Ex d và Ex e: chống nổ kiểu Nhật, d2G4, TIIS và IECEx

Một máy bơm từ Nhật về nhà máy, nhãn động cơ ghi d2G4. Thiết bị khác trên cùng bộ khung ghi Ex db IIB T4 Gb kèm số chứng chỉ của Nhật. Hoặc bạn ở phía ngược lại: khách hàng Nhật yêu cầu hộp đấu nối ghi Ex eb, và có người nói chứng chỉ IECEx của bạn "chưa đủ cho Nhật". Dù ở phía nào, bạn cũng cần biết chữ d và e nghĩa là gì, Nhật chứng nhận thiết bị chống nổ ra sao, và nên hỏi gì trước khi đưa thiết bị vào khu vực nguy hiểm.

Tóm tắt: an toàn tăng cường (Ex e, increased safety) bổ sung các biện pháp để thiết bị ngay từ đầu không phát sinh tia lửa hay điểm nóng. Vỏ chịu nổ (Ex d, flameproof) cho phép khí lọt vào bên trong vỏ, nhưng vỏ chịu được vụ nổ bên trong và không để ngọn lửa truyền ra làm cháy khí bên ngoài. Bài này giải thích cả hai, cách đọc nhãn của Nhật và nhãn IEC, đối chiếu với vùng nguy hiểm, IECEx và ATEX, kèm một lưu ý về TCVN của Việt Nam. Cuối bài có danh sách kiểm tra và mẫu email để gửi nhà cung cấp Nhật.

Lưu ý an toàn: Bài này giải thích khái niệm và những điểm cần kiểm tra, không phải quy trình lựa chọn thiết bị. Việc phân vùng nguy hiểm và chọn thiết bị phải do kỹ sư có chuyên môn quyết định, rồi xác nhận với đơn vị chứng nhận và quy định áp dụng tại nhà máy của bạn.

Mục lục

1. Ex d và Ex e: so sánh nhanh
2. Kiến thức cơ bản về chống nổ
3. Nhật Bản chứng nhận thiết bị chống nổ như thế nào
4. Cách đọc nhãn Ex theo IEC
5. An toàn tăng cường (Ex e) là gì?
6. Vỏ chịu nổ (Ex d) là gì?
7. Ex d và Ex e: bảng so sánh
8. Chọn theo khu vực nguy hiểm: vùng 0, 1 và 2
9. Quan hệ với IECEx, ATEX, TCVN và hệ Class/Division của Mỹ
10. Kiểm tra thông số kỹ thuật và bảo trì
11. Danh sách kiểm tra: chuyển thiết bị Ex giữa Nhật và nhà máy của bạn
12. Giới hạn của bài viết
13. Câu hỏi thường gặp
14. Nguồn tham khảo

Ex d và Ex e: so sánh nhanh

Cả hai kiểu đều bảo vệ thiết bị điện ở nơi khí hoặc hơi dễ cháy có thể trộn với không khí thành hỗn hợp nổ. Chúng ngăn cháy bằng hai cách khác nhau, và sự khác biệt này quyết định phần nào của thiết bị cần chú ý khi chọn và bảo trì.

• Ex e (an toàn tăng cường, anzen-zo boubaku): dùng cho thiết bị không phát sinh tia lửa, hồ quang hay nhiệt độ đủ để gây cháy khi vận hành bình thường. Đầu nối chắc chắn, khoảng cách cách điện và giới hạn nhiệt độ giữ cho thiết bị luôn ở trạng thái đó.
• Ex d (vỏ chịu nổ, taiatsu boubaku): vỏ chịu được vụ nổ bên trong, và các mặt ghép của vỏ không để khí cháy thoát ra làm bắt cháy môi trường bên ngoài. Tiếp điểm đóng cắt và các bộ phận có tia lửa khi hoạt động bình thường có thể đặt bên trong.

Chỉ riêng chữ cái không cho biết thiết bị được lắp ở đâu. Bạn còn cần mức bảo vệ thiết bị (EPL), nhóm khí, cấp nhiệt độ và, với thiết bị dùng ở Nhật, nội dung kiểm định kiểu mẫu của Nhật. Các phần sau lần lượt giải thích từng điểm.

Kiến thức cơ bản về chống nổ

Chống nổ là các biện pháp để thiết bị điện không châm cháy môi trường khí nổ. Ở nơi khí dễ cháy hoặc hơi của chất lỏng dễ cháy trộn với không khí, tia lửa điện hoặc bề mặt thiết bị nóng có thể là nguồn đánh lửa.

Chỉ cần có chất dễ cháy không có nghĩa là có thể nổ bất cứ lúc nào. Nguy hiểm xuất hiện khi ba điều kiện cùng có mặt: hỗn hợp nằm trong giới hạn nồng độ cháy, có oxy, và có đủ năng lượng để đánh lửa.

Hình 1: Hơi thoát ra và nguồn đánh lửa từ thiết bị điện

Nhà máy kết hợp hai biện pháp: thông gió để giảm hỗn hợp nổ, và dùng thiết bị không trở thành nguồn đánh lửa.

Sơ đồ khái niệm cho chống nổ khí và hơi. Nồng độ và năng lượng đánh lửa cũng quyết định có xảy ra nổ hay không.

Nhà máy giảm rủi ro theo ba hướng: pha loãng khí bằng thông gió, giới hạn nhiệt độ thiết bị, và dùng thiết bị được thiết kế sao cho tia lửa không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Ex e và Ex d là hai cách khác nhau để ngăn đánh lửa ngay tại thiết bị điện.

Ở Nhật, Điều 280 của Quy tắc An toàn và Vệ sinh Lao động (Roudou Anzen Eisei Kisoku) áp dụng cho những nơi vẫn còn nguy cơ nổ dù đã thông gió và có các biện pháp khác. Nguyên tắc cơ bản là dùng thiết bị điện có cấu trúc chống nổ phù hợp với loại khí và mức độ nguy hiểm.

