KONCEPT NOVE GENERACIJE ELEKTRIČNIH VOZILA ZA TRANSPORT U PROSTORIMA UGROŽENIM EKSPLOZIVNOM ATMOSFEROM Radisav Pantelić 1, dipl.inž.el. Rezime: U hemijskoj, naftnoj industriji i industriji eksplozivnih materija u zemljama zapadne Evrope poslednjih 30 godina izražena je navika da se za potrebe međufaznog transporta eksplozivnih materija koriste električna vozila posebnog dizajna, koja kao složeni tehnički sistem sadrže i do 22 električnih i neelektričnih Ex-uređaja ugrađenih na sebi. Prethodna generacija električnih vozila je bila zasnovana na pogonu koji je pokretan Ex- trofaznim asinhronim motorom, gde su u neposrednom okruženju brižljivo birane pojedinačne Ex- komponente proverenih dobavljača, kako bi se zadovoljili zahtevi iz serije standarda( EN 50014, ) regulative ATEX 95. Novi zahtevi iz standarda regulative ATEX 137 (EN 1755, EN 13xxx,..) zahtevali su od proizvođača ovih vozila, drugačiji sveobuhvatniji pristup koji će omogućiti jednostavniju i bezbedniju upotrebu sa ispunjavanjem zahteva za većom bezbednošću zdravlja ljudi i zaštite na radu. U ovom radu je od posebnog značaja činjenica da će biti prikazana razvojna koncepcija proizvođača koji sada u 2011.godini, kompletno vozilo sa svim složenim sistemima upravljanja i pogona posmatra kao složeni Ex-i uređaj ( intrinsic safety ) nazivajući ovakav koncept Ex-i TEHNOLOGIJA. U ovom radu biće predstavljene osnovne vrednosti novog koncepta i najvažnije prednosti novog vozila koja će se pojaviti u 2011.godini u odnosu na prethodnu generaciju vozila. Rad sadrži i principijelno tehničko rešenje kako se predviđa upravljanje vozilom pomoću specijalno projektovanog samosigurnosnog električnog kola. Primenjena praktična rešenja u ovom radu su ispitana, proverena I atestirana u laboratorijama PTB instituta u Braunšvajgu, Nemačka. Ključne reči: transport eksplozivnih materija, električna vozila u Ex-zaštiti, Ex-i tehnologija, samosigurnost, displej, barijera, samosigurnosno električno kolo. 1 Radisav Pantelić, dipl.inž.el, Milan Blagojević-Namenska AD, mail: 67paradis@gmail.com 53
1. UVOD Transport opasnih materija na otvorenom prostoru u procesu proizvodnje oduvek je bio predmet posebne pažnje kod renomiranih proizvođača iz hemijske, naftne i industrije eksplozivnih materija ne samo u pogledu smanjenja troškova po jedinici proizvodnje kroz uštedu u vremenu i manjem angažovanju radne stručne snage već i sa aspekta poboljšanja efektivnosti procesa, smanjenja neželjenih posledica i rizika od požara i eksplozija. Naglim razvojem industrijskog sektora u sredinama ugroženim od požara i eksplozija, sredinom prošlog veka poseban značaj dobijaju vozila na električni pogon čija nosivost može biti i do 2.500 kg korisnog tereta. Električna vozila dizajnirana za prevoz opasnih materija (posebno zapaljivih i eksplozivnih) u svim sredinama i u svim eksploatacionim uslovima, predstavljaju prvi složeni proizvod za ispitivanje primenjenih mera protiveksplozivne (Ex-) zaštite u ovlašćenim akreditacionim telima najpre u Nemačkoj, a zatim i u drugim evropskim zemljama. Kompleksnost proizvoda postoji jer u sebi sadrži prosečno 22 pojedinačna Ex-uređaja, koji su brižljivo ukomponovani i čine jedinstven tehnički sistem. Svetli primer ovakve uspešne poslovne saradnje postoji u Braunšvajgu (Nemačka) gde se nalazi jedan od najpouzdanijih i najcenjenijih proizvođača Ex-vozila, kompanija MIAG 2 i priznato sertifikaciono telo PTB- institut. Svi proizvodi kompanije MIAG su testirani, ispitani i sertifikovani u laboratorijama PTB- Instituta, unazad 30 godina. Sadašnja II generacija električnih Ex-vozila MIAG (1989-2011) odlikuje se konceptom da se ugrađuju pouzdani već afirmisani pojedinačni električni Ex-uređaji renomiranih evropskih proizvođača (pogon, napajanje, upravljanje i sl.) sa osloncem na sopstveni razvoj svojih Exuređaja sekundarne namene ( distributivni razvod, beleženje i pokazivanje radnih parametara, rasveta, sl.) i mehaničkih komponenti kočnice, upravljački