Div.2/Zone 2 防爆級工業電腦認證 ── 外殼防護等級

本文作者//UL 工程部 Oswald Chang

工業電腦一直以被視為防爆領域 Division 2 / Zone 2 產品類別中頗具代表性的產品。繼其防爆認證申請主題後，我們將持續探索在防爆功能中相關重要的外殼防護等級。我們將針對獨立式 (Standalone) 與崁入式 (Panel mount) 兩種安裝架構的外殼防護與測試做基本介紹，以幫助業者了解如何根據產品安裝方式進行外殼強度的強化設計。

Division 2 / Zone 2 外殼防護方式基本概念

為什麼需要一定等級防護的外殼？

除了產品用在爆炸性塵體環境會有一定等級外殼防護要求，當設備類 (Equipment) 產品用於爆炸性氣體環境時，其中外殼強度要求會分成幾個面向來進行：

  • 緩衝外部機械撞擊
  • 將汙染源堵絕於電氣裝置外
  • 提供降低或免除導體間距要求的機會

獨立式 (Standalone) 與崁入式 (Panel mount) 有什麼差別？

根據設備安裝方式主要可分為以下幾類：

  • 崁入式 (Panel mount) ──

    無法獨立使用，需崁入箱體固定安裝，除螢幕/觸控外露於最終外殼外，設備其餘部分與接線終端皆於最終外殼內。也因如此，崁入式的工業電腦安裝完成後前框部分將視為最終外殼的一部分。此安裝常見於控制盤櫃上供使用者操作的介面。
  • 獨立式 (Standalone) ──

    1) 裝置為可攜式，聯外接線使用皆外露於最終外殼外
    2) 牆面式 (Wall mount)：最終外殼裝設於牆面, 設備面板方位固定
    3) 支架式 (VESA mount)：最終外殼裝設於支架上， 提供可移動面板之功用

獨立式 (Standalone) 安裝由於設備本身已經配有最終外殼，因此在設計用於防爆環境需特別注意外殼出線機制。

Class I Div.2/Zone 2 外殼要求有什麼差別？


在最終外殼的要求上，Class I Div.2 的外殼等級同一般場所的要求，然對於攜帶式裝置則有外殼測試要求。Zone 2 的外殼等級以 IEC 60079-0 的外殼測試條件提供強度符合 IP 54 之外殼。

Division 2 / Zone 2外殼防護機構設計須注意的地方

  1. 強固型外殼 
    外殼結構脆弱處如玻璃， 薄板，開孔等需以承受外力衝擊的思維做強化
  2. 接合面
    設計儘量縮減外殼上之接合面數量與長度
  3. 材質
    金屬材質在 Zone 2 等級並無特殊要求規範，若表面有非導電塗層則須以非金屬材質要求檢視之。至於非金屬材質就需考量以下要點：

    1. 材質所在處運轉時溫度 (service temperature) 上下限， 選擇適合之 RTI/COT 值 (至少高於運轉溫度上限 10K) ，並注意材料是否會因為顏色、表面處理、厚度、UV 光照射…等的條件而影響材料特性。
    2. 材質表面靜電累積的能力。
  4. 固定件
    機殼本體鎖固，需要考量固定件位置與數量，以達到應有之密封強度

Division 2 / Zone 2 外殼防護常見測試項目與方法

  1. 溫度衝擊試驗 (thermal shock test) – 針對玻璃外殼材質處於高溫環境做低溫潑水
  2. 表面電阻試驗 (insulation resistance test) – 針對塑膠材質區域 (取決區域大小、厚度等) 透過導電塗層與電壓進行表面電阻計算
  3. 抗光試驗 (resistance to light) – 若塑膠外殼會暴露於光照源且材料沒有 ANSI/UL 746C (f1)等級，需要進行材料抗光試驗。特定尺寸的材料需要分成試驗組與對照組，試驗組需進行一定溫度的 UV 光源照射 1000小時， 並與對照組比對弱化程度比例。
  4. 連續性測試項目
    • Thermal Endurance to Heat
    • Thermal Endurance to Cold
      根據產品溫度試驗正常運轉下，取得之塑膠外殼與密封材料位置溫度來做特定溫度/濕度下的長時間老化過程，其中特別要注意的是此項測試通常需要為期一個月的測試老化時間。
    • Impact Test for Glass Parts
    • Impact Test at High Ambient
    • Impact Test at Low Ambient
      依據產品結構與材料特性選定高低溫環境的撞擊試驗，2 個非金屬外殼樣品的情況下要相同樣品接續做低溫與高溫的撞擊測試。若為可攜式產品則要評估常溫墜落試驗。
    • Dust Test – IP5X
    • Water Test – IPX4
      經過老化與機械性衝擊後，進行防塵防水試驗。此試驗需於產品內部產生負壓狀態，最後確保塵水狀況不影響防爆能力。

結語

Division 2 與 Zone 2 外殼能力要求差異較大，因此若有 Division 2 申請經驗的製造商在研發 Zone 2 環境使用需求時，建議在外殼設計上針對外殼可預期之高溫來選定材料之外，設計上也應該避免大量的接合面，讓外殼結構簡潔強固，較能符合測試與結構要求。

我們致力於安全的工作使命，除了為防爆產品的進行實務上的安全把關，我們亦會持續透過網站與電子報，分享 Division 2 / Zone 2 的認證系列介紹，以供業界具備更廣泛的知識與應用。我們不僅期待可幫助正準備踏入防爆領域的夥伴，能夠更有信心所踏出的每一步；同時也能讓已經有過初步申請經驗的業者，擁有更廣闊的眼界，來充分發揮產品設計的實力。

[註] 圖片引用出處

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