Mua thiết bị chống nổ chưa phải là xong việc. Nguồn phát thải, thiết kế thông gió, chọn thiết bị, đi dây đúng và bảo trì phải nằm trong cùng một kế hoạch.

Khí và hơi dùng hệ thống phân vùng và ký hiệu khác với bụi cháy lơ lửng trong không khí. Bài này chỉ nói về khí và hơi, không nói về vùng bụi 20, 21, 22.

Ở Việt Nam, Luật An toàn, vệ sinh lao động 2015 (số 84/2015/QH13) đặt trách nhiệm đánh giá nguy cơ rủi ro lên người sử dụng lao động. Trong thực tế, việc phân vùng nguy hiểm và chọn thiết bị chống nổ nên được ghi vào hồ sơ đánh giá này. Bài viết không thay thế các yêu cầu của luật và của cơ quan quản lý tại địa phương.

Nhật Bản chứng nhận thiết bị chống nổ như thế nào

Đây là chỗ kỹ sư ngoài Nhật hay vướng nhất. Nhật dùng cùng các khái niệm dựa trên IEC mà bạn đã biết, nhưng có một bước chứng nhận bắt buộc theo luật của riêng mình. Thiết bị đời cũ còn mang hệ ký hiệu riêng của Nhật, không dịch từng chữ sang ký hiệu IEC được.

Hai bộ quy định kỹ thuật

Tiêu chuẩn pháp lý của Nhật là "Denki Kikai Kigu Boubaku Kozo Kikaku", tức tiêu chuẩn cấu trúc cho thiết bị điện chống nổ do Bộ Y tế, Lao động và Phúc lợi Nhật Bản (MHLW) ban hành. Tiêu chuẩn này quy định cấu trúc và tính năng của từng kiểu bảo vệ.

Song song đó, Nhật có các hướng dẫn kỹ thuật phù hợp với bộ IEC 60079, do Viện Nghiên cứu An toàn và Sức khỏe Lao động Nhật Bản (JNIOSH) công bố. Thiết bị được kiểm định theo các yêu cầu hài hòa IEC này mang ký hiệu kiểu IEC như Ex db hoặc Ex eb. Vì vậy trong cùng một nhà máy ở Nhật có thể gặp cả hai hệ ký hiệu.

Kiểm định kiểu mẫu và TIIS

Theo Luật An toàn và Vệ sinh Lao động của Nhật, thiết bị điện chống nổ phải qua kiểm định kiểu mẫu (keishiki kentei, type examination) trước khi dùng tại Nhật. Cơ quan kiểm định được đăng ký cho loại thiết bị này là Viện Công nghệ An toàn Công nghiệp (Technology Institution of Industrial Safety, TIIS). Danh sách của MHLW ghi TIIS đăng ký từ tháng 3/2004, kỳ hiện tại kéo dài đến tháng 3/2029; hãy kiểm tra danh sách hiện hành.

Những điểm quan trọng khi thiết bị đi qua biên giới:

• Thiết bị nhập khẩu cũng phải qua kiểm định. TIIS nêu rõ thiết bị phải đạt kiểm định của Nhật trước khi dùng tại Nhật, kể cả khi cơ quan nước ngoài đã chứng nhận.
• Báo cáo thử nghiệm IECEx có thể giảm bớt thử nghiệm, nhưng không thay thế kiểm định. TIIS có thể chấp nhận báo cáo thử nghiệm IECEx (ExTR) làm dữ liệu thử nghiệm có sẵn, nếu báo cáo bao trùm sản phẩm, do tổ chức chứng nhận IECEx hợp lệ cấp và có số nhận dạng IECEx. Để được bỏ thử nghiệm thực tế, báo cáo còn phải đáp ứng hướng dẫn hiện hành của Nhật và có dữ liệu về các khác biệt quốc gia. Vẫn cần nộp một thiết bị hoàn chỉnh làm mẫu.
• Chứng chỉ được cấp chi tiết và có thời hạn. Hướng dẫn chứng nhận năm 2017 của CML, một tổ chức của Anh từng được MHLW công nhận, cho biết Nhật cấp chứng chỉ riêng cho từng tổ hợp kiểu, nhóm khí, cấp nhiệt độ và mã Ex, khác với chứng chỉ chung cho cả dòng sản phẩm thường gặp ở ATEX hay IECEx. Tài liệu của MHLW nêu chứng chỉ kiểm định kiểu mẫu có hiệu lực ba năm và phải kiểm định lại để gia hạn.
• Có cơ quan nước ngoài được công nhận, nhưng hãy kiểm tra danh sách hiện hành. MHLW từng công nhận một số cơ quan nước ngoài cho chứng nhận hoặc dữ liệu thử nghiệm dùng ở Nhật (đến tháng 3/2023, TIIS liệt kê DEKRA Certification B.V. là cơ quan kiểm tra nước ngoài được chỉ định). Việc chỉ định có thời hạn cố định, nên hãy xác nhận tình trạng hiện tại với MHLW hoặc TIIS.

Dấu IECEx, ATEX hay dấu của Bắc Mỹ và việc đạt kiểm định kiểu mẫu của Nhật là hai việc riêng biệt. Với thiết bị nhập khẩu, hãy ghi vào thông số kỹ thuật số chứng chỉ của Nhật và các điều kiện kèm theo, không chỉ tên chứng chỉ nước ngoài.

Cách đọc nhãn cũ của Nhật như d2G4

Nhãn thiết bị làm theo tiêu chuẩn cấu trúc của Nhật có ký hiệu ngắn như d2G4. Trong đó d là vỏ chịu nổ, 2 là cấp nổ (bakuhatsu tokyu) và G4 là cấp tự bốc cháy (hakkado). Ba phần này cùng mô tả kiểu bảo vệ và tính chất của khí mà thiết bị được dùng.

