第四章矿井电气防爆.ppt

1、1,第四章 矿井电气防爆,电火灾产生的原因及预防方法 电火灾引起瓦斯/煤尘爆炸的条 件及其预防方法 防爆电气设备的种类 矿用本质安全型设备,2,电火灾产生的原因,电火灾 在煤矿井下，由于电火花、电弧以及高温的导电部分，往往会引起可燃物质（煤、支架、电缆、变压器油等）的燃烧，造成电火灾 产生原因 导线过热 电路中导电部分各元件接触不良 电气设备绝缘水平降低，引起短路或电弧 照明灯具等散热不良，温度升高，导致煤尘点燃 危害：设备材料、人身、生产等,3,预防电火灾的方法,按照允许温升的条件来正确选择、使用和安装电气设备及电缆 为了防止电路发生短路及过负荷，必须在电路中使用可换保险丝、热继电器、过流继

2、电器等保护装置 使用熔断器时，应注意熔体额定电流与电缆最小截面配合 使用热继电器时，应注意热元件额定电流与电动机实际长时工作电流接近 使用过流继电器时，应注意保护动作灵敏度校验，灵敏度不够时必须采取措施,4,电气设备与电缆联接部分的接点应接触良好，不应松动，在运行中应经常检查和修理 橡套软电缆损坏处的修理应该用热补。电缆连接用的接线盒在安装时应注意保证质量 运行中需要经常拆开的橡套电缆接头，必须使用插销连接 敷设电缆时，应注意防止岩石、支架塌落或矿车出轨时将电缆碰坏 铠装电缆的黄麻外护层最易燃烧，故井下硐室及木支架巷道一律不许采用带黄麻外护层的电缆,预防电火灾的方法,5,保证变压器油绝缘性能良

3、好 应定期取样试验 过滤和再生处理，提高绝缘性能 经耐压试验后，才能继续或重新使用 井下照明灯必须有保护罩或使用日光灯,预防电火灾的方法,6,电火灾的扑灭方法,设备着火以后往往都带电，不能用普通的泡沫灭火器或者用水来灭火 造成人身触电的危险 使电气设备进一步受到破坏 电火灾的扑灭方法 首先将着火的电气设备或电缆的电源切断，再用砂子或四氯化碳灭火器来灭火 在确知电源已经断开后，可用普通灭火方法来灭火 发现火灾后，立即报告，向矿山救护队求援,7,井下电火灾的监测,8,电火花引起瓦斯/煤尘爆炸的条件及其预防方法,瓦斯、煤尘爆炸是井下危险性最大的事故 爆炸时，气体急剧膨胀，产生很大压力和大量的一氧化碳

4、，对爆炸地点的生产设施及人的生命均有强烈的破坏性 必须采取有力的预防措施，杜绝其发生,9,瓦斯、煤尘爆炸的条件,瓦斯，通常指甲烷（CH4），又名沼气 瓦斯爆炸的条件 在空气中的含量（浓度）达到516%的范围 8.5%的浓度最易引起爆炸 9.5%的浓度爆炸压力最大 遇到温度超过650750以上的电火花或灼热的导体,10,煤尘爆炸的条件 当煤尘尺寸在1m1mm的范围内，挥发分指数超过10% 飞扬在空气中的含量为303000g/m3 其中以112gm3爆炸最猛 700800的点燃温度,11,爆炸必须具备两个条件,矿井发生瓦斯煤尘爆炸必须具备以下三个条件： 一定浓度的可燃物(瓦斯煤尘) 一定温度的引火

5、源(高温、火花、电弧等) 足够的氧 要引起爆炸上述三要素必须同时存在。所有防爆型的电气设备其目的就是将爆炸的三要素进行隔离或使三要素不能同时达到引爆的条件。,12,瓦斯、煤尘爆炸的预防方法,将瓦斯和煤尘的含量严格控制在非爆炸的范围内 瓦斯：主要是加强通风 使总回风巷中的瓦斯浓度小于0.75% 工作面的瓦斯浓度达到12%时，就应当停止机电设备运行，撤离人员，进行处理 煤尘：可用洒水或撒岩粉的方法来迫使煤尘降落，使飞扬的煤尘减少 使煤尘在空气中的含量在20g/m3以下,13,对电气设备采取严格的防爆措施，使之不会引爆瓦斯、煤尘 完善井下供电系统的保护装置，预防电气设备及电缆线路产生短路故障 建立健

