矿井安全生产监测监控系统-第三章式

,第三章电气防爆知识,讲授：薛鹏骞电子信息系自动化教研室,本章主要内容,1、电气防爆通用要求和基本概念2、隔爆型电气设备3、本质安全型电气设备,一、电气防爆通用要求和基本概念,1、电气防爆的基本概念（1）防爆电气设备按规定的条件设计制造的、不会引起周围爆炸性混合物爆炸的电气设备井下常用的防爆电气设备有：防爆电机、防爆电话、防爆开关、防爆按钮、防爆接线盒和防爆仪器仪表、防爆控制器等（2）国家制定的防爆电气设备的设计制造标准有11种分别是：隔爆型、本质安全型、增安型、浇封型、气密型、充砂型、正压型、充油型、无火花型、特殊型、以及上述类型的复合型,各种类型的防爆电气设备型式及标志见表31。防爆电气设备的国家标准是GB3836（矿用一般型除外，矿用一般型的国家标准是GB12173），所有防爆电气设备的设计、制造、检验均以此标准为依据。,（3）防爆电气设备的类别、级别和组别A）类别:类：用于煤矿井下的电气设备，主要用于含有甲烷混和物的环境。类：用于工厂的防爆电气设备。B）类电气设备级别划分,注：max为最大试验安全间隙；MICR为最小点燃电流比,(1)最大试验安全间隙(max)是指在标准规定的试验条件下，点燃试验壳内爆炸性混合物后，让其通过25mm长的试验外壳空腔两部分的结合面，而不能点燃试验壳外爆炸性混合物的外壳空腔两部分之间接合面的最大间隙,(2)最小点燃电流是指在标准的试验条件下，对直流电压为24V、电感95mH的电路，用火花试验装置分断该电路后，电路产生的火花对各种爆炸性气体混合物进行点火，能使其点燃的最小电流。(3)最小点燃电流比(MICR)各种爆炸性气体混合物的最小点燃电流同甲烷与空气的混合物的最小点燃电流之比。,C）电气设备运行的最高表面温度分组为保证各类电气设备使用中不产生引爆爆炸性混和物的温度，对电气设备运行时能允许的最高表面温度进行了分组。分组情况见表33,表33电气设备的运行最高表面温度,（4）我国的爆炸危险场所的划分：为二类五级I类场所：易燃气体与空气构成爆炸性混合物的场所。类场所：易燃粉尘与空气构成爆炸性混合物的场所。,I类场所又根据爆炸性气体、蒸气空气混合物放出的机率，存在的多少及时间长短等分为3级：0级、l级、2级类0级使用场所：经常或断续放出爆炸性气体，且长时间保持其浓度超过爆炸下限的场所；爆炸性或可燃液体有可能突出或喷出的危险场所。类1级使用场所：正常情况下，泄漏少量爆炸性气体，且积聚能超过爆炸下限的危险场所。类2级使用场所：正常情况下，虽泄漏少量爆炸性气体，若采取措施能控制其浓度，使其不能达到爆炸下限的场所或在正常条件下偶尔泄漏少量爆炸性气体的危险场所,（5）电气间隙与爬电距离A）电气间隙：是指两个裸露的导体之间的最短空气距离，即电气设备中有电位差的金属导体之间通过空气的最短距离(保证电气安全的情况下，通过空气能实现绝缘的最短距离)B）电气间隙通常包括：带电零件之间以及带电零件与接地零件之间的最短空气距离。带电零件与易碰零件之间的最短空气距离。电气间隙应符合表3-5规定。,C）爬电距离指两个导体之间沿固体绝缘材料表面的最短距离。也就是在电气设备中有电位差的相邻金属零件之间沿绝缘表面的最短距离。电气间隙是指带电导体在空间的最短距离；爬电距离是指带电导体沿绝缘表面的最短距离.举例说明:象PCB上两根铜箔间边缘的最短距离就称为爬电距离,如果把两根铜箔之间的PCB挖去,这时就成为电气间隙了。两者的区别就是电气间隙是没有绝缘体作陪村的,而爬电距离必须与绝缘体在一起。,耐泄痕性能：绝缘材料表面施加污染液或污垢杂质之后，在两个电极之间的电场作用下，这些导电液体或污垢杂质将产生微小的火花放电，使绝缘材料发生局部破坏，绝缘材料抵抗这种破坏的能力。也指指固体绝缘材料能够承受50滴或100滴以上的电解液而没有形成漏电的最高电压。缘材料按相对泄痕指数分为a,b,c,d四个等级，a级最高，d级最低。常用绝缘材料耐泄痕指数分级见表34,表34绝缘材料按相对泄痕指数分级,表3-5电气间隙与爬电距离,注：a,b,c,d是绝缘材料按相对泄痕指数的分级,6）防护等级防护等级是指防外物和防水能力。防外物是指防止外部固体进入设备内部和防止人体触及设备内部带电和运动部分的性能，简称防外物。