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第七讲电气防火防爆 本讲重点内容及授课方式 了解危险物质的分类 分级 危险场所的划分 几种常见的防爆电气类型 防爆电气设备的选择等 重点掌握电气火灾爆炸的主要原因和电气火灾的防治措施 难点内容 电气火灾爆炸主要原因和电气火灾的防治措施的掌握 以自学方式为主 授课为辅的教学原则 欢迎同学们在课堂上对感兴趣的内容随时提问 课下也欢迎就有关问题进行探讨 参考书 杨有启等编著 电气安全工程 首都经济贸易大学出版社 2000年9月陈晓平编著 电气安全 机械工业出版社 2004年1月杨岳编著 电气安全 机械工业出版社 2003年7月 本讲授课内容 概述电气火灾和爆炸的原因危险物质和危险场所电气防爆技术电缆燃烧特性电气火灾的灭火 一 概述 1 1电气事故 全世界每年死于电气事故的人数约占全部事故死亡人数的20 以上 电气火灾约占火灾总数的20 以上 据统计 电气事故在国外的石油化工企业事故中占50 左右 国内电气火灾事故占火灾总数的35 左右 国内电气事故的损失约占总事故损失的20 左右 1 1电气事故 1985年 某火力发电厂的一台300MW的一次电气事故 电缆燃烧蔓延到主控制室 造成整个主控制室的所有仪器 仪表及控制系统的全部烧毁 造成直接经济损失1亿4千万元 机组停运近1年 1997年 淮北某火力发电厂的一台200MW发生电缆火灾事故 两分钟内烧毁电缆2000多米 造成直接经济损失400多万元 机组停运近2月 研究电气防火防爆非常重要 二 电气火灾和爆炸的原因 2 1电气火灾与爆炸原因 不同的电气设备 由于其各自运行的特点 其发生火灾和爆炸的原因各不相同 发热并超过电气设备的允许极限是电气设备发生火灾的主要原因 而在发生火灾的同时 有可能伴随着爆炸 由于发热 使电气设备的绝缘材料发生老化分解 长期的积累 使电气发生过热 短路 引发电气火灾的发生 绝缘材料的允许温度一般在120 以下 绝缘材料的温度超过此值 就会使电气设备出现引起过热燃烧和爆炸的危险温度 2 1产生电气火灾危险温度的原因 故障短路 负荷过载 接触不良 散热不良 铁磁损耗 涡流作用 绝缘材料的劣化 漏电 电热器具和灯具的过热 2 2电火花和电弧 电火花 电极间的击穿放电 电弧 大量的密集的电火花汇集成的弧光 产生原因 工作原因 电气设备在正常运行和操作过程中产生的电火花 事故原因 电气设备在发生故障及不正常操作时产生的电火花 外来原因 雷电 静电 高频感应电火花等 机械接近高温工作器件 三 危险物质和危险场所 3 1危险物质的分类 定义 在大气条件下 能与空气混合形成爆炸混合物的气体 蒸气 薄雾 粉尘或纤维 根据爆炸混合物的物理化学性质分为 类 矿井甲烷及其混合物 类 爆炸性气体 蒸汽 薄雾等 类 爆炸性粉尘 纤维等 石油化工系统中的物质均为 类或 类危险爆炸性物质 3 2危险物质的分级 对爆炸性气体混合物根据其传爆能力 采用最大试验间隙法 MESG 和最小点燃电流比法 MICR 分为 A级 B级 C级 3 3 类危险物质的分类标准 3 4 类危险物质的分类标准 按导电性和爆炸性对 类危险性物质分类 A级和 B级 3 5按引燃温度的危险物质分组 类 不分组 类 T 450 300 T 450 200 T 300 135 T 200 100 T 135 85 T 100 类 T 270 200 T 270 140 T 200 3 