6、全各种有效的安全制度及操作制度，保证井下电气设备及系统正常运行,瓦斯、煤尘爆炸的预防方法,14,矿用电气设备的类型,矿用电气设备分为矿用一般型电气设备和矿用防爆型电气设备。 对矿用一般型电气设备的基本要求为： 外壳有一定的防水、防外物的要求； 引入电缆的接线端子有一定的空气间隙和漏电距离的要求； 有良好的耐潮性能，有内外接地螺栓； 进线装置符合相应的防爆电气设备制造规程； 接线盒的内壁盒可能产生火花的金属外壳内壁涂耐弧漆。,15,防爆型电气设备：采取了特别的防爆措施，可以在爆炸危险环境场所正常安全使用的矿用电气设备。 适用于有爆炸危险场所内的电气设备 正常运行或事故状态下产生的能量，不足以或无

7、法接触点燃易燃气体，使之爆炸,矿用电气设备的类型,16,矿用电气设备的防爆原理,1.间隙防爆原理 有一个足够的外壳，能经受内部爆炸气体混合物产生的最大爆炸压力，确保不变形或损坏。并具有一定的结构间隙以使喷射出来的燃烧生物通过一定的法兰长度冷却到低于外部爆炸性混合物的自燃温度。 结构间隙可以是平面结合面结合面组成，还可以是曲路、螺纹或屏障式等结构组成。 除此以外，诸如微孔、网罩、叠片、充砂等结构也属于这种原理的防爆形式。,17,矿用电气设备的防爆原理,2.防止接触的防爆原理 防止爆炸性混合物与火源或热源相接触来达到防爆的目的。如防爆正压型、充油型等电气设备都采用了这一原理。 3.采用安全措施的防

8、爆原理 在设备上采用一系列的安全措施使其在最大限度内不致产生电火花、电弧或危险温度，或采用有效的保护元件使其产生的火花、电弧或温度不能引燃爆炸性混合物，以达到防爆的目的。防爆增安型、本质安全型等电气设备都是采用了这一原理而制造的。,18,矿用电气设备的防爆原理,4、其它防爆原理 采用低浓度预报在爆炸事故前报警或切断电源，利用爆炸的滞后特性支撑的超前断电或自动断电以及采用置换等方法使爆炸危险场所不具有燃烧或爆炸的条件。,19,防爆型式及代号,20,具有隔爆外壳的矿用电气设备。 指将所有能产生火花、电弧和危险温度的零部件都放到具有足够强度的壳体之内，当壳体内部发生爆炸时，不致引起外部爆炸性混合物爆

9、炸的电气设备 符号为“d” 隔爆外壳利用了间隙防爆原理设计制造，应有足够的机械强度，能耐受内部爆炸性混合物可能产生的最大压力，并严格控制结合面的间隙、宽度及加工光洁度，使电气设备外壳在内部发生的电火花及爆炸时不被破坏，并不致引燃外部爆炸性混合物。,1. 矿用隔爆型（Exd I）,21,1. 矿用隔爆型（Exd I）,1）耐爆性：也称为爆炸稳定性，即外壳要有足够的机械强度，在外壳内爆炸性混合物的爆炸压力作用下，外壳不致于被破坏，因而爆炸所产生的火焰不能直接去点燃壳外的爆炸性混合物。 根据设备的净容积确定外壳的机械强度。需能承受0.8MPa的压力。 设计隔爆外壳时，尽量避免具有多个连通空腔的结构；

10、外壳的纵向与横向尺寸比不宜过大。,22,1. 矿用隔爆型（Exd I）,2）隔爆性：也称不传爆性，即当爆炸性混合物在外壳内爆炸所产生的高温气体与火焰，通过外壳与壳体的结合面向外喷出时，受到足够的冷却，使之不能将壳外的爆炸性混合物点燃引爆。 隔爆性能主要靠隔爆面长度、间隙厚度和隔爆面光洁度即隔爆三要素保证。,23,2.本质安全型（Exib I）,本质安全电路：在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障条件下，所产生的电火花和热效应，均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。 （可通过合理选择电路参数、电源电压实现） 本质安全型设备：所有电路均为本安电路的电气设备。 本质安全型结构仅适用于弱电流回路。 本

11、质安全型防爆结构的电气回路必须于其它电路相隔离 符号为“i” 不用笨重的外壳，可以用在任何瓦斯矿井。在矿井通讯、信号、遥测遥控、自动装置等弱电系统中应用广泛。,24,在正常运行时不产生电弧、火花或危险高温的电气设备。 加强导体的连接避免产生接触不良和断线； 采取加大绝缘、增大电气间隙和漏电距离等方式，进一步提高安全程度，防止内部发生短路及接地故障； 绝缘绕组允许的温升比规定的国标允许温升低； 严格控制外壳的表面温度。 符号为“e” 防爆性能低于其它型防爆电气设备。主要适用井下异步电动机、照明灯、接线盒等固定式电气设备。,3.矿用增安型（Exe I）,25,将新鲜空气或惰性气体充入密封具有正压外