防水就是防止外部水分进入设备内部，对设备产生有害影响的防护性能，简称防水。防护等级用字母IP连同两位数字来标志。如IP43中的IP是外壳防护等级标志。第一位数字4表示防外物为4级，第二位数字表示防水为3级。数字越大表示防护等级越高，要求就越严格。防外物共分7级，防水共分9级。等级见表36,表36外壳的防护等级,2、通用要求通用要求主要包括：防爆电气设备使用的环境温度，对外壳、紧固件、连锁装置、接线盒、绝缘套管、连接件、引入装置及接地的要求等1）防爆设备使用的环境温度为-2040，环境气压为（0.81.1）105Pa。2）防爆设备如为塑料外壳，需采用不燃性或难燃性材料制造，并保证塑料表面绝缘电阻不大于1109，以防积聚静电，还必须承受冲击实验和热稳定实验。3）防爆设备限制使用铝合金外壳，防止其与锈铁摩擦产生危险温度。4）紧固件、螺母、螺栓、弹簧垫必须完整齐全。,表37护圈式或尘孔式紧固件技术要求,5）防爆设备具备安全联锁装置6）对于固定在设备外壳隔板上用来使导线穿过隔板的绝缘套管，必须用不易吸湿的绝缘材料制成，且绝缘套管的使用不能改变电气设备的防爆型式7）对正常运行产生火花、电弧或危险温度的电气设备及功率大于250W或电流大于5A的类电气设备，电缆和导线的连接都应使用接线盒或连接件,8）连接件置于接线盒内，供引入电线（电缆）接线使用，又称接线端子，连接件要有足够的机械强度和结构尺寸，保证在振动和温度变化的影响下连接不松动，不产生火花、过热和接触不良等现象9）电缆接入设备中的引入装置，必须按规定要求选择合适的密封圈，达到密封接线的要求。密封圈的材料要用弹性好、不易老化、不易龟裂的橡胶材料或其它类型材料制成，其邵尔氏硬度45o55o,10）防爆电气设备必须设计有接地螺栓11）防爆设备要有明显的防爆标志，它是由防爆电气设备的类型、类别、级别、组别和防爆设备的总标志“Ex”构成,单一型（不包括EX总标志）,例如：“ExdBT3”表示意义如下：Ex：防爆电气设备总标志；d：隔爆型；：类，表明是工厂用；B：属于类B级防爆设备，最大试验安全间隙介于0.50.9mm之间；T3：温度组别为T3组，设备周围环境爆炸性混合物的自然温度在2003000C之间，设备表面最高允许温度为2000C。,例如：“ExepT4”表示意义如下：Ex：防爆电气设备总标志；e：主体防爆型式为增安型；p：其它防爆型式为正压型；：类，表明是工厂用；T4：温度组别为T4组，设备周围环境爆炸性混合物的自然温度在1352000C之间，设备表面最高允许温度为1350C。,复合式防爆电气设备必须先标出主体的防爆型式，后标出其它防爆型式。,矿用电气设备的通用要求是电气设备的外壳应具有一定的防护能力；具有良好的防潮性能，以保证电气设备良好的绝缘性能；各种类型的电气设备在满足技术要求的前提下，应尽量减小体积、减轻重量、便于操作、维修方便，并适合井下工作环境狭小的特点；无论何种型式的防爆电气设备，必须具有良好的防爆性能,二、隔爆型电气设备,1、隔爆型电气设备将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，外壳的结构、参数具有耐爆性即坚固性和不传爆性即隔爆性，这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”,隔爆型电气设备的防爆原理：是使用具有耐爆和隔爆性能的隔爆外壳将燃烧和爆炸限制在壳内，当壳内发生燃烧或爆炸时，不会引起壳外可燃性混合物燃烧或爆炸。所谓耐爆，就是外壳能承受壳内爆炸时所产生的爆炸压力，而本身不产生破坏和危险变形。所谓隔爆性能，是指外壳内爆炸性混合物爆炸时喷出的火焰不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、材料、容积、结构等均有特殊的要求。,2、防爆措施1）影响隔爆型电气设备的主要因素a）隔爆外壳必须采用钢板或铸钢构成b）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。c）外壳内的爆炸压力与隔爆外壳的容积无关，设计的时候尽量减小隔爆外壳的体积，减轻了重量，便于在煤矿井下特殊环境中使用。d）在设计制造隔爆外壳时，应尽量避免采用多空腔结构，形成压力重叠，出现过压，如果无法避免这种结构，则应尽量增大各空腔间连通孔面积。