Đừng đọc số 4 trong G4 như một nhiệt độ đo được, và đừng đổi thẳng thành cấp nhiệt độ T4 của IEC. G là cấp tự bốc cháy của Nhật, còn T là cấp nhiệt độ của IEC. Hai cách phân loại này độc lập, nên hãy tra từng cái trong bảng của tài liệu áp dụng.

Acetone, một dung môi quen thuộc, cho thấy sự khác biệt. Các ví dụ phân loại của Nhật xếp acetone vào cấp nổ 1 và cấp tự bốc cháy G1, còn hệ hài hòa IEC xếp vào IIA và T1. Hãy tra loại khí trước, rồi kiểm tra nhãn thiết bị có bao gồm khí đó không, và không trộn chữ của hai hệ thành một mã tự đặt.

Khi thay thiết bị, nếu chỉ chép ký hiệu ngắn trên nhãn cũ vào thông số mua hàng thì sẽ thiếu điều kiện. Hãy ghi thêm kiểu máy, số chứng chỉ, loại khí và nguồn điện, để so sánh thiết bị cũ với sản phẩm mới được chứng nhận theo tiêu chuẩn khác.

Cách đọc nhãn Ex theo IEC

Bộ IEC 60079 là nền tảng quốc tế của chống nổ. Một nhãn điển hình là Ex db IIB T4 Gb: Ex là ký hiệu chống nổ, db là vỏ chịu nổ với mức bảo vệ b, IIB là nhóm thiết bị cho khí, T4 là cấp nhiệt độ và Gb là mức bảo vệ thiết bị (EPL).

Hình 2: Đọc nhãn Ex thành từng phần: kiểu bảo vệ, khí, nhiệt độ và mức bảo vệ

Nhãn mẫu để minh họa. Không quyết định nơi lắp đặt chỉ từ chữ d hay e.

ExThiết bị
chống nổ

dbVỏ chịu nổ,
mức bảo vệ db

IIBNhóm thiết bị
theo loại khí

T4Nhiệt độ bề mặt tối đa
135°C

GbMức bảo vệ thiết bị
dùng cho vùng 1 và 2

Hãy kiểm tra riêng nhiệt độ môi trường, điều kiện sử dụng đặc biệt và nội dung kiểm định của Nhật. Các nhãn cũ như Ex d IIB T5 phải đọc theo phiên bản tiêu chuẩn được áp dụng khi thiết bị được chứng nhận.

Nhóm I dành cho mỏ có khí mỏ (firedamp, chủ yếu là mêtan); nhóm II dành cho mọi môi trường khí nổ còn lại. Các phân nhóm IIA, IIB, IIC phản ánh mức dễ bắt cháy của khí và cách ngọn lửa truyền qua khe hở, không phải nồng độ khí. Hydro và acetylene thuộc IIC, và thiết bị ghi IIC cũng dùng được cho IIA và IIB.

Giới hạn của cấp nhiệt độ từ T1 đến T6 lần lượt là 450, 300, 200, 135, 100 và 85°C. Số càng lớn thì nhiệt độ bề mặt tối đa của thiết bị càng thấp, nên có thể xét dùng cho khí có nhiệt độ tự bốc cháy thấp hơn.

Ví dụ khi cân nhắc thiết bị T4, hãy so giới hạn 135°C với nhiệt độ tự bốc cháy của khí. Đồng thời đọc dải nhiệt độ môi trường, và tính cả điều kiện mùa hè lẫn nhiệt từ thiết bị bên cạnh.

Chữ X sau số chứng chỉ hoặc trên chứng chỉ nghĩa là có điều kiện sử dụng đặc biệt. Hãy đưa các điều kiện đó, như cách lắp đặt và giới hạn nhiệt độ môi trường, vào thông số thi công. Đọc xong nhãn thiết bị chưa phải là kiểm tra xong.

An toàn tăng cường (Ex e) là gì?

An toàn tăng cường áp dụng cho thiết bị không phát sinh tia lửa, hồ quang hay nhiệt độ đủ gây cháy khi vận hành bình thường. Kỹ thuật viên Nhật gọi tắt là "anmashi", và bạn sẽ gặp kiểu này ở hộp đấu nối và động cơ.

Đầu nối khó bị lỏng, khoảng cách cách điện đủ lớn và giới hạn độ tăng nhiệt làm cho nguồn đánh lửa khó hình thành. Chỉ có vỏ chắc và gioăng thì chưa thành Ex e. Tiêu chuẩn cấu trúc của Nhật coi an toàn tăng cường là nâng độ an toàn của những bộ phận không phải nguồn đánh lửa khi vận hành bình thường, gồm tính năng cách điện, độ tăng nhiệt và bảo vệ khỏi hư hại từ bên ngoài.

Hình 3: Hộp đấu nối Ex e ngăn cháy nhờ đấu nối, cách điện và nhiệt độ

Thiết kế giữ cho cực đấu dây không bị lỏng và cách điện không xuống cấp, nên khó có tia lửa hoặc quá nhiệt cục bộ.

Mặt cắt sơ đồ: màu nâu là dây dẫn, xanh nhạt là cách điện, xám là vỏ bọc cáp. Cáp đi qua cable gland cùng vỏ bọc; dây dẫn trần không chạm vào vách kim loại. Đây không phải bản vẽ chế tạo hay hướng dẫn đấu dây. An toàn tăng cường không dựa vào việc ngăn hoàn toàn khí lọt vào.

Tiếp xúc kém ở đầu nối làm tăng điện trở tiếp xúc và có thể gây nóng cục bộ. Khoảng cách cách điện quá ngắn hoặc bề mặt bẩn có thể gây phóng điện. Đây là vấn đề ngay cả với domino đấu dây thông thường.