6常见物质的引燃温度 3 7电气火灾爆炸危险区域的划分 第 类 气体 蒸气爆炸危险环境 0区 正常运行时连续或长时间出现爆炸气体混合物 1区 正常时可能出现爆炸气体混合物 2区 正常时不可能出现爆炸气体混合物第 类 粉尘 纤维爆炸危险环境 10区 正常运行时连续 长时间 短时间出现出现爆炸性粉尘 纤维 11区 正常时偶尔出现爆炸性粉尘 纤维 3 7电气火灾爆炸危险区域的划分 第 类 火灾危险环境 20区 闪点高于环境温度的可燃性液体 并在数量上和配置上能引起火灾危险 21区 具有悬浮 堆积状的可燃性粉尘 纤维 虽不能形成爆炸性混合物 但在数量和配置上能引起火灾 22区 存在固体可燃性物质 并在数量和配置上能引起火灾 3 8划分危险区域的判断因素 危险物料 种类 闪点 爆炸极限 密度 引燃温度 工作温度 压力 数量和配置等 释放源 分布和状态 泄漏或释放危险品的速率 数量和混合物浓度 扩散情况和影响范围等 释放源主要分为三级 连续级源 连续释放或长期释放或短时连续释放 一级源 正常运行呈周期性或偶然释放 二级源 正常运行不释放或偶然间隙释放 3 8划分危险区域的判断因素 通风情况 室内原则上划分为阻碍通风区 强制通风除外 室外有障碍物区也划分为阻碍通风区 自然通风场所 应注意上部积累密度小气体 综合性 自然通风和一般机械通风场所 连续释放源可能导致0区 一级释放源可能导致1区 二级释放源可能导致2区 在无风场所 连续释放源和一级释放源可能导致0区 二级释放源可能可能导致1区 在凹坑 死角及障碍物处应适当提高危险等级 危险范围也应扩大 四 电气防爆技术 4 1防爆电气设备的类型 爆炸危险性场所使用的电气设备 结构上应能防止产生的电火花 电弧或高温而成为引燃工作地点爆炸性混合物的性能 按使用环境 类 煤矿 井下用电设备 类 工厂用电设备 按防爆结构型式 隔爆型 d 具有隔爆外壳 内部或外部爆炸不致于被损坏的设备 4 1防爆电气设备的类型 增安型 e 正常运行时不产生电火花 电弧或高温的设备上采取措施以提高安全性的设备 充油型 o 可能产生电火花 电弧或危险高温零部件浸在绝缘油中 使其不能点燃油面上爆炸性混合气体的电气设备 正压型 p 充入或连续通入正压的清洁空气 惰性气体阻止可燃性混合气体进入其外壳内的电气设备 充砂型 q 将细粒状物充入外壳使电火花 电弧不能点燃其内可燃性混合气体的电气设备 4 1防爆电气设备的类型 本质安全型 i 正常运行时产生的电火花 电弧或热效应 均不能点燃爆炸性混合气体的电气设备 ia级 正常工作或一 两个故障时不能点燃爆炸性混合气体 主要用于0区 ib级 正常工作或一个故障时不能点燃爆炸性混合气体 主要用于1区 无火花型 n 不能产生电火花或危险高温点燃爆炸性混合气体的电气设备 特殊型 s 结构上不属于以上类型的电气设备 4 1 1隔爆型电气设备 隔爆型电气设备的外壳用钢板 铸铁 铝合金 灰铸铁等材料制成 外壳应能承受1 5倍参考压力的静压或动压试验 试验压力不得低于3 5atm 表压 隔爆型电气设备可经隔爆型接线盒 或插座 接线 也可直接接线 连接处应有防止拉力损坏接电端子的设施 连接装置的结合面应有足够的长度 正常运行时 产生电火花或电弧的电气设备需设有联锁装置 保证电源接通时 不能打开壳 盖 而壳 盖打开时不能接通电源 4 1 2增安型电气设备 增安型电气设备的绝缘带电部件的外壳防护应符合IP44 其裸露带电的部件应符合IP54 同时应保证接线方便及防止电气的非正常松脱 