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危险场所电气防爆技术培训教材Training Lectures of Hazardous Areas Explosion Protected Electrical Technigue 煤炭工业上海电气防爆检验站Shanghai Electric Explosion Proof Approval Department of Coal Industry前言煤炭、石油、化学、纺织等工业在国民经济中占很重要的地位，这些行业在生产过程中会产生爆炸性气体蒸汽或爆炸性粉尘，这种场所均称为爆炸性危险场所。按国际IEC标准和我国防爆标志GB3836.1的规定，防爆电气设备分为二类，即I类：煤矿用电气设备；II类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。除I类场所之外，II类场所按爆炸性物质出现的频敏程度、持续时间又划分为“0区”“1区”、“2区”三个等级，其中0区危险程度最大。防爆型式是为防止点燃周围爆炸性混合物而对电气设备结构所采取特定的安全措施，就我国现有制定的强制性国家标准及近几年来的技术状况来说，其防爆型式有：隔爆型“d”、增安型“e”、本质安全型“i”、正压外壳型“p”、油浸型“o”、充砂型“q”、“n”型、浇封型“m”、特殊型“s”、混合型（上述类型的复合，例ExdiaIIAT3）。教材主要包括爆炸性气体环境用电气设备通用要求、隔爆型“d”、增安型“e”及本质安全型“i”四部分。并对危险场所电气安装、检修和危险场所分类作基本介绍。本教材拟作危险场所电气防爆技术、设备使用维护、基本设计的介绍，对科研设计及工厂防爆电气设备使用人员有一定参考价值，因此也是一本基本培训教材。煤炭工业上海电气防爆检验站2005年5月1、爆炸的必要条件 造成爆炸的原因是由于可燃性物质的快速氧化反应，而产生大量的热能，在很短时间内是反应产生的热量无法冷却，而散失，而造成温度升高，反过来又促进反应急剧加快，以致最后导致爆炸。可燃性气体和蒸汽不是在任何情况下都会爆炸的，而是必须同时具备三个条件，在时间和空间上相遇，才会产生燃烧或爆炸：一是要有一定浓度的危险性气体和蒸汽；二是有足够能量，能引起危险性气体和蒸汽爆炸的点火源或危险温度，能引起爆炸的火花电弧、高温、静电放电等都为点燃源；三是有足够的氧气。1.1危险气体和蒸汽危险性气体和蒸汽与空气的混合气体只有在一定浓度范围内才能爆炸（燃烧），即点燃这种浓度的混合气体，爆炸会自动蔓延开来，超出范围一般很难引起爆炸。这一范围的最高浓度和最低浓度分别称为爆炸上限和爆炸下限。如甲烷浓度低于5%或高于15%时都不会发生爆炸，只能燃烧，常见几种可燃气体混合物浓度界限见表1。表1序号名称分子式自燃温度爆炸极限(%)试验最大不传爆间隙最大爆炸压力MPa产生最大爆炸压力的浓度最易传爆浓度最易引燃浓度1甲烷CH45955151.170.729.89.07.52丙烷C3H84702.19.50.9650.862.452.22.33丙酮CH3COCH35402.5131.0180.896.34.74.54氯乙烯CH2=CHC13.829.30.9650.68108.57.05苯C6H65551.280.990.903.93.55.06甲醇CH3OH4555.526.50.9150.7413.614.813.77一氧化碳CO60512.5740.9150.7335.234308乙醇C2H5OH4253.5151.0180.757.356.07.19乙烯C2H44252.728.50.710.898.06.56.510氢H2560475.60.1027.432.32411乙炔C2H23051.582.00.0250.10314.512二硫化碳CS21021.0600.2030.787.0107.51.2点火源能引起爆炸的火花电弧、高温、静电放电等都为点火源，当火源的温度高于危险性气体和蒸气的点燃温度或发热固体表面温度高于危险性气体和蒸气的自燃温度时，就可能点燃危险性混合物。引燃温度是把热源热体放在最易热引燃的危险气体混合物中，引起混合物局部燃烧，然后扩展开来形成合面燃烧或爆炸的热源体的最低温度。在局部燃烧扩展开来后，除去热源体也能引起气体混合物全面燃烧或爆炸。这个最低温度称为引燃温度，有时把引燃温度称作自燃温度，可燃性物质的自燃温度差异很大，例如甲烷自燃温度为595，二硫化碳为102，氢气为560，一氧化碳为605，温度低于相应的自燃温度，可燃性混合物就不会自燃，几种可燃性气体或蒸气的自燃温度见表1。在工程上不允许设备的表面温度超过环境中相应的可燃性物质的自燃温度，避免由于高温引起点燃和爆炸。2、爆炸性混合物爆炸性混合物种类很多，目前知道的多达几百种，在煤矿主要是甲烷，也就是瓦斯的主要成份。