Thiết bị Ex e kiểm soát các rủi ro này bằng thiết kế và linh kiện trên toàn bộ thiết bị. Nếu sau khi lắp bạn thay domino bằng kiểu khác, hãy chọn linh kiện giữ được nguyên mức bảo vệ ban đầu.

Theo các quy định hài hòa IEC, an toàn tăng cường có hai mức bảo vệ là eb và ec. Mức eb tương ứng EPL Gb và ec tương ứng Gc, nên thiết bị cùng tên "an toàn tăng cường" không phải loại nào cũng được duyệt cho cùng một khu vực.

Động cơ Ex e cần thiết bị bảo vệ phù hợp

Với động cơ, việc không có tia lửa tiếp điểm khi vận hành bình thường mới chỉ là một phần. Nhiệt sinh ra do tải cũng phải được kiểm soát. Ví dụ, catalog động cơ an toàn tăng cường của Oriental Motor yêu cầu thiết bị bảo vệ phù hợp với dòng điện rôto bị kẹt và thời gian kẹt rôto cho phép.

Đường không khí làm mát bị chặn, hoặc nhiệt độ môi trường vượt dải định mức, cũng đưa động cơ ra ngoài điều kiện lựa chọn. Ngay cả khi động cơ thay thế có cùng công suất và tốc độ, hãy kiểm tra riêng nhãn Ex và điều kiện vận hành.

Nếu động cơ và thiết bị bảo vệ được mua riêng, hãy ghi cài đặt bảo vệ vào thông số của cả hai. Đừng chọn chỉ theo dòng điện định mức: điều kiện vận hành được duyệt còn bao gồm độ tăng nhiệt khi khởi động và khi rôto bị kẹt.

Khi bảo vệ quá tải nhảy, bấm reset rồi chạy lại là nguy hiểm. Hãy kiểm tra tải có bị tắc, máy có bị kẹt hay làm mát có vấn đề không, và loại bỏ nguyên nhân làm tăng nhiệt rồi mới chạy lại.

Vỏ chịu nổ (Ex d) là gì?

Vỏ chịu nổ cho phép khí lọt vào bên trong. Nếu khí nổ ở trong, vỏ không để vụ nổ làm cháy hỗn hợp bên ngoài. Kiểu này kết hợp độ bền chịu áp suất nổ với các mặt ghép ngăn ngọn lửa truyền ra.

Một hộp kim loại dày chưa đủ để thành Ex d. Mọi đường từ trong ra ngoài đều tính: mặt ghép giữa nắp và thân, chỗ trục xuyên qua, lối vào cáp.

Hình 4: Vỏ chịu nổ chịu được áp suất và không để lửa lọt ra ngoài

Khe hở và chiều dài của mỗi mặt ghép giữ cho ngọn lửa không thoát ra. Chỉ riêng độ kín khí không giải thích được nguyên lý này.

Khe hở của mặt ghép phẳng được vẽ phóng đại cho dễ nhìn. Mũi tên ngang màu xanh là toàn bộ chiều dài mặt ghép, mũi tên dọc bên phải là khe hở, mũi tên màu nâu là đường đi của sản phẩm cháy nóng từ trong ra ngoài. Kích thước cho phép thực tế phụ thuộc nhóm thiết bị, cấu trúc và chứng nhận. Không lấy kích thước từ hình này.

Trong thiết kế vỏ chịu nổ, sản phẩm cháy nóng đi qua mặt ghép không được làm cháy hỗn hợp xung quanh. Chiều dài và khe hở của mặt ghép được đặt theo vỏ và loại khí đích, rồi được nhà sản xuất kiểm chứng qua thiết kế và thử nghiệm.

Làm xước mặt ghép, bỏ bớt bu lông siết hoặc lắp nắp khác đều làm giảm mức bảo vệ. Dù bộ phận trông giống nhau, chỉ dùng tổ hợp đã được duyệt và tuân theo yêu cầu siết đã quy định.

Khi mở nắp để bảo trì, hãy kiểm tra mặt ghép về ăn mòn, dị vật và ren bị hỏng. Không tự mài lại vết xước tại hiện trường hay thêm vật liệu để lấp khe hở; việc sửa chữa phải theo điều kiện sửa chữa của nhà sản xuất.

Công tắc đóng cắt tiếp điểm khi vận hành bình thường là ví dụ điển hình của thiết bị được bảo vệ bằng vỏ chịu nổ. Cơ cấu tiếp điểm có thể giống công tắc hành trình thông thường, nhưng loại dùng chung không thể đặt nguyên trạng vào khu vực nguy hiểm.

Cần tránh hai cách hiểu sai. Thứ nhất, Ex d không có nghĩa là khí không bao giờ lọt vào trong. Thứ hai, trong thông số kỹ thuật của Nhật, "taiatsu boubaku" (vỏ chịu nổ) khác với "taiatsu shiyo" (thông số chịu áp, tức chịu được áp suất của đường ống công nghệ). Cả hai đều bắt đầu bằng "taiatsu" (chịu áp), nên hãy đọc đủ cả thuật ngữ.

Ex d và Ex e: bảng so sánh

Khác biệt cốt lõi là thiết kế ngăn nguồn đánh lửa hình thành, hay ngăn vụ nổ bên trong lan ra ngoài. Phân biệt theo trọng lượng hay giá dễ dẫn đến chọn sai, nhất là với thiết kế kết hợp và thiết bị nhỏ.

