11電氣設(shè)備防爆原理

任務(wù)

1能 力 目 標(biāo)of127、會(huì)選擇電氣設(shè)備防爆外殼的材料，采取防爆措施；、了解本質(zhì)安全電路和設(shè)備的防爆；、會(huì)選用礦用電氣設(shè)備。知 識(shí) 要 點(diǎn)、電氣設(shè)備的防爆原理，防爆特性、防爆措施；、本質(zhì)安全電路和設(shè)備的防爆；、礦用電氣設(shè)備的類型、特點(diǎn)和作用。任務(wù)

1任務(wù)分析任務(wù)描述of227任務(wù)

1一

井下開關(guān)電氣設(shè)備在運(yùn)行中頻繁起動(dòng)、停止，勢必產(chǎn)生電??；其他電氣設(shè)備及其連接導(dǎo)線等，在正常工作或故障狀態(tài)下，因接觸不良也將產(chǎn)生電火花。因電弧和電火花的溫度都超過點(diǎn)燃瓦斯、煤塵的

爆炸溫度，所以必須解決這類設(shè)備的防爆問題。電氣設(shè)備防爆的必要性of327任務(wù)

1一瓦斯、煤塵的爆炸條件礦井在開采過程中，從煤、巖層中不斷地涌出瓦斯，其中有甲烷、乙烷、一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等氣體，但主要是甲烷（

CH4

），又名沼氣。在正常溫度和壓力下，瓦斯?jié)舛群窟_(dá)

5%

～

16%

時(shí)，遇到點(diǎn)燃熱源就會(huì)爆炸。①瓦

斯

爆

炸

的

壓

力

和

溫

度

濃度在9.

5%

的甲烷空氣混合氣體，在常溫常壓下以密閉容器絕熱條件下試驗(yàn)，最高爆炸溫度可達(dá)

2650℃

，一般在

2000℃-2200℃

之間。由于高溫產(chǎn)生了高壓，在一定容積下，根據(jù)查理定律推算，爆炸壓力的理論值為

0.8

～

0.82MPa。但由于爆炸生成物的自由擴(kuò)散，造成瞬間熱損失，爆炸后的溫度大致在1800℃

左右，故其實(shí)際爆炸壓力約為

0.716MPa

。此外，它還隨外殼的形狀、容積的大小、結(jié)合面間隙等因素而變化，其容積形狀與壓力的關(guān)系見表1

。of427任務(wù)

1一瓦斯、煤塵的爆炸條件①瓦 斯 爆 炸 的 壓 力 和 溫 度表

1

不同形狀容器的爆炸壓力外殼形狀圓球形正方形圓柱形長方形壓力

/MPa0.710.60.540.5②of527外殼內(nèi)絕緣油及有機(jī)物分解產(chǎn)生的壓力絕緣油及有機(jī)物在強(qiáng)烈電弧作用下，會(huì)分解產(chǎn)生大量氣體，使外殼受到較大的壓力。根據(jù)試驗(yàn)得知，這種壓力要比瓦斯爆炸壓力還大任務(wù)

1一瓦斯、煤塵的爆炸條件③多

空

腔

的

過

壓

現(xiàn)

象根據(jù)試驗(yàn)，過壓大小與兩腔凈容積之比和連通孔斷面積的大小有關(guān)。為此，應(yīng)不采用多腔結(jié)構(gòu)，如用時(shí)，應(yīng)盡量縮小兩腔容積差，一般要小于

4:1

，而連通孔的面積應(yīng)大于

750mm2

。④煤

塵

爆

炸

的

粒

度

含

量

及

溫

度煤塵粒度在

1μm

～

1

mm

范圍內(nèi)，揮發(fā)指數(shù)（即煤塵中所含揮發(fā)物的相對比例）超過

10%

，且飛揚(yáng)在空氣中的含量達(dá)