石油、化工厂的爆炸性气体种类就更多了（见表2和表3），另外还有可能与空气形成爆炸性混合物的悬浮状的粉尘物质，例如镁粉、铝粉、糖粉、煤粉、面粉、淀粉、木粉、亚麻纤维等，以及各种炸药粉尘和纤维。2.1爆炸性混合物与爆炸有关的一些主要特征：(1)自燃温度，是指物质不需要火源就能自行燃烧的最低温度，它与很多因素有关，其中与浓度有很大的关系，图1是自燃温度与浓度的关系，通常的自燃温度是在标准试验条件下测得的，对此国际电工委员会规定3试验条件和装置。(2)爆炸极限：爆炸性混合物引起爆炸的最低浓度和最高浓度称为爆炸极限。表3 石油、化工厂主要化学气体原料主要产品主要爆炸性气体主要腐蚀气体原油各种石油制品，化工产品，顺丁橡胶甲烷、乙烷、丙烯、丁烯、丙酮、二硫化碳等中间产物有酸、碱、氨等原油各种石油制品，锦纶晴纶，丁基橡胶，顺丁橡胶，环氧树脂，涤沦二硫化碳、环乙烷、氢、醋酸、甲醇、苯、乙苯、二甲苯、甲烷、乙烷、丙烯、丁烯、丙酮等硫酸、盐酸、醋酸、氯气、氨气、硫化氢、氢氧化钾、硝酸纳等天然气合成氨尿素等甲烷、氢、一氧化碳、硫化氢等氨 石灰石、焦炭聚乙烯醇，维尼龙醋酸、甲醇、乙炔、乙醛、一氧化碳等醋酸、氯气石灰石、焦炭聚乙烯醇乙炔、氢、氯乙烯、一氧化碳氯、氯化氢、碱醋酸乙炔聚乙烯醇醋酸、甲醇、乙炔、乙醛醋酸重油硝酸氢等硝酸氨粉尘等硝酸、氨表4 油漆厂主要化学气体：丙酮CH3COCH3苯C6H6二甲苯C6H4（CH3）2乙醇C2H5OH自燃温度540555482425爆炸极限2.513(%)1.28英日1.06.0苏3.07.673.515最大不传爆间隙1.0180.991.0681.018爆炸压力8.99.07.87.5kg/cm2 其最低浓度称为爆炸下限，最高浓度称为爆炸上限，上下限的值不是一个常数，而是与爆炸性混合物的温度、压力、混合气中的其他惰性介质、试验容器、点燃能源的种类及能量的大小等因素有关，表1是在标准试验条件下测得的爆炸极限。(3)爆炸压力，爆炸性混合物爆炸后产生的冲击波具有很高的压力，这就是爆炸压力，它与混合物的种类、浓度、初始压力、试验容器和形状等因素有关。爆炸性混合物在其爆炸极限范围内，产生的爆炸压力都有一个峰值，这个峰值就是最大爆炸压力，产生最大爆炸压力时的气体浓度为最大爆炸压力浓度。图2是氢气与空气混合物的爆炸压力与浓度关系曲线，表1各气体的最大爆炸压力，是在标准试验条件下测得的，它是设计隔爆型电气产品的重要数据。各种气体和蒸气混合物在正常条件下的爆炸压力都不超过1.0MPa，但其爆炸后压力增长速度相当大，因此爆炸是然的。例如氢气的爆炸压力在0.60.7MPa，压力增长速度为90MPa/s；乙炔的爆炸压力为1.0MPa，压力增长速度为80MPa/s。在这样高的压力增加速度下，很容易产生压力重叠现象，由于爆炸空间的几何形状小，爆炸后压力迅速向周围扩散，使还没有引起爆炸的可燃气体在爆炸压力的压迫下产生了预压，预压后的可燃性气体，当被传传播的火焰引燃后，这时产生的爆炸压国和长被预压的爆炸压力大得多，例如氢气的爆炸压力在常压下为0.60.7MPa的3倍，即为1.82.1MPa，这种现象称为压力重叠，在与其有关的工程中应注意压力重叠，应合理布置能引起爆炸的几何空间形状，尽量避免产生压力重叠现象。(4)传爆能力它是用爆炸性气体在试验时以它的最大不传爆间隙来衡量的，它也与很多因素有关，如爆炸性混合物种类、温度、压力、浓度、试验外壳的容积和形状，点火位置及其能量大小等，其中可燃性物质的性质和浓度对试验最大不传爆间隙有明显的影响。图3是氢气与空气混合物浓度与试验最大不传爆间隙的关系曲线，表1中的最大爆炸压力，是在标准试验条件下测得的，它也是设计隔爆型电气设备的重要参数。该标准试验条件主要有如下几项：内容积为8升的青铜球形外壳外壳法兰间隙完度为25mm外壳内充以最易传爆浓度的爆炸性混合物，外壳外面亦充以最易引燃浓度的同一种混合物高压电火花在外壳内法兰所在的平面上，距法兰间隙10mm外点火试验50次，均以不引起外壳外面的爆炸性混合物爆炸的最大法兰间隙为试验最大不传爆间隙。（见图4）爆炸性混合物的传爆能力，是对其进行分级的主要依据。乙炔、氢气、二硫化碳等气体的爆炸火焰穿越间隙时传爆能力很强，即其最大实验安全间隙值较小，例如氢气MESG是0.28mm，甲烷等烷类物质的传爆能力较弱，其相应MESG值较大，例如甲烷MESG是1.14mm，丁烷是0.98mm，乙烯是0.65mm。表3 一些可燃性气体或蒸气的最大试验安全间隙气体名称MESG（mm）气体名称MESG（mm）氨3.17氰化氢0.80甲烷1.14丙烯腈0.87异丙醇0.99环氧丙烷0.70醋酸甲酯0.99二甲醚0.86醋酯戈酯0.99丙烯酸甲酯0.85丁醇0.94丁二烯0.79甲醇0.92乙烯0.65丙醇1.02二硫化碳0.34丁烷0.98乙炔0.37丙烷0.92氢0.29表3为一些不燃性气体或蒸气的最大试验安全间隙。