Hạng mục	An toàn tăng cường	Vỏ chịu nổ
Ký hiệu chính	e (hài hòa IEC: eb, ec)	d (thường là db)
Cách ngăn cháy	Nâng độ an toàn của đấu nối, cách điện và nhiệt độ	Chịu vụ nổ bên trong và không để làm cháy bên ngoài
Áp dụng cho	Bộ phận không phát sinh tia lửa hay nhiệt gây cháy khi vận hành bình thường	Có thể chứa cả nguồn đánh lửa như tiếp điểm đóng cắt
Điểm cần giữ gìn chính	Đầu nối, cách điện, nhiệt độ, cấu trúc bảo vệ	Vỏ, mặt ghép, bu lông siết, lối vào cáp
Nơi được dùng	Phân biệt eb/Gb với ec/Gc; thiết bị theo tiêu chuẩn cấu trúc của Nhật kiểm tra riêng	Kiểm tra mức bảo vệ (như db/Gb) và nội dung chứng chỉ
Giá và trọng lượng	Phụ thuộc cấu trúc, vật liệu và thông số	Gia công vỏ và mặt ghép ảnh hưởng đến chi phí và trọng lượng

Đừng mặc định Ex e luôn rẻ hơn. Giá phụ thuộc loại thiết bị, công suất, vật liệu và phạm vi chứng nhận. Hãy thu hẹp lựa chọn xuống các thiết bị phù hợp với vị trí, loại khí và nhiệt độ trước, rồi mới so chi phí thiết bị, lắp đặt và bảo trì.

Một thiết bị có thể kết hợp cả hai. Ngăn đấu nối có thể là an toàn tăng cường, còn tiếp điểm phát tia lửa nằm trong ngăn chịu nổ, để mỗi phần có kiểu bảo vệ hợp với nó.

Chẳng hạn IDEC có hộp điều khiển ghi Ex db eb IIC T6 Gb, thiết kế kết hợp vỏ chịu nổ và an toàn tăng cường. Nhãn có cả d và e không mâu thuẫn; nó cho thấy thiết bị dùng nhiều kiểu bảo vệ.

Hãy tách cấp bảo vệ IP, tức khả năng chống nước và bụi, khỏi ký hiệu chống nổ. Một hộp thông thường kín nước không có nghĩa là đã xử lý tia lửa, bề mặt nóng hay vụ nổ bên trong.

Với tín hiệu điều khiển, phương pháp đi dây và kiểu chống nổ được quyết định riêng, dù tín hiệu giống nhau.

Chọn theo khu vực nguy hiểm: vùng 0, 1 và 2

Việc chọn bắt đầu từ phân vùng nguy hiểm tại nơi lắp đặt, không phải từ tên kiểu chống nổ. Khu vực được chia thành vùng 0, 1 hoặc 2 dựa trên mức độ thường xuyên và thời gian khí hoặc hơi tạo ra môi trường nổ.

Tài liệu Nhật cũng dùng các thuật ngữ tokubetsu kiken kasho (khu vực nguy hiểm đặc biệt), dai-1-rui kiken kasho (khu vực nguy hiểm loại 1) và dai-2-rui kiken kasho (khu vực nguy hiểm loại 2). Ở xưởng, bạn sẽ nghe zero-shu, isshu, nishu (loại 0, loại 1, loại 2). Hãy đối chiếu chúng với vùng 0, 1, 2 và dùng thuật ngữ của tiêu chuẩn mà dự án đang theo.

Vùng 0

Ở vùng 0, môi trường nổ có mặt liên tục, trong thời gian dài hoặc thường xuyên. Không gian phía trên mặt chất lỏng dễ cháy trong bình chứa là ví dụ thường gặp, nhưng phân vùng thực tế còn phụ thuộc điều kiện vận hành.

Nói bồn "chứa đầy chất dễ cháy" thì chưa biết môi trường có nổ hay không. Điều quan trọng là hỗn hợp hơi và không khí ở không gian nơi đặt thiết bị.

Theo nguyên tắc, thiết bị cho vùng 0 được chọn theo EPL Ga. An toàn nội tại (intrinsic safety) mức ia là ví dụ điển hình, nhưng đọc mức bảo vệ của toàn bộ thiết bị đáng tin hơn là nhớ một kiểu bảo vệ.

An toàn nội tại (tiếng Nhật gọi tắt là honan) giới hạn năng lượng để tia lửa và nhiệt không gây cháy trong các điều kiện bình thường và sự cố đã quy định. Chỉ vì điện áp cấp thấp thì cảm biến hay mạch đo thông thường không trở thành an toàn nội tại.

Vùng 1

Ở vùng 1, môi trường nổ có khả năng thỉnh thoảng xuất hiện khi vận hành bình thường. Khu vực gần các miệng mở thải hơi dễ cháy là ứng viên, và phạm vi được xác định từ tần suất phát thải và điều kiện thông gió.

Theo ký hiệu hài hòa IEC, thiết bị Gb, gồm cả vỏ chịu nổ db và an toàn tăng cường eb, đều có thể được xét. Coi mọi thiết bị Ex e chỉ dùng cho vùng 2 sẽ dẫn đến xử lý sai thiết bị Gb và thiết kế kết hợp.

Điều 2 của tiêu chuẩn cấu trúc Nhật cũng liệt kê an toàn tăng cường trong các kiểu cấu trúc dùng cho khu vực nguy hiểm loại 1. Tuy nhiên, một số ví dụ lựa chọn của nhà sản xuất Nhật không dùng đèn an toàn tăng cường ở vùng 1.

Hãy tách danh sách trong quy định khỏi điều kiện chọn của từng thiết bị, và quyết định dựa trên loại thiết bị, tiêu chuẩn của dự án và nội dung chứng chỉ của Nhật. Cả "vùng 1 thì chỉ vỏ chịu nổ" lẫn "thiết bị e nào cũng dùng được ở vùng 1" đều không phải quy tắc đúng.

Chẳng hạn khi thay hộp đấu nối ở vùng 1, hãy đọc riêng việc hộp có đạt Gb hay không và điều kiện của thiết bị nối vào. Hộp phù hợp không có nghĩa là có thể thêm rơ le bất kỳ vào trong.