30 g/m3 ～

2

000

g/m3

時(shí)，遇有

700℃ ～

800

℃ 點(diǎn)燃溫度時(shí)便會(huì)爆炸，爆炸后還生成大量一氧化碳，它比瓦斯爆炸具有更大的危險(xiǎn)性。爆炸最猛烈的煤塵含量是

112

g/m3

。of627任務(wù)

1一瓦斯、煤塵的爆炸條件當(dāng)然引起瓦斯、煤塵爆炸的點(diǎn)火源不僅是電弧和電火花，還有金屬撞擊和摩擦火花、炮焰、煤自然發(fā)火及明火等，在工作中應(yīng)特別注意。瓦斯、煤塵爆炸時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊力，具有極強(qiáng)的破壞性，人受到傷害，設(shè)備、巷道遭到破壞，是井下最大的惡性事故。為了防止瓦斯、煤塵爆炸，可從兩個(gè)方面采取措施：一方面限制它們在空氣中的含量，如加強(qiáng)通風(fēng)，減少瓦斯?jié)舛?，對煤塵可用灑水和撒巖粉的方法，迫使其降落；另一方面就是控制井下各種引爆的火源和熱源，使之不外露或低于點(diǎn)燃溫度。of727任務(wù)

1一電氣設(shè)備的防爆途徑采用隔爆外殼

把電氣設(shè)備裝在一種具有隔爆性能的特制外殼內(nèi)，該殼應(yīng)能承受可能進(jìn)入其內(nèi)部的可燃性氣體的爆炸，而不致?lián)p壞或產(chǎn)生永久性變形，并且不至使內(nèi)部產(chǎn)生的火焰通過外殼上任何結(jié)合面或孔眼點(diǎn)燃外部的可燃性氣體。

隔爆型設(shè)備外殼一般采用鋼板或鑄鋼制成，但容積不大于

2L

的設(shè)備外殼，允許采用塑料制品。容積不大于

0.01L

的設(shè)備外殼，

允許用陶瓷材料制作。對于煤礦用的手持式或支架式電鉆及附帶插銷、攜帶式儀器儀表、燈具等的外殼，可用鋁合金做外殼，但其抗拉強(qiáng)度不得低于117.6MPa。1of827任務(wù)

1一電氣設(shè)備的防爆途徑采用隔爆外殼1耐爆性是指隔爆外殼的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)殼內(nèi)發(fā)生最嚴(yán)重的瓦斯爆炸，或因高溫引起管內(nèi)有機(jī)絕緣物分解而生成可燃性高壓氣體時(shí)，其壓力不致使外殼變形和損壞，其高溫不致使外殼損傷。耐爆性隔爆性就是要求外殼各部件的結(jié)合面符合一定要求，使殼內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，向外傳的火焰或灼熱的物質(zhì)不會(huì)引起殼外的可燃性氣體爆炸。這是由外殼裝配結(jié)合面的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如寬度、間隙和表面粗糙度來保證的。隔爆性of927任務(wù)

1不致引燃?xì)ね獾耐咚够蛎簤m，即外殼必須有耐爆和隔爆性能。耐爆性能由外殼的機(jī)械強(qiáng)度保證。實(shí)驗(yàn)證明：

殼內(nèi)爆炸壓力與外殼的容積大小和形狀有關(guān)。外殼形狀以長方形為壓力最小，故近年來隔爆電氣設(shè)備的外殼多設(shè)計(jì)成長方形。外殼凈容積越大，爆炸時(shí)產(chǎn)生的爆炸壓力也越大。不同容積外殼的機(jī)械強(qiáng)度要求見表

2表

2 隔爆外殼的試驗(yàn)壓力外殼容積

/LV≤0.50.5

＜

V≤2.02.0 ＜

V試驗(yàn)壓力

/MPa0.350.60.8一電氣設(shè)備的防爆途徑采用隔爆外殼將電氣設(shè)備置于隔爆外殼內(nèi)，當(dāng)外殼內(nèi)發(fā)生瓦斯爆炸時(shí)，