(5)最小引燃能量爆炸性混合物的最小引燃能量，是指在标准试验条件下，采用最易引燃浓度的试验混气体，而能使其引起爆炸的最小能量，在实际电路设计中，常常用电压和电流来表征电路中能量，因此工程上常常利用最小点燃电压和最小点燃电流来判断电路的安全性能，表2是几种爆炸性混合物的最小引燃能量，如果最小引燃能量以电流表示，就是最小引燃电流，如果一次点燃是由于一个电容放电引起的，电容的电容量为C，电容两端的电压为V，则相应的放电能量Q为： 1 Q= CV2 2由于可燃性气体或蒸气的物质性质差异，它们被点燃时需要的能量不同，当它们被电火花点燃时，需要的电能量也不相同，例如甲烷的最小点燃能量是0.28mJ，氢气是0.019mJ（见表2），最小引燃能量在安全火花型电气产品中对爆炸性混合物分级的重要依据。表2序号123456789101112爆炸性混合物甲烷丙烷乙烷正丁烷环乙烷苯乙醚丁二烯环氧乙烷乙炔氢二硫化碳最小引燃能量0.280.250.250.250.220.200.190.130.0650.0190.0190.009(6)分级分组1.爆炸性混合物，按其传爆能力和最小引燃电流分为四级（见表3）。表3 可燃性气体或蒸气类、级别MESG(mm)MICRI0.141IIAMESG0.9MICR0.8IIB0.9MESG0.50.8MICR0.45IIC0.5MESG0.45MICR2.为了便于设备制造和现场选样电气产品，爆炸性混合物按照其自燃温度分成6组（见表4）表4 电气设备的最高表面温度分组温度组别电气设备最高表面温度气体或蒸气的引燃温度T1450450T2300300T3200200T4135135T5100100T685853.爆炸危险场所用防爆电气设备前面已讲过爆炸性物质以及存在这些物质的场所的分类、分级和分组，防爆电气设备也需要划分类、级和组别，以便和使用场所对应。在有爆炸性物质的场所，当爆炸性气体遇到点火源或高温，就可能发生燃烧和爆炸，电气设备在运行中，可能发生电弧和电火花。开关由于开闭要发生电弧。变压器和电动机由于匝间短路发生电火花或电弧。开关、变压器和电机等电气设备，由于绝缘表面漏电和绝缘内部击穿，都会发生电火花或电弧。这些电火花或电弧都是强点火源，遇着危险性气体，就可能发生严重的爆炸事故，人员伤亡，国家财产损失。为了防止爆炸事故，如果使用在爆炸危险的场所，则电气设备必须制成各种防爆类型。3.1防爆电气设备的种类和防爆标志防爆电气设备根据它的使用场所及所采取的不同防爆措施，可以制成各种防爆类型，其防爆标志包托标志Ex、防爆型式、类别、温度组别，列表如下：序号防爆型式防爆标志举例标准编号12345678隔爆型d增安型e本质安全型i正压外壳型p浇封型e油浸型o充砂型gn型ExdIIBT4ExeIIT4ExibIICT5ExpIIT4ExmIIT4ExoIIT4ExgIIT4ExnAIIT3GB3836.2-2000GB3836.3-2000GB3836.4-2000GB3836.5-2000GB3836.9-1990GB3836.6-2004GB3836.7-2004GB3836.8-20033.2隔爆型电气设备“d”具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备。隔爆外壳作为一种防爆型式至今已获得了广泛的应用，隔爆外壳能承受住通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物的内部爆炸而不损坏，并不会引起外部由一种、多种相应防爆级别气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。(1) 隔爆外壳的基本防爆原理隔爆型电气设备的防爆原理是：将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，该外壳具有将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔离开的作用，并能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，而外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。具有隔爆外壳的电气设备称为“隔爆型电气设备”。隔爆型电气设备具有良好的隔爆和耐爆性能，被广泛用于煤矿井下等爆炸性环境工作场所。隔爆性电气设备的标志为“d”。隔爆型电气设备除电气部分外，主要结构包括隔爆外壳及一些附在壳上的零部件，如衬垫、透明件、电缆（电线）引入装置及接线盒等。根据隔爆型电气设备的防爆原理，我们知道隔爆外壳应具有耐爆和隔爆性能。所谓耐爆就是外壳能承受壳内爆炸性混合物爆炸时所产生的爆炸压力，而本身不产生破坏和危险变形的能力。所谓隔爆性能就是外壳内爆炸性混合物爆炸时喷出的火焰，不会引起壳外可燃性混合物爆炸的性能。为了实现隔爆外壳耐爆和隔爆性能，对隔爆外壳的形状、材质、容积、结构等均有特殊的要求。