sistem, ogibljenje, koji mogu zadovoljiti sve zahteve za rad u eksplozivno ugroženim sredinama. Na ovim principima razvijana je velika porodica Ex-vozila koji zadovoljavaju sve Ex-standarde koji su propisani regulativom ATEX 95. Još u procesu proizvodnje, vodi se računa o svim aspektima Ex-zaštite sa ciljem da se na kraju procesa ispita kompletno vozilo i obezbedi jedinstven Ex-sertifikat koji se odnosi na čitavo vozilo za eksploataciju u području primene II 2G/ II 2D nezavisno za Zone 1, i 2 kao i za Zone 21 i 22. Kao potvrda ovih navoda ilustrativna je Izjava o kvalitetu proizvođača i Lista ugrađenih Ex komponenti u jedno konkretno električno vozilo, koje poseduje preduzeće Milan Blagojević- Namenska AD- Lučani. 2 MIAG, Fahrzeugbau GmbH Kocherstrase 1 38120 Braunschweig, www.miag.de 54
Izjava o kvalitetu proizvođača: 55
Fruška ora ZBORNIK RADOVA 7. Meÿunarodna "Ex" Tribina INSTITUT ZA PREVENTIVU, INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI NOVI SAD SAD 21-23. septembar 2011. 56
2. NOVA III GENERACIJA ELEKTRIČNIH EX- VOZILA, PROIZVOĐAČA MIAG Savremeni zahtevi u konstrukciji vozila kao i sve veće potrebe kupaca, u prethodnom periodu omogućili su proizvodnju dosta složenih sistema pogona i upravljanja na vozilima, sa sve značajnijim udelom automatike u upravljanju. Ovakav pozitivan trend doprineo je boljem kvalitetu, ali je istovremeno od kupca zahtevao i visok stepen stručne radne snage za servis i održavanje vozila. Pouzdanost vozila u radu i što manja zavisnost od intervencije proizvođača u garantovanom periodu predstavljaju trenutni imperativ u proizvodnji, čime se otvara novo poglavlje u razvoju ovakvih vozila. U razvoju primene i odabira Ex-uređaja posebno je presudan zahtev kupaca za rad vozila pod punim opterećenjem (prevoz 2.500 kg materijala) u letnjim i zimskim uslovima, danju i noću, neprekidno u proseku 10-12 radnih časova u toku dana. Svi ovi razlozi, afirmisali su potrebu za ubrzanim razvojem novog načina upravljanja i proizvodnje Ex- vozila gde je od prevashodnog značaja pojava nove poslovne filozofije : vozila neće biti uzročnik nastanka požara i eksplozije i ne mora se više zadržati koncept nepropaljivog kućišta kao osnovne Ex-zaštite vozila. ZAŠTO KOMPLETNO VOZILO NIJE SLOŽENI EX I UREĐAJ (intrisic safety)? Razvoj električnog vozila za transport u prostorima ugroženim eksplozivnom atmosferom kao jednog Ex i uređaja doneo je novi pojam: Ex-i tehnologija. A to je, u stvari skup organizacionih i proizvodnih mera i postupaka sa uvođenjem novih tehnologija, programa i komponenti sa ciljem da se istaknu i obezbede sledeće prednosti u odnosu na konkurenciju: - Koristiti za vozila standardne invertore iz serijske proizvodnje; - Omogućiti veliki moment snage pri kretanju vozila, što treba da obezbedi struje i do 400A max., pri naponu 80V; - Minimalan broj kvarova invertora, gde treba obezbedi režim rada po principu PUNI i VOZI - Vozilo se mora kretati precizno isto toliko koliko i II generacija ; - Bolje ponašanje vozila na uzbrdicama (posebno na startu) ; - Uvođenje CAN-OPEN-BUS tehnologije u vozila, sa razvojem standardnog industrijskog protokola; - Odabrati I koristiti standardne industrijske komponente u standardnim Ex-i samosigurnosnim kolima ( LED diode, senzori, prekidači, potenciometri, i drugo); - Omogućiti razvoj novog displeja- instrumentalne table, na kome će se ispisivati digitalne informacije o statusu rada vozila, o nedostacima- kvarovima i slično; Ovakav koncept uvođenja Ex-i tehnologije, u toku montaže i povezivanja svih električnih komponenti omogućuje i veliku racionalizaciju u materijalima, jer se značajno smanjuje broj potrebnih provodnika i kablova za ožičenje i do 30% manje. Na sledećim fotografijama, vidi se kako izgleda pregledan i jednostavan način povezivanja novih uređaja: 57