外殼既不破裂或變形，

也1of1027任務(wù)

1間的隔爆結(jié)合面要符合一定的要求。當(dāng)殼內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，火焰通過結(jié)合面間隙向外傳播的過程中，應(yīng)受到足夠冷卻，使其溫度降至瓦斯燃點(diǎn)溫度以下。因此，

對結(jié)合面的間隙、最小有效長度和粗糙度均有一定要求。粗糙的要求，

靜止的隔爆結(jié)合面的插銷套應(yīng)大于

6.

3

，

操縱桿應(yīng)不大于

3.

2

。對隔爆結(jié)合面最大間隙或直徑差

W

和最小有效長度

L

及螺栓通孔至外殼內(nèi)緣的最小長度

L1

的要求見表

3

。表3

礦用電氣設(shè)備隔爆外殼隔爆結(jié)合面結(jié)構(gòu)參數(shù)單位：mm結(jié)合面型式LL1W外殼容積/LV

≤0.1V

＞0.16.06.00.30—平面、止口或圓筒12.58.00.400.40結(jié)構(gòu)①25.09.00.500.5040.015.0—0.606.0—0.400.40帶有流動(dòng)軸承的圓12.5—0.500.50筒結(jié)構(gòu)②25.0—0.600.6040.0——0.80注：①對于操縱桿，當(dāng)直徑d不大于6.0mm

時(shí)，隔爆結(jié)合面的長度L須不小于6.0mm；直徑d不大于25mm

時(shí)，L須不小于d；d大于25mm

時(shí)，L須不小于25mm

。②當(dāng)軸與軸孔不同心時(shí)，最大單邊間隙須不大于W

值的2/

3。采

用

隔

爆

外

殼1采

用

隔

爆

外

殼為了保證隔爆性能要求，外殼各部件之1一電氣設(shè)備的防爆途徑of1127任務(wù)

1有關(guān)礦用隔爆型設(shè)備的詳細(xì)隔爆要求及工廠用隔爆設(shè)備的隔爆要求，請見國家標(biāo)準(zhǔn)

GB

3836

系列。外殼容積

/LV≤0.10.1

＜V≤2.02.0 ＜

V螺紋嚙合長度

/mm5912.5一電氣設(shè)備的防爆途徑采

用

隔

爆

外

殼對于螺紋隔爆結(jié)構(gòu)，螺紋精度須不低于

3

級，螺距須不小于0.7mm

，螺紋嚙合扣數(shù)不小于

6

扣，螺紋嚙合長度不低于表

4

的規(guī)定，并且應(yīng)有防止松脫的裝置。表

4 螺紋隔爆結(jié)構(gòu)參數(shù)1of1227任務(wù)

1它有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、制造維修方便、造價(jià)低、安全可靠等特點(diǎn)，可用在任何瓦斯礦井，故在通訊、信號、遙測遙控、自動(dòng)裝置等弱電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。一電氣設(shè)備的防爆途徑采用本質(zhì)安全電路和設(shè)備由于本質(zhì)安全型電氣設(shè)備不需要隔爆外殼，也不是采用隔離電火源（如通風(fēng)、充油）的方法來防爆的，而是在設(shè)計(jì)電氣設(shè)備時(shí)就將電路的電氣參數(shù)選擇在安全火花允許值以下，保證電路在正常工作和故障狀態(tài)下所產(chǎn)生的電火花或高溫都不會(huì)點(diǎn)燃可燃性混合物。2隔爆方式隔爆特點(diǎn)of1327任務(wù)