(2) 隔爆型电气设备隔爆型电气设备主要在煤矿井下爆炸危险工作场所使用，其使用环境场地狭窄，搬运困难，并有岩石、煤块冒落、撞击的危险，其外壳不仅要具有耐爆性，还应具有足够机械强度，才能保证设备外壳在发生内部爆炸或受到外物撞击时，外壳不发生严重变形或损坏。为此，常在煤矿井下采掘工作面工作的隔爆型电气设备的隔爆外壳必须采用钢板或铸钢构成，但其他零部件或装配后冲击不到的或容积不超过2L的电气设备，可用HT250灰铸铁制成。对于I类非采掘工作面用隔爆外壳也可以用HT250灰铸铁制成。对于容积不大于2L的外壳，也可以采用工程塑料制成，这种材料具有易成型、易切削加工，比重轻、易于制造等优点，但使用这种材料作隔爆外壳时必须注意到塑料在高温下易发生分解和变形的性质。隔爆外壳的几何形状是多样的，大量的理论研究和实践证明：在相同容积、不同形状的隔爆外壳中，非球形外壳中的爆炸压力比球形外壳中压力低，即球形外壳的爆炸压力最大，而长方体外壳爆炸压力最小，外壳内的爆炸压力是随着容器形状的不同而改变。这是因为随着外形散热表面积的增大而降低了爆炸压力。因此，隔爆外壳以采用长方形外形为宜，这样可以提高外壳的耐爆能力。一般隔爆外壳大都是由两个或两个以上的空腔组成，且空腔间是连通的，因此在外壳内爆炸性混合物发生爆炸时将会产生压力重叠现象，也就是当一个空腔里的爆炸性混合物爆炸时，会使另一个空腔里的爆炸性混合物受到压缩，而使压力增高。如果这个空腔再爆，将会出现过压现象，形成多空腔压力重叠，隔爆外壳的耐爆性将受到威胁。因此，在设计制造隔爆外壳时应尽量避免采用多空腔结构，如果无法避免这种结构则应尽量增大各空腔间联通孔的面积。因为多空腔压力重叠的过压大小与两空腔容积比以及连通孔断面积有关。当两空腔容积比一定时，连通孔断面积越大，过压就愈小，从而增加外壳的耐爆性能。另外，外壳的长、宽、高尺寸之比也不要过大，以免造成外壳内的压力重叠现象。隔爆型电气设备的隔爆外壳不但具有耐爆性还应具有隔爆性。隔爆外壳如何实现隔爆作用，这是研究隔爆型电气设备的关键。我们知道，由于加工、制造、使用、维修等方面的需要，无论何种形状的隔爆外壳，都不可能是一个“天衣无缝”的整体，而是由几部分和各种零件构成的。各部分以及零件之间都需要联接，而联接的缝隙势必会成为外壳内的爆炸性产物穿过的途径。如果对这些联接的间隙不作特殊规定和技术要求，那么穿过间隙的壳内爆炸产物就要引燃壳外周围爆炸性混合物，其后果不堪设想。为了阻止壳内爆炸性混合物爆炸生成物引燃壳外周围的爆炸性混合物，就必须在外壳的各接合处，也就是联接间隙采取一些特殊有效的措施，实现外壳隔爆性能。通常把互相联接的接合面称为“隔爆接合面”，简称“隔爆面”。而隔爆面之间的间隙称为“隔爆接合面间隙”，简称“隔爆间隙”。隔爆间隙的大小是隔爆外壳能否隔爆的关键。通常隔爆面是采用法兰连接的隔爆保护方式。隔爆结合面间隙有多种结构：平面形结构（开关大盖与壳体、接线盒与壳体），止口形结构（电动机端盖与机座、转轴与转孔），平面加圆筒形结构，曲路结构，锯齿型结构，螺纹结构，衬垫结构（照明灯罩与金属外壳），微孔结构（分析仪器传感器用铜基、不锈钢基粉尘冶金片，不锈钢球隔爆结构、发泡不锈钢板），金属网隔爆结构（多层铜网、不锈钢网）等，如图1-23所示。利用外壳的间隙进行隔爆的理论与金属网对火焰熄灭作用原理相仿。隔爆外壳的隔爆作用是利用外壳的法兰间隙来实现隔爆的。为什么法兰间隙能实现隔爆，现在理论研究上仍有两种观点：一种观点认为，法兰间隙对壳内爆炸生成物（火焰）有熄火作用，火焰在狭窄的法兰间隙中自动熄灭，因此法兰间隙有隔爆作用，另一种观点则认为，法兰间隙不仅能熄灭壳内火焰而且还能降低壳内爆炸生成物的温度，而这些生成物是有传爆危险的，所以法兰间隙能起到隔爆作用。总之，理论的研究和实践都证明了利用隔爆外壳的法兰间隙能起到隔爆作用。既然法兰间隙能起隔爆作用，那么间隙的大小与隔爆作用的大小又存在什么关系呢？研究证明：法兰间隙越大，穿过间隙的爆炸产生物能量就越多，传爆性就越强，隔爆性能就越差。相反，法兰间隙越小，传爆性就越弱，隔爆性能就越好。法兰隔爆面的长度也和法兰间隙的隔爆性紧密相关。隔爆面越长，传爆的可能性就愈小，隔爆面越短，传爆的可能性就越大。为了能使隔爆外壳具有最佳隔爆性，人们对外壳法兰间隙的大小与隔爆性能进行了试验研究，试验得出：最大不传爆间隙就是最大试验安全间隙，不同的爆炸性混合物的最大试验安全间隙不同（当法兰间隙的长度为25mm）。既然法兰最大安全间隙对隔爆有如此重要的作用，那么影响最大安全间隙又有哪些因素呢？研究证明，影响最大试验安全间隙的因素有：爆炸性混合物的浓度；隔爆法兰的长度及其表面加工粗糙度；隔爆外壳的容积；爆炸混合物的初始压力、温度和湿度；点火源到隔爆间隙内缘的距离；爆炸性混合物的流动状态等诸多因素。3隔爆型电气设备结构隔爆型电气设备主要包括壳体与盖，及附属其外壳上的防爆部件，主要有电缆及导线的引入装置、接线盒、透明件、衬垫等。