Fruška ora ZBORNIK RADOVA 7. Meÿunarodna "Ex" Tribina 21-23. septembar 2011. 3. OSNOVNI PRINCIP TEHNIČKOG REŠENJA Ex-i TEHNOLOGIJE U VOZILIMA Kako je moguće primeniti svojstva sekundarne Ex-zaštite: SAMOSIGURNOST, na pokretnim vozilima? Primenjen je osnovni princip u potpunosti: Istovremeno ograničiti vrednosti napona, struje i snage (U, I, i P) i ograničiti vrednosti kapaciteta C i induktiviteta L, za energetske i elektronske komponente koje su neophodne za rad vozila. Da bi se ostvario osnovni princip, bilo je potrebno pokrenuti poseban samostalni razvoj instrumentalne table-displeja i posebno projektovati Ex-i barijeru. Sve ugrađene komponente u ova dva uređaja su posebno dimenzionisane tako da omogućuju sve radne funkcije a sa INSTITUT ZA PREVENTIVU, INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI NOVI SAD SAD 58
aspekta Ex-zaštite njihov rizik od visokih površinskih temperatura i inicijalnih varnica je eliminisan. Najbolji primer, kako je to postignuto može se sagledati pregledom električnih vrednosti sertifikovane Ex-i instrument table i Ex-i barijere: Ex-i instrument tabla: Ex-i barijera: Napon U 0 = 10,5 V Napon U= 10 V Struja I 0 = 250 ma Struja I= 230 ma Energija P 0 = 0,75W Energija P= 0,57W Kapacitet Ci= 0,515 microf max. kapacitet C= 3 microf (za IIC) Induktivnost Li= 0 mh max. induktivnost L=0,02 mh Pažnja: Kod izbora odgovarajuće Ex-i barijere, nisu važne vrednosti samo Ex-i table koje će biti povezane na Ex-i barijere, već treba uzeti u obzir i vrednosti za kapacitet i induktivnost svih kablova I provodnika povezanih na Ex-i tablu. Ovakvim pristupom, nakon sertifikacije Ex-i displeja instrumentalne table i Ex-i barijere, omogućena je upotreba standardnih elektronskih komponenti- granični prekidači, prekidači za osvetljenje i prigušenje, senzori temperature, LED diode, elektronske jedinice za prikupljanje i obradu digitalnih informacija. Ove komponente ne moraju biti u Ex izvedbi i sertifikovane od strane akreditacionog tela. Za nastavak razvoja, sada je bilo moguće brižljivo selektirati ostalu kompleksnu opremu iz serijske proizvodnje koja ima sertifikat za samosigurnost Ex-i i integrisati je kroz sopstveni softver na zajednički interfejs dipleja-instrumentalne table upotrebom jednog industrijskog protokola. 59
Na sledećoj principijelnoj blok šemi, može se predstaviti osnovno električno kolo samosigurnosti za vozilo tipa EFG sa četri točka. Na principijelnoj šemi posebno su naznačeni osnovni delovi: 1) Ex-i barijera, 2) displej DIS 02, 3) elektronska jedinica za prikupljanje i obradu informacija SER06. Funkcionalni blok dijagram samosigurnosnog električnog kola za vozilo bi izgledao ovako: 60
4. ZAKLJUČAK Ovakav koncept III generacije vozila, primenom Ex-i tehnologije, u narednim godinama daljim razvojem obezbediće ispunjenje i dodatnih zahteva bilo kupca bilo zakonodavca u oblasti boljeg iskorišćenja, ergonomije, zaštite životne sredine što će u krajnjem slučaju vozila učiniti još boljim proizvodom. Mogući pravci daljeg razvoja bi mogli doneti značajan napredak u ispunjenju i sledećih zahteva: poboljšanje klimatskih uslova u kabini vozača sa ispisivanjem informacija na displeju; bolja informisanost vozača i službe održavanja o svim režimima rada vozila i promenama stanja, putem prikaza alarmnih i upozoravajućih stanja na displeju upotrebom softvera ili LED dioda; praćenje režima rada baterije i invertora, kao I dobijanja osnovnih informacija o karakteristikama bez otvaranja nepropaljivog kućišta baterije i kućišta invertora; Rasveta na vozilu u slučaju loših vremenskih uslova ili noću može imati različite režime rada u zavisnosti od vrste i načina eksploatacije vozila. Svakako prema rečima proizvođača, sve pomenute prednosti nove generacije vozila neće automatski izazvati i poskupljenje jedinične cene vozila III generacije, što predstavlja poseban kvalitet. I na kraju, ostavimo ekonomske pokazatelje i cene van našeg razmatranja, i ne zaboravimo najvažniju činjenicu kod nas, svih korisnika proizvodnih tehnologija gde postoje prostori ugroženi eksplozivnom atmosferom: BEZBEDNOST NEDOZVOLJAVA KOMPROMISE 61
62