12、壳的电气设备外壳内部，并保持一定的正压，以阻止设备外部的爆炸性混合物进入外壳内部，使点火源与周围的爆炸性混合物隔离，或足量的保护气体通过外壳使内部爆炸性混合物的浓度降至爆炸下限以下，达到防爆目的。 电气设备内部不得有影响安全的通风死角。在正常运行时，出风口的风压或充气气压不得低于一定的数值，否则将立刻发出报警或切断电源。设备内部的火花、电弧不允许从任何间隙处或出风口吹出来 符号为“p”,4. 防爆正压型（Exp I）,26,将可能产生火花、电弧或危险高温的带电部件浸在油中，使之不与油面上爆炸性混合物相接触，电弧或火花在油中被冷却熄灭，不致引燃油面上的爆炸性混合物，达到防爆的目的。 适合于小型操

13、作开关上。 充入的油液应具有较高的化学稳定性，为了观察油位的高度，设备应装有油位指示器或油位信号装置。 由于油的劣化或泄漏等原因，设备损坏很难维修。 由于倾斜或油面摇动而使防爆性能受到损害时，设备不能再继续使用。 符号为“o”,5.防爆充油型（Exo I）,27,6.充砂型 在外壳内充填砂粒或其它规定特性的粉末材料，使之在规定的使用条件下，壳内产生的电弧或高温不能点燃周围爆炸性气体环境的电气设备 符号为“q” 7.无火花型 在正常运行条件下不产生电弧或火花，也不产生能够点燃周围爆炸性混合物的高温表面或灼热点，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备 符号为“n”,防爆电气设备的型式,28,7.

14、浇封型 将能产生点燃爆炸性混合物的电弧，火花或高温的部分浇封，使它不能点燃周围的爆炸性混合物的电气设备 符号为“m” 8.气密型 用熔化、挤压或胶粘的方法进行外壳的密封，这种外壳能防止壳外气体进入壳内的电气设备 符号为“h”,防爆电气设备的型式,29,特殊型防爆电气设备：结构上不属于以上类型或组合类型的电气设备，经过国家防爆检验机构通过试验并确认具有防爆能力的电气设备。 网罩隔爆结构。 微孔隔爆结构。 符号为“s”,防爆电气设备的型式,30,矿用电气设备的使用范围及选用,选用矿用电气设备首先应根据煤矿安全规程第410条的规定，选用。 贯彻经济和维护简便的原则。隔爆型造价昂贵且维护不便，故在可用

15、一般型或增安型的场所，尽量选用。 控制、监测、通讯等弱点系统的电气设备，应优先考虑本安型设备。这类设备体积小，重量轻，便于携带，造价低廉，且安全程度高。,31,32,矿井危险场所区域划分,危险场所区域 量度场所区域实际存在的危险可能性 根据划分的区域，规定其可适用的防爆型式 防爆区域 0区：连续存在危险性大于1000小时/每年 爆炸气体混合物连续地、短时间频繁地出现或长时间存在 1区：断续地存在危险性101000小时/每年 正常情况下，爆炸性气体混合物可能出现 2区：事故状态下存在的危险性0.110小时/每年 正常情况下，爆炸性气体混合物不能出现，仅在不正常情况下偶尔短时间出现,33,34,防

16、爆电气设备的类别、级别和组别,防爆电气设备因使用地点不同，根据GB38362000分为两类 I 类 煤矿用防爆电气设备 II类 除煤矿外的其他爆炸性气体环境用防爆电气设备,35,级别,I类煤矿用防爆电气设备 爆炸性气体主要是甲烷气体 I类电气设备表面可堆积煤尘时，允许的最高表面温度为150C 如果采取措施，防止堆积时，则为450C II类防爆电气设备 主要用在石油部门和化工企业中 电气设备周围的爆炸性气体种类很多 这些爆炸性气体在相同的试验条件下，具有不同的试验安全间隙，不同的最小点燃电流比和自燃温度,36,最大试验安全间隙 在标准规定的试验条件下，壳内的气体点燃后，通过25mm的接合面均不能