3.1 接线盒隔爆型电气设备的电缆和导线的引入装置包括直接引入和间接引入两种。对于符合下述条件的I类电气设备可采用直接引入方式；正常运行时设备不产生火花、电弧和危险温度；电气设备的额定功率不大于250W，且电流不大于5A；间接引入方式是指电缆或导线通过接线盒或插销与电气设备进行连接。对于不能使用直接引入装置的电气设备必须采用间接引入装置，这样才能保证在隔爆外壳内部发生爆炸时，不会发生由于引入装置的不可靠而造成传爆事故。无论采用何种方式的引入装置，都必须符合有关的规定，确保隔爆型电气设备的防爆性能。3.2 透明件透明件主要是指照明灯具的透明罩、观察窗和指示灯罩，它们是隔爆外壳的一部分。因此这些透明件必须能承受隔爆型电气设备使用环境的爆炸性混合物爆炸时产生的爆炸压力和温度的作用和使用环境上外界因素的影响，包括机械、化学、热能的作用。因此透明件一般采用玻璃和钢化玻璃制成。透明件必须能承受标准规定的机械冲击和热冲击试验。灯具透明件与外壳之间可以直接胶封。3.3 衬垫隔爆外壳上为实现防潮、防水和防尘的要求，常常需要使用衬垫。衬垫的使用有两种情况：一种是用在设备维修中需要打开的外壳部件上，此时衬垫仅起密封作用，而不能作隔爆措施。因为维修需要打开的部件其衬垫容易丢失。否则一旦丢失，整个隔爆结构就被破坏了。但观察窗内密封衬垫则例外，它既有密封作用，又有隔爆作用。第二种是衬垫用在设备维修中不经常打开的部件上，此时衬垫可作隔爆措施，但衬垫必须符合以下4点要求：衬垫必须采用具有一定强度的金属或金属包覆的不燃性材料制成；衬垫的厚度不能小于2mm；当外壳净容积不大于0.1L时，衬垫宽度不得小于6mm，当外壳净容积大于0.1L时，衬垫宽度不得小于9.5mm；衬垫安装后要保证不脱落，并在外壳产生爆炸压力时也不会被挤出外壳。3增安型电气设备“e”增安型电气设备“e”的含义是：在正常运行条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温的设备结构上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下出现这些现象的电气设备。也就是说，只有在正常运行条件下不会产生火花、电弧或危险温度，其额定电压不高于11kV的电气设备及其部件，才允许制成增安型。此种防爆结构适用于电动机、变压器、照明灯具及接线盒等。增安型电气设备除须符合本安型规定外，还须符合通用要求的有关规定。值得注意的是，增安型的“增安”一词决不意味着它比其它防爆类型更好，它仅仅是为了表述增安型的目的而已。增安型所达到的安全程度主要取决于增安型结构型式及其使用的环境、维护的情况等许多因素。3.1可以采用增安型电气设备的场所，选用隔爆型显得不够经济合理。对主体人是矿用增安型的电气设备，如果它在正常运行时有产生火花、电弧和危险温度的部件，那么就必须对该部件采取其它防爆措施，例如将该部件放在隔爆外壳中。目前用得较多的矿用增安型电气设备有绕线式异步电动机、照明灯等。绕线式异步电动机的防爆措施主要有：(1)绝缘绕组的极限温度应不超过GB3836.3-2000爆炸性气体环境用电气设备第3部分：增安型“e” ；(2)裸露带电体的电气间隙和爬电距离，应按照规程保证规定的要求，它与电压等级和绝缘材料的耐泄痕性级别有关；(3)电机转子被堵住，定子和转子温升上升到规定温升的时间tE应尽量大于10秒，最低须不小于5秒；(4)导电部件的连接要可靠；(5)滑环在正常运行时有火花和电弧，必须放在隔爆外壳中；(6)对防水、防外物有一定要求。3.2通用要求3.2.1 外壳的防护等级裸露带电部件的外壳须符合IP54的规定；绝缘带电部件的外壳须符合IP44的规定。对安装在清洁室内并经常有专人检查管理的电动机（接线盒和裸露带电部件除外）外壳只须IP23的规定即可。3.2.2 电路的连接(1)引入电缆或导线的连接件；a.应保证连接可靠、接线方便，还须防上连接松动、自行脱落、扭转，同时能保持良好的接触压力。b. 不允许在正常工作条件下，因温度升高而引起接触压力降低。c. 不允许带有可能损伤电缆或导线的棱角，不允许在正常紧固时产生永久变形和自行转动。d.不允许用绝缘材料部件传递接点压力。用于连接多股线的连接件，须有防止导线分股的措施。连接件载面积在4mm2以下的电缆或导线的连接件，须设计成能与载面积更小的电缆或导线可靠连接。(2)内部导线连接电气设备内部的导线连接不允许承受不适当的机械应力。允许采用下述任一方法连接：a.能防止松动的螺栓或螺钉连接；b.挤压连接；c.导线先用机械方式连接后再用软钎焊连接；d.硬焊连接；e.熔焊连接。3.2.3 电气间隙与爬电距离(1)不同电位的导电零件之间的电气间隙须符合下表规定。额定电压，V最小电气间隙，mm3660127220380660114033006000100002.12.13.25610183660100(2)带电零件与接地零件之间的电气间隙，按线电压进行计算。