并有良好的接触压力 IngressProtection 正常工作条件下 连接件的接触压力不得因温度的升高而降低 连接件不得带有棱角以防损伤导线 不允许用绝缘材料传递接点压力 使用铝导线时 需要用铜铝导线过渡 用于连接多股线的连接件 要能防止导线分股 4 1 3充油型电气设备 充油型电气设备外壳上应有排气孔 孔内不得有杂物 油量必须足够 最低油面深度不得小于25mm 油面指示必须清晰 油质必须良好 T1 T4组温度不得超过100 T5组温度80 T6组不得超过70 应水平安装 倾斜度不超过5 运行中不得移动 直流开关设备不能制成充油型设备 4 1 4正压型电气设备 正压型电气设备按其充气结构 分为通风 充气 气密三种形式 保护气体可以是空气 氮气或其它非可燃气体 外壳防护等级不得低于IP44 外壳内不得有影响通风安全的死角 正常正常工作时 出口风压或充气压力不低于196Pa 当压力低于98Pa或最小处压力低于49Pa 必须发出报警信号或切断电源 火花 电弧不得从出风口或缝隙吹出 应有联锁装置 保证运行前先通风 充气 且总容量不少于设备气体容积5倍 4 1 5本质安全型电气设备 本质安全型电气线路与设备金属构架之间的绝缘应能承受2倍电路电压 并能承受不低于500V的耐压试验 本质安全电路和非本质安全电路也应能承受 二者电压之和再加1000V 且不低于1500V的耐压试验 本质安全电路与非本质安全电路应分开布置 在正常工作状态 本质安全型设备元件 除变压器 的电流 电压 功率均不得大于其额定值2 3 其线路端子与非本质电路端字的最小距离为50mm 电源变压器的次级电路与初级电路应隔离良好 4 2防爆电气设备的选择依据 区域内爆炸性混合气体的浓度级别和组成成份等 电气设备使用场所的等级 电气设备的种类和使用条件 所选电气设备的级别 组别不应低于该场所内爆炸性混合物的级别 组别 有国家检验部门防爆合格证的产品 4 3防爆电气线路的要求 爆炸性危险环境内的电气线路布置位置 敷设方式 导线材质 接线方式等均应与区域危险等级相适应 位置 电气线路应敷设在爆炸危险性较小或释放源较远的位置 10kV及以下架空线路不得跨越爆炸危险环境 靠近危险环境时 距离小于杆塔高度的1 5倍 4 3防爆电气线路的要求 配线和接线方式 爆炸性危险环境主要采用防爆钢管配线和电缆配线 固定敷设的电力电缆采用铠装电缆 固定敷设的照明 通讯 信号和控制电缆采用铠装电缆或塑料护套电缆 非固定敷设的电缆采用非可燃性橡胶护套电缆 4 3防爆电气线路的要求 隔离与密封 敷设电气线路通过爆炸危险环境的孔洞时 应用非可燃性材料严密封堵 隔离密封盘的防爆等级应符合要求 隔离密封盒不能作为导线的连接或分线用 配线电缆的外套管口 应使用密封胶泥密封 4 3防爆电气线路的要求 导线材料选择 爆炸危险等级为1区或10区采用铜芯导线或电缆 爆炸危险等级为2区 电力线路采用4mm2以上铝芯导线或电缆 照明线路2 5mm2以上的铝芯导线或电缆 有剧烈振动处应选用多股铜芯软线或铜芯电缆 煤矿井下不得适应铝芯电缆 爆炸危险中 低压电力照明线路的电线 电缆的不得低于工作电压 并不得低于500V 4 3防爆电气线路的要求 允许载流量 爆炸危险的载流量应低于非爆炸危险的载流量 在1区 2区 电缆的载流量不应小于熔断器的熔断额定电流和断路器长延时过电流脱扣器额定电流的1 25倍或电动机额定电流的1 25倍 高压线路应按短路电流进行热稳定校验 4 4电气防火防爆的措施 选择合理的电气设备 