17、点燃壳外爆炸性气体混合物的最大间隙 代号为MSEG 最小点燃电流比 是各种爆炸性气体的最小点燃电流，同甲烷与空气混合物的最小点燃电流之比 代号为MICR,37,II类电气设备分级,根据MSEG（最大试验安全间隙）和MICR（最小点燃电流比），将II类电气设备分为A、B、C三级,38,组别,在每个级别里，按其自燃温度不同，又分为六组,39,防爆型电气设备的标志,标志牌（铭牌）必须包括下列各项 制造厂名称或注册商标 制造厂所规定的产品名称及型号 符号Ex，表明电气设备符合某一种或几种防爆型式的规定 所应用的各种防爆型式的符号 电气设备的类别符号（ I 或II ） II类设备的最高表面温度或（和）温

18、度组别,40,产品编号 检验单位标志 安全使用特殊条件的说明 在防爆合格证号后面加上符号X 在有关防爆型式的专用标准中规定的补充项目 电气设备一般标准通常所规定的项目 其他 电气设备的不同部位使用不同的防爆型式时，每个相应部位都应具有相应防爆型式的标志 电气设备上使用一种以上防爆型式时，则首先标明主要防爆型式的标志，接着是其他防爆型式的标志,41,防爆标志示例,I类隔爆型：Exd I IIB类隔爆型T3组：Exd II BT3 IIA类本质安全型ia等级T5组：Exia II AT5 II类主体增安型并具有正压型部件T4组： Exep II T4 II类用于氨气环境的隔爆型： Exd II（N

19、H3）或Exd 氨 既适用于I类又适用于IIB类T4组的隔爆型： ExdIIIBT4,42,防爆合格证编号方法,43,44,第四节 矿用本质安全型设备,本质安全型电气设备的等级 “ia”等级 “ib”等级,45,（1）“ia”等级,当施加Um（最高电压，交流有效值或直流最大值）和Ui（最高输入电压）之后，在下列每一种情况下，“ia”等级电气设备中的本质安全电路不能引起点燃 正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障 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 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 在电路进行火花点燃试验和评定时，应施加G规定的安全系数在电压、电流

20、或两者结合上,46,（2）“ib”等级,当施加Um或Ui之后，在下列每一种情况下，“ib”等级电气设备中的本质安全电路不能引起点燃 正常工作和施加产生最不利条件的非计数故障 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 在上述各种情况下，所施加的非计数故障可以不同,47,本质安全型电气设备的等级,ia 等级：在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障或两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物。 当正常工作时，安全系数为2；一个故障时，安全系数为1.5；两个故障时，安全系数为1。 ib 等级：在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障时，不能点烯爆炸性气体混合物。 当正常工作时，安全系数为

21、2；一个故障时，安全系数为1.5。 ia 型仪表适用于 0 区和 1 区， ib 型仪表仅适用于 1 区。或者说，从本质安全角度讲， ib 型仪表适用于煤矿井下， ia 型仪表适用于工厂。,48,本质安全型电气设备的安装,安装前，应进行下列检查 设备的型号、规格应符合设计要求；铭牌及防爆标志应正确、清晰 外壳应无裂纹、损伤 本质安全型电气设备、关联电气设备产品铭牌的内容应有防爆标志、防爆合格证号及有关电气参数 电气设备所有零件、元器件及线路，应连接可靠，性能良好 关联电气设备中的电源变压器，铁芯和绕组间的屏蔽，必须有一点可靠接地。直接与外部供电系统连接的电源变压器熔断器的额定电流，不应大于变压

22、器的额定电流,49,独立供电的本质安全型电气设备的电池型号、规格，应符合其电气设备铭牌中的规定，严禁任意改用其它型号、规格的电池 防爆安全栅应可靠接地，其接地电阻应符合设计和设备技术条件的要求 本质安全型电气设备与关联电气设备之间的连接导线或电缆的型号、规格和长度，应符合设计规定,50,本安电路关联电路的施工应符合下列要求 本质安全电路与关联电路不得共用同一电缆或钢管；严禁与其它电路共用同一电缆或钢管 两个及以上的本质安全电路，除电缆线芯分别屏蔽或采用屏蔽导线者外，不应共用同一电缆或钢管 配电盘内本安电路与关联电路或其它电路的端子之间的间距，不应小于50mm 当间距不满足要求时，应采用高于端子