如果额定电压为10kV或更高的电气设备，仅用在中性点直接接地的电网中，则带电零件与接地零件之间的电气间隙可按电气设备的相电压计算。(3)不同电位的导电零件之间爬电距离须符合下表规定：额定电压V最小爬电距离，mmIIIIII3660127220380660114033006000100002.12.13.258122240801252.62.646.310162845901403.43.45812.5203450100160(4)爬电距离的长度根据额定电压，绝缘材料的耐泄痕性和绝缘件表面形状确定。材料级别相比漏电起痕指数(CT1)IIIIIIa660CT1400CT1600175CT14003.2.4固体绝缘材料(1)固体绝缘材料应采用耐热性材料制成，在高于电气设备连续额定运行温度至少20的温度下（但不低于80），仍应具有良好的机械性能。固体绝缘件应采用吸潮性小，耐电弧性能好，不燃或难燃的材料制造。(2)由模压塑料或尼龙材料制成的绝缘件，如果绝缘表面有损伤或脱落时，须有耐泄痕性与绝缘件本身至少为同级的绝缘漆涂复。本条不适用于表面虽有损伤，但不影响其相比耐泄痕性或者未损伤部分达到规定的爬电距离要求的材料。3.2.5绕组(1)绕组应采用QZ型厚绝缘漆包线；至少包复两层绝缘材料的裸导线及至少包复一层绝缘材料的薄型漆包线。(2)绕组在嵌绕和绑扎后进行干燥，然后用合适的浸渍剂，采用沉浸法、滴注法、真空浸渍法等作浸渍处理。(3)绕组不允许采用公称直径小于0.25mm的导线浇制。3.2.6极限温度(1)电气设备在起动、额定动行或规定的过载状态（如在tE时间结束）时，其任何部件的最高表面温度不允许超过GB3836.1通用要求中的规定。(2)导线和其他金属部件的允许温度还须符合下列要求：a. 不允许降低材料的机械强度；b. 不允许因热膨胀而超过材料的许用应力；c. 不允许损坏邻近的绝缘部件。(2) 绝缘绕组的温度还须满足绝缘材料各等级在额定运行和tE时间结束时规定的极限温度。(3) 绕组须采用适当的保护装置加以保护，以确定不会超过极限温度。3.2.7紧固装有裸露带电部件的电气设备，按GB3836.1通用要求的特殊紧固件的规定进行紧固。3.3专用规定3.3.1旋转电动机(1)最小径向单边气隙定子和转子之间的最小径向单边气隙(mm)在旋转电机静止时，应不低于下列公式计算的值： D-50 0.75n 最小径向单边气隙(mm)0.15+ (0.25+ )rb 780 1000式中：D转子直径(mm)，在最小径向单边气隙公式中D的最小值取75，最大值取750；n最大额定转速r/min，最小值取1000；r值按下列公式计算，最小值取1.0；铁芯长度(mm)r=1.75转子直径D(mm)b值：采用滚动轴承的电动机取1.0，采用滑动轴承的电动机取1.5。注：1.该公式与电源频率或极数没有直接对应关系，从2极或4极的滚动轴承电动机的示例中可以看出。该电动机电源为50Hz/60Hz并且转子直径为60mm，铁芯长度为80mm；D取75，为最小值；n取3600，为最大值。b取1.0；r=80(1.7560)，即近似于0.76，应取1.0；此时最小径向单边气隙为：75500.753600 0.15+ (0.25+ )1.01.0 780 1000近似等于0.25mm。注2.采用滑动轴承的电动机宜设测隙孔1。(2)为防止起动时导条和转子铁芯之间产生火花，导条和转子应紧密配合，若鼠笼转子的导条和端环不是压铸成一体时，由导条与端环的连接就采用硬焊或熔焊。起动时转子表面温度最高不超过300。(3)对于鼠笼型电动机或有起动鼠笼的同步电动机，应测定tE时间和起动电流比IA/IN，以便选择合适的过流保护装置，防止产生不允许的高温。tE时间应不小于当转子堵转时过流装置能够切断电动机的电源所需的时间。tE时间不允许小于5s，起动电流比IA/IN不允许大于10。(4)额定电压6kV的电动机绕组应有防电晕的措施。(5)鼠笼电动机运行时应配置合适的保护装置，其温度保护方式可以为电流延时或绕组中埋置测温元件等保护装置。(6)过电流延时保护装置须既能进行过载保护，又能当电动机转子堵转时在tE时间内断开电动机的电源。保护装置须给出保护特性曲线，其要求是：a. 电流范围至少为38倍额定电流；b. 断开时间误差不大于20。(7)采用过流延时保护装置的电动机一般只允许用于轻载起动和不频繁起动的连续运行的工作状态。(8)起动时不允许超过极限温度。如果起动时间超过1.7倍tE时间，就属于起动困难。(9)高压电动机定子绕组线圈须进行抽样介电强度试验。(10)对鼠笼电动机，应测定在额定运行时和转子堵转时的定子和转子温升。4.本安型电路与本安型电气设备4.1 概述本质安全型电路是指在规定条件（包括正常工作和规定的故障条件下）产生的任何电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。