,三、本质安全型电气设备,1、防爆原理通过选择电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是安全的，故称为本质安全型（以下简称为本安型）。采用本安电路的电气设备称为本质安全型电气设备。,2、火花放电1）放电是电路中电源能量和储能元件储存的能量向断开的电极间隙释放能量的现象。它包括电路中两个电极间的火花放电，也包括电路切换时产生的电弧。电路放电有三种型式：火花放电、弧光放电和辉光放电。火花放电的特点是低电压大电流放电，如本安电路中的电容放电，化学电源放电均属于火花放电,2）火花放电的种类A）电阻电路的火花放电,图3-1电阻电路火花放电电路,H：代表开关的触头,电阻电路的火花放电是在一定的电流和电压作用下才能发生的。电阻电路的放电火花的能量是比较小的。,研究表明：火花放电能量与电源电压、电路电流、火花放电持续时间三个因素乘积成正比。,B）电感电路的火花放电,图3-2电感电路火花放电电路,电感性电路闭合时，由于电流不发生突变，不易产生强烈的火花放电。电感电路火花放电是在电路断开时产生的，也称为断开火花。,放电间隙既有来自电源能量放电，又有来自电感元件的储能放电，使电感性电路放电强度大大提高，同时延长了放电时间。,C）电容电路的火花放电,图3-3电容电路的电容直接火花放电电路,图3-4电容电路的电容经串联电阻火花放电电路,电容电路在开关触点闭合时会产生火花放电，电容电路在触点断开时不会发生火花放电，所以电容电路火花放电也称为闭合火花。,闭合瞬间，电容放电电流很大，放电非常迅速，火花放电功率和能量很大，且能量高度集中。因此，电容电路的放电火花点燃爆炸性混合物的能力更强，危险就更大。,串联电阻R0降低火花放电的能量,D）最少点燃容量通过对上述三种本安电路的研究，可知电路的火花放电具有一定的能量，当这种能量达到一定数量级时，将会引燃爆炸性混合物，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级。电阻电路、电感电路的安全系数K为电容电路的安全系数K为,3、防爆措施1)电容电路可采用电容储能经电阻放电的方法减小电火花放电能量。2)电感电路可采用三种方法来减小电感放电火花能量：在电感元件两端并联电阻；在电感元件两端并联电容；在电感元件两端并联二极管。,图3-5电感元件并联电阻的火花放电电路,图3-6电感元件并联电容的火花放电电路,图3-7电感元件并联二极管的火花放电电路,4、技术要求1）外壳a）外壳必须具有一定的强度，并具有一定的防尘、防水、防外物能力。b）对一般环境使用的设备，其防护等级不低于IP20；对用于有腐蚀性气体环境的外壳，应具有防化学腐蚀能力；,c）对用于采掘面工作的电气设备，其外壳的防护等级应达到IP54。d）使用塑料外壳要防止产生静电，且塑料外壳的材质要采用不燃性或难燃性材料制成。e）采用合金外壳的材质中含镁量应不超过0.5，以防止由于摩擦产生危险火花。2）电源类型：独立电源和外接电源独立电源是指干电池、蓄电池、光电池、化学电池等外接电源指经动力电网引入，经电源变压器供电的电源,独立电源为电阻性电路的电源，如果电池的实际最大短路电流不超过最大安全电流，那么电池可作为本质安全电源直接使用；如果最大短路电流超过了设计允许值，则应串联限流电阻，使实际最大电流低于最大安全电流后方能使用煤矿井下使用的本安型电气设备的电源大多数是从动力网引入的，经电源变压器变压，再经整流作为电源，一般为隔爆兼本质安全型。对于电源变压器的输入绕组应设有熔断器或短路保护装置，变压器铁芯要接地，变压器的本安电路接线端与本安端子应分两侧布置，以防碰触和击穿，其电气间隙和爬电距离符合表313的规定。,电源变压器绕组的分布可采用不同的方式：(1)向本安电路供电的绕组与其它绕组分开布置；(2)向本安电路供电的绕组与其它绕组内外分布，但在两种绕组间要采取加强绝缘的措施，并按表314的规定进行变压器的绝缘耐压试验；,(3）向本安电路供电的绕组与其它绕组内外分布，但在两绕组间要用铜质接地屏蔽层隔离。屏蔽层可用铜导线绕组或铜箔，且要一端接地，厚度应符合表315的规定。本安型电气设备（无论是单一式还是