1在井下，當(dāng)空氣中甲烷等爆炸性混合物的濃度為

8.5%

時(shí)，遇到0.28 mJ

能量電火花即可爆炸。因此安全火花產(chǎn)生的能量必須低于某一安全值，一般認(rèn)為是

0.02mJ

。在此能量值以下的電火花是安全的，它不致引爆。因此，討論電火花點(diǎn)燃瓦斯這一問題是比較復(fù)雜的。但就其主要因素而言，對于簡單的感性電路，安全火花能量的大小主要取決于電流和電感；對于簡單容性電路，主要取決于電容和電壓；對于電阻性電路，主要取決于電壓和電阻。一電氣設(shè)備的防爆途徑采用本質(zhì)安全電路和設(shè)備2井下隔爆取決因素of1427任務(wù)

1一電氣設(shè)備的防爆途徑

電火花能量是決定定點(diǎn)燃瓦斯的主要參數(shù)，在設(shè)計(jì)本質(zhì)安全型電路時(shí)，必須限制火花能量。其主要方法有：

（

1

）合理選擇電氣元件，盡量降低電源電壓。

（

2

）增大電路中的電阻或利用導(dǎo)線電阻來限制電路中的故障電流。

（

3

）采取消能措施，消耗或衰減電感元件或電容元件中的能量。由于電火花能量受到限制，故只適用于信號、通訊、測量儀表、控制回路等弱電系統(tǒng)，且本電路不需隔爆外殼，具有體積小、重量輕，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。2限制火花能量措施適用場所of1527采用本質(zhì)安全電路和設(shè)備任務(wù)

1將電源切斷。這種方法已用于礦用照明燈、礦用屏蔽電纜和放炮器?，F(xiàn)以屏蔽電纜為例說明其工作原理。礦用屏蔽電纜與檢漏繼電器配合使用，可做到超前切斷電源。當(dāng)屏蔽電纜受到機(jī)械操作時(shí)，相間絕緣被破壞，電纜心線首先與屏蔽造成漏電，檢漏繼電器動(dòng)作使饋電開關(guān)跳閘。這樣，在電纜內(nèi)部還未形成短路故障之前切斷電源。快速斷電系統(tǒng)的工作原理是：電火花點(diǎn)燃瓦斯和煤塵需要一定時(shí)間，其時(shí)間的長短因電路參數(shù)和故障因不同而異，但最短不少于

5ms

。如果故障切除時(shí)間小于

5 ms

，則無論電纜受何操作，其電火花均不能點(diǎn)燃瓦斯和煤礦塵。一般快速斷電系統(tǒng)的斷電時(shí)間為

2.5

～

3

ms

。 一電氣設(shè)備的防爆途徑超前切斷電源和快速斷電系統(tǒng)若電氣設(shè)備出現(xiàn)故障情況，在可能點(diǎn)燃瓦斯之前，可利用自動(dòng)斷電裝置3of1627任務(wù)

1二根據(jù)礦用電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及不同的要求，分為兩大類：一類是礦用一般型電氣設(shè)備；另一類是礦用防爆型電氣設(shè)備。體積小、重量輕，

且便于移動(dòng)和安裝。井下巷道、硐室和采掘工作面的空間狹窄，

這樣可節(jié)省硐室建筑費(fèi)用和搬遷方便。有堅(jiān)固的外殼和較好的防潮、防銹性能，

因?yàn)榫麓嬖谥绊?、片幫等隱患及滴水、淋水等現(xiàn)象。有防爆性能，

因?yàn)榫麓嬖诘耐咚购兔簤m，在一定條件下有爆炸危險(xiǎn)。有較大的過載能力，

因?yàn)榫聶C(jī)電設(shè)備工作任務(wù)繁重，

啟動(dòng)頻繁，

負(fù)載變化較大，

設(shè)備易過載。外殼應(yīng)封閉，

且有機(jī)械、電氣閉鎖及專用接地螺絲；

煤電鉆、照明信號及控制電器應(yīng)采用

127

V

及

36

V

低壓，

因?yàn)榫鲁睗瘢?/p>

易觸電。特

點(diǎn)一特

點(diǎn)二特

點(diǎn)三特

點(diǎn)四特

點(diǎn)五of1727任務(wù)