本安型电气设备，是指由本安电路组成的电气设备。全部电路都是本安电路的电气设备为单一的本安型电气设备；局部电路为本安电路的电气设备为复合式本安型电气设备，例隔爆兼本安型电气设备。装有本质安全电路和非本质安全电路，且结构使非本质安全电路不能对本质安全电路产生不利影响的电气设备称为关联电气设备。关联设备可以是隔爆型或其他防爆类型，也可以是矿用一般型，这取决于关联设备的使用场所。本安型电气设备有以下特点：结构简单、体积小、重量轻；安全性能可靠；制造、维修方便、造价低。由于受到电路使用功率的限制，本安型电气设备主要用于一般控制、信号、通讯装置和检测仪表。本安型电气设备及其关联设备，按本安电路场所和安全程度不同分为ia和ib两个等级。ia等级：指当施加1Um和Ui之后，在下列每一种情况下ia等级电气设备的本安电路均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。(a) 正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障；(b) 正常工作和施加一个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障；(c) 正常工作和施加二个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障。ib等级：指当施加Um和Ui之后，在下列每种情况下ib等级电气设备中的本安电路不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。(a) 正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障；(b) 正常工作和施加一个计数故障加上产生最不利条件的非计数故障；对于(a)(b)安全系数取1.5，对(c)安全系数取1.0。4.2 本质安全电路的防爆原理4.2.1 电路放电火花：电流所产生的热，火花和电弧是导致爆炸性气体混合物爆炸的主要点火源。本安电路的防爆原理简单的讲，便是通过限止电路的电气参数或采取一定的保护措施，来达到削弱电流所产生的热效应及火花、电极的放电能量为目的，使电路系统无论在正常工作状态或者在故障状态下，所产生的热效应和火花都不能点燃爆炸性气体混合物。一般来讲，热效应所引起的爆炸现象很少发生，因此电火花的引爆便是主要研究的焦点。当断路火花时，电感元件是储能元件，电感电路的放电过程中，既有电源向电极间隙放电，又有电感储能放电，而且加长了放电时间，电感电路的断路火花有很大的危险性。当电路闭合火花时，电容也是储能元件，既有电源向电极间隙放电，又存在电容储能放电。4.2.2 电火花最小点燃能量放电火花的引燃是通过电火花将电能转化为热能传给爆炸性气体混合物的。使爆炸性气体混合物点燃的最小能量就是电火花的最小点燃能量，最小点燃能量的概念是研究电路本安性能的基本概念，它常作为各种爆炸性气体混合物的分级依据。例按电容储能公式可计算出放电能量，即W=1/2CV2，如忽略放电的能量损失，则公式中计算得到的数值便是被点燃介质的最小点燃能量，下表为在理想条件下测得的数值。实际上电路火花点燃爆炸性气体混合物所需的能量远大于该值，因此，按最小点燃能量评价和设计本质安全型电路是有足够的安全系数。爆炸性气体混合物混合物浓度%最小点燃能量mJ甲烷丙烷乙烯氢气8.55.37.8210.280.200.060.0194.2.3 影响放电火花点燃能力的主要因素 (1) 爆炸性气体混合物的成份和浓度对火花点燃能力有十分明显的影响。各种爆炸介质都存在一个最易点燃的浓度，甲烷爆炸界限为515%，电火花最易点燃的浓度为8.5%，热表面最易点燃的浓度为6%。氢气爆炸界限为475.6%，电火花最易点燃的浓度为21%，灼热体最易点燃的浓度为1015%。(2) 爆炸介质的温度、湿度、流速对点燃能量有一定的影响，介质温度越高所需点燃能量越小。介质湿度大，不易点燃，介质流速高也不易被点燃，而静止的瓦斯比流动的瓦斯更易点燃。 (3) 电路的电气参数：电压、电流、电感、电容与放电火花能量有直接关系。交流电路相位的变化，造成切换电路瞬间电流、电压的幅值不同，而影响放电能量和点燃能力，因此，对本安交流电路的检验，规定了比直流电路更多的火花试验次数。直流电路检验时，要考虑试验过程中更换电极极性。(4) 电极材质与形状是影响放电火花点燃能力不可忽视的因素。熔点低、材质软的金属比熔点高、硬度大的金属电极更危险。据知镉是最易点燃爆炸性介质的金属。在相同电路参数下，镉电极的最小点燃电流比铜电极小得多。低熔点的金属电极易于点燃的主要原因是在电极接点处于火花高温作用下，使金属电极熔化，产生的熔融金属粒子使点燃的机率增大，能量增强，另一方面，电极熔点越低，越易拉弧，使放电持续时间延长，从而增强了点燃能力。电极端部形状，表面积不及平度对点燃能力有明显的影响，电极表面积越小，不平度越大，则越易点燃。