Vùng 2

Ở vùng 2, môi trường nổ khó xuất hiện khi vận hành bình thường, và nếu xuất hiện thì chỉ kéo dài ngắn. Hãy tính đến rò rỉ và sự cố thông gió; không chọn thiết bị thông thường chỉ dựa vào điều kiện bình thường.

Theo ký hiệu hài hòa IEC, thiết bị Gc có thể được xét, và thiết bị mức cao hơn là Gb và Ga cũng có thể xét. An toàn tăng cường ec và kiểu không phát tia lửa là các lựa chọn, nhưng nhóm khí và cấp nhiệt độ vẫn phải phù hợp.

Hình 5: Khu vực nguy hiểm xác định từ nguồn phát thải và thông gió; EPL được đối chiếu theo đó

Điều kiện hình thành môi trường nổ bên trong bình khác với bên ngoài miệng mở.

Khu vực	EPL theo nguyên tắc	Ví dụ trong bài này
Vùng 0	Ga	An toàn nội tại ia, v.v.
Vùng 1	Ga, Gb	Vỏ chịu nổ db, an toàn tăng cường eb, v.v.
Vùng 2	Ga, Gb, Gc	Tất cả các loại trên, cộng an toàn tăng cường ec, v.v.

Sơ đồ khái niệm thể hiện mối quan hệ giữa các khu vực. Không áp dụng hình dạng hay khoảng cách này cho nhà máy thực tế. Khu vực nguy hiểm thực tế phụ thuộc điều kiện phát thải, tính chất vật liệu và thông gió, và phải kiểm tra thêm điều kiện chứng chỉ của Nhật.

Trong cùng một phòng, khu vực gần nguồn phát thải và khu vực xa hơn có thể thuộc các vùng khác nhau. Tỷ trọng khí, hướng phát thải, thông gió, và các chỗ trũng hay vật cản làm khí đọng lại đều ảnh hưởng đến phạm vi.

Không thể gán vùng một cách máy móc theo tên thiết bị như bồn, bình khí hay cửa. Hãy chồng vị trí và độ cao thiết bị lên bản vẽ phân vùng nguy hiểm, và xem kỹ ranh giới cùng các điểm đấu nối.

Quan hệ với IECEx, ATEX, TCVN và hệ Class/Division của Mỹ

Vì các quy định hài hòa của Nhật dựa trên IEC 60079, khái niệm vùng và EPL khớp với IECEx và ATEX. Chứng chỉ thì không. Mỗi thị trường có bước chấp nhận theo luật riêng, và Mỹ còn dùng hệ phân loại khu vực khác.

Vùng (IEC / Nhật)	EPL (IEC 60079)	Hạng mục thiết bị ATEX (EU)	Class I Division của Mỹ (chỉ để tham khảo)
Vùng 0	Ga	1G	Division 1 (vùng 0 nằm trong đó)
Vùng 1	Gb	2G	Division 1
Vùng 2	Gc	3G	Division 2

Hãy xem cột Division chỉ là để định hướng. Hai hệ không được định nghĩa giống nhau, và thiết bị được liệt kê theo hệ này không tự động được chấp nhận theo hệ kia. Thiết bị khu vực dùng ở Mỹ mang ký hiệu AEx, và việc áp dụng phải kiểm tra với quy chuẩn điện hiện hành của Mỹ (NEC) và cơ quan có thẩm quyền.

Ở Việt Nam, theo chúng tôi biết, bộ tiêu chuẩn TCVN 7079 về thiết bị điện dùng trong môi trường khí nổ được xây dựng dựa trên IEC 60079. Bài này chưa đối chiếu từng phần và từng phiên bản của TCVN với IEC hiện hành, nên đừng coi TCVN và IEC là hoàn toàn giống nhau. Hãy hỏi nhà cung cấp, đơn vị tư vấn hoặc cơ quan quản lý về phiên bản TCVN được yêu cầu và về việc có cần chứng nhận hay kiểm định riêng tại Việt Nam hay không.

Điều này có ý nghĩa thực tế như sau:

• Thiết bị Nhật chuyển sang nhà máy ở Việt Nam hoặc nước khác: chứng chỉ kiểm định kiểu mẫu của Nhật là phê duyệt theo luật Nhật. Đừng cho rằng nó tự được chấp nhận như IECEx, ATEX hay chứng nhận ở nước nhận. Hãy hỏi xem cùng kiểu máy đó có chứng nhận mà nước bạn yêu cầu hay không.
• Thiết bị nước ngoài đưa vào Nhật: chứng nhận IECEx hay ATEX không loại bỏ yêu cầu kiểm định kiểu mẫu của Nhật. Theo các điều kiện nêu trên, báo cáo thử nghiệm IECEx có thể dùng làm dữ liệu thử nghiệm.
• Ký hiệu cũ của Nhật: ký hiệu như d2G4 không có chữ tương đương từng chữ trong IEC. Hãy hỏi nhà sản xuất thiết bị được chứng nhận cho nhóm khí và cấp nhiệt độ nào theo cách gọi hiện nay, thay vì tự quy đổi.

Kiểm tra thông số kỹ thuật và bảo trì

Trước hết, hãy chép loại khí và điều kiện vận hành đã dùng để phân vùng vào thông số kỹ thuật. Nếu sau này đổi sang dung môi khác, hãy xem xét ngay ở khâu quản lý thay đổi liệu vùng và cấp nhiệt độ có còn phù hợp không.

Khi so sánh báo giá, hãy đưa cùng một yêu cầu cho mọi nhà sản xuất. Nếu một báo giá có kiểm định kiểu mẫu của Nhật còn báo giá kia chỉ có chứng nhận nước ngoài, chênh lệch giá không cho biết thiết kế nào tốt hơn.