1它們與地面普通電氣設(shè)備相比較，其外殼堅(jiān)固、封閉，能防塵、防滴、防濺；絕緣更加耐潮；與電纜連接采用專門的電纜接線盒或插銷裝置，沒有裸露接頭；接線端子相互之間以及和外殼之間，有增大的漏電距離和電氣間隙；有防止從外部直接觸及殼內(nèi)帶電部分的機(jī)械閉鎖裝置。與地面普通型電氣設(shè)備

的區(qū)

別二礦用一般型電氣設(shè)備礦用一般型電氣設(shè)備，是指一些專為煤礦井下條件而生產(chǎn)的不防爆電氣設(shè)備。礦用一般型電氣設(shè)備的外殼上標(biāo)有“

KY”

。定義適用場所 因而適合用于煤礦井下無瓦斯和煤塵爆炸危險(xiǎn)的場所。of1827任務(wù)

1二礦用一般型電氣設(shè)備外殼機(jī)械強(qiáng)度較高，防滴防濺。特 點(diǎn) 一絕緣材料耐潮性好。特 點(diǎn) 二漏電距離及空間間隙較大。特 點(diǎn) 三采用電纜進(jìn)出線。特 點(diǎn) 四of1927任務(wù)

1隔爆型電氣設(shè)備（

Exd

Ⅰ

）

隔爆型電氣設(shè)備是具有隔爆外殼的電氣設(shè)備，

標(biāo)志符號為“

d”

。這種設(shè)備將可能產(chǎn)生電火花和電弧的元件放在隔爆外殼中，使其與外界環(huán)境隔離。其舊標(biāo)志符號為“

KB”

。1 2增安型電氣設(shè)備（Exei)二礦用防爆型電氣設(shè)備礦用防爆型電氣設(shè)備屬于第Ⅰ類電氣漫備（工廠用屬于Ⅱ類），其外殼上和設(shè)備銘牌上都有“

Ex”

標(biāo)志。它分為以下幾種。of2027又叫礦用安全型電氣設(shè)備，

其標(biāo)志符號為“e”。增安型電氣設(shè)備在正常運(yùn)行中不會(huì)產(chǎn)生電弧、火花或可能點(diǎn)燃爆炸性混合物的高溫，它不采用隔爆外殼，只是采取適當(dāng)措施，以提高安全程度。在正常時(shí)有可能產(chǎn)生電火花的部分，須采取局部隔爆措施。其舊標(biāo)志符號為“KA”。任務(wù)

1礦用防爆型電氣設(shè)備3本質(zhì)安全型電氣設(shè)備（

ExiaⅠ或

ExibⅠ

）

其標(biāo)志符號為“

i”（本安型又分

a

和

b兩個(gè)等級，

a

等級的安全程度高于

b

等級），本安型電氣設(shè)備是指全部電路均為本安型電路的設(shè)備。其舊標(biāo)志符號為“

KH”

。4隔爆兼本質(zhì)安全型電氣設(shè)備（

ExdiaⅠ

或

ExdibⅠ

）

其標(biāo)志符號為“di”

，這種電氣設(shè)備是隔爆型與本安型的組合，它的非本安電路部分置于隔爆外殼中。其舊標(biāo)志符號為“

KBH”

。二of2127任務(wù)

1礦用防爆型電氣設(shè)備5充砂型電氣設(shè)備（

ExqI)其標(biāo)志符號為“

q”

，充砂型電氣設(shè)備釙殼內(nèi)充填砂粒材料，使其在規(guī)定的使用條件下殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧、火焰只使外殼壁或砂粒材料的表面過熱，而不能點(diǎn)燃周圍爆炸混合物。6正壓型電氣設(shè)（

ExpI)它是一種具有正壓外殼的電氣設(shè)備，其標(biāo)志符號為“

p”