在开断火花试验中，随着电极金属丝直径减小，点燃电流亦将减小。电极采用针状电极，就越易点燃。接点材质熔点在点燃或燃烧率P=10-3时的点燃电流，A镉铝银铜铁铂3216609601080153517730.240.310.320.380.420.494.2.4 电火花放电能量概算评价电路和本安性能就是评价电路切换时产生的放电火花的点燃能力。电路切换时，电极放电间隙相当电路串入一个瞬时负载，其电压、电流、阻抗都随时间而变化，电路火花放电能量应由放电间隙的电压降，通过的电流持续时间决定。放电能量的数学表达式为TW= 0 U(t)i(t)dt式中：U(t)电极间电压瞬时值 i(t) 放电电流瞬时值 T放电持续时间 W放电总能量若忽略放电能量损失，则评定电路是否为本安电路的判别式为WWmin（爆炸性气体介质的最小点燃能量）。对于甲烷，W0.28mJ。若规定了U(t)，i(t)的表达式，并测出放电时间T，则通过积分便可求出放电的能量。EIT I2例断开电感性电路主要呈现弧光放电，其放电能量W= + L6 2式中：E电源电动势 I放电前稳态电流 T放电时间 L电路电感从公式可见，前一项为电源释放能量，后一项为电感释放能量。当电路电感大，则放电能量取决于后项。对于电感为零的无感电路，则放电能量由前项决定。对于单纯的电感或电容放电能量，若忽略放电的能量损耗，则放电能量可按电感、电容储能计算，即：1 1W1= LI2，WC= CU22 2式中：L、C电感、电容元件4.3 本安型电气设备的结构要求本安型电气设备的防爆性能，不仅取决于电路的电气参数，而且要在结构上得以保证。4.3.1 接线盒与接线端子本安电路端子与非本安电路端子之间按规定至少须有50mm距离，或用绝缘隔板或用接地金属板把二者隔开，并应符合GB3836.4-2000第6.3.1条规定。 接线端子应有防松措施。本安电路接线端子的裸露导体部件之间电气间隙应等于或大于GB3836.4-2000表4的规定值。4.3.2电气间隙与爬电距离须符合GB3836.4本安标准所规定的数值。4.3.3 电源变压器直接向安全栅或本安型电气设备供电的变压器的输入电路成应安装符合GB3836.4第7.3条规定的熔断器或用适当规定值的断路器保护。本安电距端子与其它端子分两侧布置，端子间电气间隙与爬电距离须符合GB3836.4表4要求。变压器铁芯应接地。(1) 绕组须能承受输出绕组短路电流的作用，在热保护器动作前，不应产生超过绝缘等级的允许温升，且不应损坏。(2) 向本安电路供电的绕组与其它绕组应分开布置或加强绝缘及用铜质接地屏蔽隔离的措施。(3) 铜质屏蔽应能承受任何绕组与屏蔽短路时的电流，在热保护器动作前不应损坏。(4) 变压器绕组应进行绝缘介电强度试验，且不应击穿或闪络（见GB3836.4表9）。4.3.4 导线及布置为了防止导线载流过大，温升过高而出现危险的表面温度，选取导线的截面时应留有充分余量。对于多股绞线的截面积，应是各股导线截面积的总和。电气设备内本安电路元件和连接导线应牢固安装。采用树脂胶封时，注意不要损坏元件和导线。本质安全电路和电气设备机架或可能接地的部件之间的绝缘应能承受两倍本质安全电路电压或500V交流有效值试验电压，两者取较大值；本质安全电路与非本质安全电路之间的绝缘应能承受2U+1000V交流有效值试验电压，但不小于1500V。（U指本质安全电路和非本质安全电路电压值之和）本安与非本安电路的内部绝缘导线应分开布置，不允许两种导线捆成一束。与非本安电路在同一外壳中的本安电路导线及端子均采用蓝色标志加以区别。最基本要求是分开布置。为了保证本安型系统的安全，免受非本安系统的影响，要求分开布置是非常必要的。在产品设计和装配中，必须注意这个问题。然而，由于在隔爆外壳内空间和位置都受到了限制，所以分开布置也只能是相对的，不是绝对的。我们应该在有限的空间内合理布置，力求本安系统与非本安系统分开要符合GB3836.4-2000的要求。为了保证质量，除了外观检查外，还应把本安参数检查耐压试验列入产品出厂试验项目。一般，当本安系统与非本安系统在电路上有连接时，应采取隔离措施，并按标准进行耐压试验。其次，为了易于辨别，安全火花电路用的连接导线用蓝色，接线端子应有“i”标志。4.3.5电阻电路的临界点燃参数和安全火花参数电阻电路的临界点燃参数，是利用火花试验设备进行实际点燃试验做出来的。当然，火花试验设备不同，触点发生的火花也会不同，所以火花试验设备的灵敏度不就不同，那么临界点燃参数也就会有差别。电阻电路的安全火花参数，是将电阻电路临界点燃参数除以安全系数而得到的。按GB3836.4-2000规定的安全系数取，即电阻电路故障状态的安全火花系数等于33伏安。由于最小引爆电流与电源电压曲线是用直流电源试验出来的，所以将曲线用于交流电路上就必须按电压峰值和电流峰值考虑。通常电压和电流都以均方根值来说的。所以交流电阻电路安全火花