Nếu đổi độ cao lắp thiết bị hoặc thêm vỏ bao làm đổi dòng thông gió, hãy xem lại theo bản vẽ phân vùng. Đường khí thoát ra chảy hoặc đọng lại thay đổi, không chỉ bố trí mặt bằng.

Cable gland và nút bịt các lối vào không dùng là một phần của cụm đã chứng nhận, không chỉ riêng thân thiết bị. Thay bằng bộ phận dùng chung chỉ vì vừa ren sẽ phá tổ hợp đã duyệt, nên hãy khớp bộ phận đến tận mã kiểu.

Với đo lường an toàn nội tại, hãy kiểm tra thiết bị hiện trường, thiết bị liên kết (barrier an toàn) và cáp như một mạch. Đừng nhầm bộ cách ly tín hiệu thông thường với việc giới hạn năng lượng để chống nổ.

Hãy thiết kế riêng việc nối đất lớp chống nhiễu và nối đất bảo vệ, mỗi cái theo mục đích của nó. Với mạch Ex, hãy làm các kết nối này theo điều kiện lắp đặt của thiết bị.

Khi bảo trì, hãy ghi lại nhãn và kiểu máy thực tế, cùng hư hại của vỏ hoặc bộ phận thiếu. Đặt điểm kiểm tra theo kiểu bảo vệ: đầu nối và nhiệt độ với Ex e, mặt ghép và bu lông siết với Ex d.

Trước khi mở hộp đấu nối, hãy cắt nguồn, xử lý năng lượng tích trữ và xác nhận môi trường khí an toàn. Hãy đưa việc này vào quy trình làm việc Ex của nhà máy cùng với khóa – treo thẻ (LOTO).

Khi chọn hàng thay thế, hãy so cả khả năng mua được bộ phận và thời gian dừng máy để kiểm tra, thay thế, không chỉ giá mua. Các cách bảo trì theo thời gian và theo tình trạng giúp bạn xây dựng hồ sơ kiểm tra.

Hãy giữ chứng chỉ, sách hướng dẫn và phạm vi bộ phận được duyệt trong hồ sơ bàn giao. Ghi kiểu máy và số chứng chỉ vào sổ thiết bị để truy lại điều kiện lựa chọn nhiều năm sau. Nếu bạn còn giữ liên kết giữa bản vẽ phân vùng, thông số kỹ thuật và từng nhãn thiết bị, lý do chọn sẽ được truyền lại cho những lần nâng cấp và thay thế sau.

Danh sách kiểm tra: chuyển thiết bị Ex giữa Nhật và nhà máy của bạn

Dùng danh sách này khi bạn nhận thiết bị từ Nhật, đặt thông số cho thiết bị dùng ở nhà máy Nhật, hoặc thay một thiết bị đang có.

• Vị trí và phân vùng nguy hiểm (vùng), cùng các loại khí liên quan
• Kiểu bảo vệ, nhóm thiết bị, cấp nhiệt độ và EPL
• Số chứng chỉ kiểm định kiểu mẫu của Nhật, kiểu máy được duyệt và điều kiện sử dụng đặc biệt (X)
• Ngày hiệu lực của chứng chỉ (chứng chỉ Nhật có thời hạn ba năm)
• Chứng nhận cho nước đến (IECEx, ATEX, TCVN hoặc yêu cầu của cơ quan quản lý Việt Nam, hoặc phê duyệt tại địa phương khác)
• Dải nhiệt độ môi trường, nguồn điện, tải và cài đặt thiết bị bảo vệ
• Lối vào cáp, cable gland, nút bịt, nối đất và phương pháp bảo trì
• Với nhãn cũ của Nhật (như d2G4): văn bản của nhà sản xuất về nhóm khí và cấp nhiệt độ IEC tương đương, nếu có

Câu hỏi cho nhà cung cấp Nhật

• Thiết bị này được chứng nhận theo tiêu chuẩn nào: tiêu chuẩn cấu trúc của Nhật hay hướng dẫn hài hòa IEC?
• Số chứng chỉ kiểm định kiểu mẫu của Nhật là gì, và khi nào hết hạn?
• Chứng chỉ có điều kiện sử dụng đặc biệt (X) không? Xin gửi bằng tiếng Anh.
• Kiểu máy này có thêm IECEx, ATEX hoặc chứng nhận khác không? Xin gửi số chứng chỉ.
• Cable gland và nút bịt có nằm trong cụm đã chứng nhận không? Mã kiểu của chúng là gì?
• Với động cơ: cần thiết bị bảo vệ và cài đặt nào (dòng điện rôto bị kẹt và thời gian kẹt rôto cho phép)?

Mẫu email

Tiêu đề: Thông tin chứng nhận Ex cho [thiết bị / kiểu máy]

Kính gửi [Tên],
Chúng tôi dự định lắp [kiểu máy] ở khu vực [vùng 1 / vùng 2] tại nhà máy ở [quốc gia]. Các loại khí liên quan là [tên khí]. Trước khi chốt đơn hàng, xin vui lòng gửi cho chúng tôi:
1. Nhãn Ex và số chứng chỉ kiểm định kiểu mẫu của Nhật, kèm ngày hết hạn
2. Các điều kiện sử dụng đặc biệt (X) bằng tiếng Anh
3. Các chứng chỉ IECEx, ATEX hoặc chứng chỉ khác cho cùng kiểu máy
4. Mã kiểu của cable gland và nút bịt trong cụm đã chứng nhận
5. Với động cơ, thiết bị bảo vệ và cài đặt yêu cầu
Lựa chọn cuối cùng sẽ do bộ phận kỹ thuật của chúng tôi và cơ quan địa phương xác nhận.
Trân trọng,
[Tên của bạn]