保持必要的防火间距 保持设备正常运行 保持良好通风 采用耐火设施 装设良好的保护装置 进行有效的维修 保养和管理 4 4 1爆炸场所防爆设备的选择 4 4 2爆炸场所防爆设备的选择 4 4 3低压变压器防爆结构的选型 适用 尽量避免 x 不适用 结构上不现实 无符号 一般不用 4 4 4照明灯具防爆结构的选型 适用 尽量避免 x 不适用 结构上不现实 无符号 一般不用 4 5电气设备安全运行的条件 保持电压 电流 温生升不超过允许范围 保持电气绝缘良好 保持各导电部分连接可靠 接触良好 保持设备清洁以利于防火 爆炸危险场所及其内电气设备的保护装置必须齐全 可靠 整定合理并具有防爆功能 为了防火防爆 必须采取加强通风 危险气体报警 采用耐火设施等综合安全措施 4 5 1电气设备的通风要求 危险爆炸场所 通风应良好 爆炸性混合气体的浓度下降 场所的危险等级可以考虑降低 注意 爆炸危险场所的事故排风用电动机的控制设备 应设置在事故情况下便于操作的地方 变压器室 一般采用自然通风 采用机械通风时 送风系统不应与爆炸危险场所的送风系统相连 且供给的空气不应含有爆炸性混合物或其它有害物质 畜电池室 因可能有H2排除 故应通风良好 室内空气不可参加循环 4 5 2电气设备的通风 充气要求 系统必须采用非可燃性材料制成 结构应紧固 连接应紧密 系统内不应有阻碍气流的死角 电气设备与通风 充气系统联锁 运行前必须先通风 且通风的气体量不小于系统体积的5倍后才能接通电源 进入电气设备和通风 充气系统内的气体不能含有爆炸危险物质或其它有害物质 通风系统的废气不应排放到爆炸危险场所 4 5 2电气设备的通风 充气要求 运行中 其系统内的正压应不低于20mmH2O 当低于10mmH2O时 应断开其主电源或发出信号 闭路通风的防爆电气设备及通风系统 应供给清洁气体以补充漏损 并保持系统的正压 电气设备的外壳及其通风 充气系统的门或盖子上 应有警示标志或联锁装置 以防止运行中错误开启 4 6接地 接零应用范围 爆炸危险场所的接地 接零较一般场所要求高 除特殊要求外 一般场所不要求接地 或接零 的部分仍应接地 或接零 交流电源380V及以下 直流电源40V及以下的电气设备的金属外壳 交流电压127V及以下 直流电压110V及以下的电气设备金属外壳 安装在已接地的金属外壳上的电气设备 及敷设有金属外皮且两端已经接地的电缆用的金属构架均应接地或接零 五 电缆燃烧特性 5 1电缆燃烧 5 2电缆燃烧的特点 燃烧速度快 特别是绝缘材料带有油脂的电缆 带电下还会发出电火花 释放出大量浓烟并包含有毒有害 刺激性气体 5 3电缆燃烧的模型 5 4电缆燃烧的热解特性 5 4电缆燃烧的热解特性 3芯 4芯电缆质量损失速率随时间的变化特性 5 4电缆燃烧的热解特性 35kW m 2 50kW m 2 75kW m 2质量损失速率随时间的变化特性 5 4电缆燃烧的热解特性 5 5电缆燃烧 t 0st 25st 40st 80s t 130st 180st 300st 440s 5 5电缆燃烧 t 0st 30st 90st 150s t 210st 390st 460st 510s 5 5电缆燃烧 t 10st 50st 100st 200s 六 电气火灾的灭火 6 1电气火灾的特点 着火后 电气设备可能是带电的 如不注意可能引起触点事故 有些电气设备 如电力变压器 多油断路器等 本身充有大量的油 可能造成喷油或爆炸事故 造成火灾的蔓延及扩大