23、的绝缘隔板或接地的金属隔板隔离 端子排应采用绝缘的防护罩 本安电路、关联电路、其它电路的盘内配线应分开束扎、固定,51,所有需要隔离密封的地方，应按规定进行隔离密封 本质安全电路及关联电路配线中的电缆、钢管、端子板，均应有蓝色的标志 本质安全电路本身除设计有特殊规定外，不应接地。电缆屏蔽层，应在非爆炸危险环境进行一点接地 采用非铠装和无屏蔽层的电缆时，应采用镀锌钢管加以保护 本质安全型电气设备的配线工程，其线路走向、高度，应符合设计；线路应标有浅蓝色的标志,52,本质安全型设备的标志,1）一般要求 本质安全设备和关联设备序号标志可以使用日期或一组数字代码，以保证有效的质量控制跟踪 对于关联设备

24、，符号 Exia或 Exib必须用方括号括起来 2）连接件标志 连接件、接线盒、插头和插座应有明显标志而且容易识别。如用颜色识别，则须用浅蓝色,53,标志举例,制造厂名称 XXX型页式接收机 Exia II CT4 25Ta十50 检验机关代号及防爆合格证号 产品编号：,制造厂名称 XXX型变送器 Exib II BT4 检验机关代号及防爆合格证号 Li：10H Ci：1200pF Ui：28V Ii：250mA Pi：1.3W 产品编号：,制造厂名称 XXX型电源 Exib I 检验机关代号及防爆合格证号 Um：250VP。：0.9W Io： 150mAU。：24V L。： 20mHC。：5

25、.5F 产品编号：,制造厂名称 产品型号、名称 Ex d ia II BT6 检验机关代号及防爆合格证号 Um：250VP。：0.9W U。： 36V IO：100mA C。： 0.31FL。：15mH 产品编号：,关联设备,防爆外壳保护的关联设备,独立的本质安全设备,与其他设备连接的本质安全设备,54,本质安全电路,所谓本质安全电路是指在电路设计时通过合理地选择电气参数，使电路在规定的试验条件下，无论是正常工作或是在规定的故障状态下产生的电火花和热效应都不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。 “规定的试验条件”是指在考虑了各种最不利因素，（这包括一定的安全系数、试验介质的浓度等）的试验条件； “

26、电火花”是指电路中触点动作火花（包括按钮、开关、接触器接点、各种控制接点等所产生的火花），以及电路短路、断路或接地时所产生的电火花，也包括静电和摩擦产生的火花；,55,本质安全电路,“热效应”是指电气元件、导线过热形成的表面温度及热能量和电热体的表面温度及热能量； “正常工作”是指本质安全型电气设备在设计规定的条件下工作； “规定的故障状态”是指除“可靠元件或组件”外，所有与本质安全性能有关的电气元件损坏或电路连接发生的故障，诸如电气元件短接、晶体管或电容击穿、线圈匝间短路等均为规定的故障状态。 “可靠元件或组件”是指在使用、存储和运输期间不会出现影响本质安全电路安全性能的故障的元件或组件。,

27、56,本质安全型电路,在本安电路中，由于电压和电流的安全值受到限制，因而使本安设备的功率受到限制。为了提高安全电路的应用功率，并保持其安全火花性能，可采用保护性元件（如限流元件、分流元件、安全栅等）来达到。,57,限流元件,对于在正常或故障状态下，电流超过安全值的设备可采取串接电阻的方法限流。 例如电源内阻很小时，在端头发生短路电流很大，就可串限流电阻使之符合本安电路的要求。 又如，电路中具有较大容量的电容器，达不到安全火花性能要求时，也可串接限流电阻。,58,59,分流元件,在本安型设备中，对电感性元件（如继电器、变压器、扼流圈等）采取并联分流元件的办法，可大大减少断路点的火花能量，有助于提

28、高本安电路的应用功率。 分流元件可用 线性元件，如电阻、电容 非线性元件，如二极管、压敏电阻等,60,61,安全栅,安全栅 设置在非本安电路与本安电路之间，防止非本安电路的危险窜入本安电路的限流、限压装置 安全栅一般设置在安全场所或隔爆外壳中 安全栅属于关联电气设备 设备内的电路或部分电路并非全是本质安全电路，但有可能影响本质安全电路安全性能的电路的电气设备。 安全栅的输出端为本安电路 常用的安全栅 稳压管式安全栅 三极管式安全栅,62,1.稳压管式（齐纳式）安全栅,齐纳安全栅是本质安全型电动仪表和电气装置的关联设备，在本质安全型防爆系统中起着安全保护作用 齐纳安全栅将危险场所的一次仪表和安全场所的二次仪表连接起来 在正常工作时，安全栅不影响一次仪表和二次仪表的检侧、控制功能 在故障状态下，安全栅利用其限压、限流和快速切断电路的多种保护功能，限制过载能量传入危险场所 确保危险场所的一次仪表的本质安全，达到现场