gas line 5 can also be used to transport test gas to the enclosure in connection with testing explosion safety or fire safety. Likewise, the gas line can be used to lead flushing gas to the enclosure. Is measuring equipment installed in the enclosure, e.g. in the form of sensors or detectors, the gas line 5 can also be used to transport test gas to the enclosure for testing the measuring equipment.

Ved bruk av anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse skaffes derfor en gassledning som enkelt og hurtig kan installeres med kostnader som er langt lavere enn andre til-tak som gir en grad av beskyttelse som i realiteten er langt dårligere enn den som fås ved å gjøre bruk av kjennskapet til gassblandingers kvelningsdiameter. When using the device according to the present invention, a gas line is therefore obtained which can be easily and quickly installed with costs that are far lower than other measures that provide a degree of protection that is in reality far worse than that obtained by doing use of the knowledge of the choke diameter of gas mixtures.

Claims

1. Device for encapsulated electrical installations for use in places where environmental factors can cause corrosion in the installation and there is also additional risk due to the possible occurrence of fire and explosive gas mixtures, as the device includes a gas line or gas channel integrated into the electrical cable(s) which is connected to the installation and where the gas line is preferably designed for the transport of gas under pressure, characterized in that the gas line or gas channel has an internal diameter that is smaller than the choke diameter for the gas mixture(s) in question, and that on a free, of the gas line or the gas duct in the enclosure's projecting end is possibly equipped with an explosion-proof device.

2. Device according to claim 1, characterized in that the internal diameter of the gas line or gas channel is between 0.13 and 3.68 mm depending on the relevant gas mixture.

3. Device according to claim 1, characterized in that the gas line or gas channel has an internal diameter that is no more than 0.5 times the choke diameter for the gas mixture(s) mentioned in question.

4. Device according to claim 1, characterized in that the explosion-preventing device consists of a pressure equalizing nozzle.