Nếu nhà cung cấp làm việc bằng tiếng Anh, bạn có thể gửi bản sau:

Subject: Ex certification details for [equipment / model]
Dear [Name],
We plan to install [model] in a [Zone 1 / Zone 2] area at our [country] site. The gases involved are [gas names]. Before we finalize the order, please send: (1) the Ex marking and the Japanese type examination certificate number with its expiry date; (2) any specific conditions of use (X) in English; (3) any IECEx, ATEX, or other certificates for the same model; (4) model numbers of the cable glands and blanking plugs in the certified assembly; (5) for motors, the required protection device and settings.
Best regards,
[Your name]

Giới hạn của bài viết

• Bài chỉ nói về khí và hơi, không nói về bụi cháy.
• Quy định chứng nhận, cơ quan được công nhận và phiên bản quy chuẩn thay đổi theo thời gian. Các điểm về TIIS, cơ quan nước ngoài và NEC dựa trên các nguồn liệt kê bên dưới tại thời điểm viết; hãy xác nhận tình trạng hiện tại.
• Phần nói về TCVN chỉ là hiểu biết chung, chưa được đối chiếu với từng phần và phiên bản của tiêu chuẩn.
• Bảng đối chiếu vùng với Division chỉ là hướng dẫn gần đúng, không phải sự tương đương.
• Một kiểu bảo vệ có được chấp nhận ở một vùng hay không còn phụ thuộc tiêu chuẩn của công ty hoặc dự án, vốn có thể nghiêm hơn quy định.
• Phân vùng nguy hiểm và chọn thiết bị là quyết định của kỹ sư có chuyên môn, đơn vị chứng nhận và cơ quan địa phương. Nội dung ở đây không thay thế họ.

Câu hỏi thường gặp

Thiết bị an toàn tăng cường (Ex e) có dùng được ở vùng 1 không?

Thiết bị ghi eb với EPL Gb là một trong các lựa chọn cho vùng 1. Đừng coi nó giống thiết bị e theo tiêu chuẩn cấu trúc của Nhật; hãy quyết định dựa trên loại thiết bị, nội dung chứng chỉ và tiêu chuẩn của nhà máy.

Có thể đặt thiết bị bất kỳ vào trong vỏ chịu nổ (Ex d) không?

Không. Nhiệt từ thiết bị bên trong, việc gia công vỏ và thay đổi đầu nối hay lối vào cáp đều ảnh hưởng đến mức bảo vệ, nên phải giữ đúng kiểu máy đã chứng nhận và cấu hình đã được duyệt.

Có chứng chỉ IECEx thì dùng được thiết bị ở Nhật không?

Không. Thiết bị phải đạt kiểm định kiểu mẫu của Nhật trước khi dùng tại Nhật. Báo cáo thử nghiệm IECEx (ExTR) có thể được nộp làm dữ liệu thử nghiệm và có thể giảm thử nghiệm nếu đáp ứng điều kiện của TIIS.

T4 có nghĩa là thiết bị dùng được ở nhiệt độ môi trường 135°C không?

Không. T4 là cấp cho nhiệt độ bề mặt tối đa của thiết bị, không phải giới hạn trên của nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ môi trường là một thông số riêng, và việc lắp đặt phải nằm trong giới hạn đó, kể cả nhiệt từ bên ngoài.

Thiết bị chống nổ có phù hợp cho hydro không?

Chỉ khi thiết bị được chứng nhận cho đúng nhóm thiết bị và điều kiện. Hydro thuộc IIC. Hãy đối chiếu khí và điều kiện nhiệt độ với chứng chỉ và thông số của nhà sản xuất.

Nguồn tham khảo

• MHLW, tiêu chuẩn cấu trúc thiết bị điện chống nổ (tiếng Nhật): định nghĩa các kiểu bảo vệ, cấp tự bốc cháy
• MHLW, Quy tắc An toàn và Vệ sinh Lao động, Điều 280 (tiếng Nhật): thiết bị điện ở nơi có nguy cơ nổ
• JNIOSH, hướng dẫn kỹ thuật về lắp đặt điện chống nổ, Phần 1: Tổng quát (tiếng Nhật): ký hiệu, EPL, cấp nhiệt độ
• JNIOSH, Phần 5: An toàn tăng cường (tiếng Nhật): eb, ec và yêu cầu cấu trúc
• JNIOSH, Phần 2: Vỏ chịu nổ (tiếng Nhật): vỏ và mặt ghép
• JNIOSH, hướng dẫn cho người dùng thiết bị chống nổ trong nhà máy (tiếng Nhật): khu vực nguy hiểm, EPL, phân loại acetone
• TIIS, chế độ cơ quan kiểm tra nước ngoài được chỉ định và hỏi đáp (tiếng Nhật): kiểm định kiểu mẫu cho thiết bị nhập khẩu, dùng IECEx ExTR
• MHLW, danh sách cơ quan kiểm định kiểu mẫu đã đăng ký (tiếng Nhật)
• MHLW, giải đáp về hiệu lực chứng chỉ kiểm định kiểu mẫu (tiếng Nhật): hiệu lực ba năm và gia hạn
• CML, Ex Equipment Certification Guide for Japan (2017): chứng chỉ theo từng biến thể
• IAEI Magazine, "Comparison of Division and Zone Systems": Division so với Zone, ký hiệu AEx
• WEG, guide to explosive atmospheres: nhóm khí, cấp nhiệt độ, hạng mục ATEX
• Panasonic, đèn chống nổ (tiếng Nhật): chọn đèn theo khu vực nguy hiểm
• Oriental Motor, catalog động cơ an toàn tăng cường (tiếng Nhật): thiết bị bảo vệ khi rôto bị kẹt
• IDEC, hộp điều khiển EC2B (tiếng Nhật): thiết kế kết hợp vỏ chịu nổ và an toàn tăng cường