防爆電氣設備講義

一  什么是防爆電氣設備
利用防爆原理設計的電器元件、儀表、裝置等在爆炸危險環(huán)境中，控制、調(diào)節(jié)電氣設備或供電線路，保證供電線路正常工作運行的電氣設備稱之為防爆電氣設備。例如煤礦、石油、海洋石油、石油化工和化學工業(yè)等環(huán)境應用的電器或電氣設備。
組成防爆電氣設備的元件稱之為防爆電器。
1 . 防爆電氣設備的分類
防爆電氣設備分為三類：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。
除以上3種類型防爆電氣設備外，還有特定爆炸性環(huán)境用電氣設備：這種電氣設備可按一定的爆炸性環(huán)境進行試驗，將相關信息應記錄防爆合格證中，并在電氣設備上進行相應標志。
Ⅰ類：煤礦瓦斯氣體環(huán)境用防爆電氣 ，稱Ⅰ類防爆電氣（礦用防爆電氣設備）；
Ⅱ類：除煤礦瓦斯氣體之外的其他氣體環(huán)境（非礦用） ，稱Ⅱ類防爆電氣；
Ⅲ類：除煤礦以外的爆炸性粉塵環(huán)境用的電氣設備
2. Ⅱ類防爆電氣設備又分為：ⅡA類、ⅡB類、ⅡC類。
ⅡA類：使用環(huán)境代表性氣體是丙烷；
ⅡB類：使用環(huán)境代表性氣體是乙烯；
ⅡC類：使用環(huán)境代表性氣體是氫氣；
注：ⅡC類產(chǎn)品可用于ⅡB類、ⅡB類產(chǎn)品可用于ⅡA類產(chǎn)品應用場合；ⅡA類、ⅡB類、ⅡC類防爆電氣類別見表1
3. Ⅲ類電氣設備分為：ⅢA類、ⅢB類、ⅢC類。
ⅢA類：可燃性飛絮；
ⅢB類：非導電性粉塵；
ⅢC類：導電性粉塵。
4. 常用的防爆電器
a. 防爆配電箱、控制箱、柜
b. 防爆起動器
c. 防爆控制開關
d. 防爆主令電器
e. 防爆接線箱
f. 防爆燈具
g. 防爆連接器
h. 防爆風機
i. 防爆電熱器
j. 防爆電磁鐵
K. 防爆報警器
L. 防爆其他類
M. 民用防爆類
表1 Ⅰ類、Ⅱ類防爆電氣類別表

PS：一個氣體灌里面，里面充滿氣體，把我們的防爆燈放在里面，通電試驗，比如給1ma的電流爆炸了，但是殼體沒有壞，說明合格，
5. 常用防爆電器的防爆型式分為：
《爆炸性環(huán)境》分為若干部分：
GB3836.2-2010 ：氣體-隔爆外殼“d” ；
GB3836.3-2010 ：氣體-增安型“e” ；
GB3836.4-2010 ：氣體-本質(zhì)安全性“i” ；
GB3836.5-2004 ：氣體-正壓外殼“p” ；
GB3836.6-2004 ：氣體-油浸型“o” ；
GB3836.7-2004 ：氣體-充砂型“q” ；
GB3836.8-2003 ：氣體-“n”型電氣設備 ；
GB3836.9-2006 ：氣體-澆封型“m” ；
GB12476.7-2010： 粉塵-正壓外殼“pD”
GB12476.4-2010  粉塵-本質(zhì)安全性“iD”
GB12476.6-2010：粉塵-澆封型“mD”
IEC61241-1：    粉塵-外殼保護型“tD”（GB12476.1-2000)
6. 防爆電器最高表面溫度的限制
6.1 Ⅰ類電氣設備：
Ⅰ類電氣設備按照防爆安全技術(shù)規(guī)定，最高表面溫度不超過：
——150℃當電氣設備表面可能堆積煤塵時；
——450℃當電氣設備表面不會堆積煤塵時（防粉塵外殼內(nèi)部）。
6.2 Ⅱ類電氣設備：
測定最高表面溫度不應超過：
——規(guī)定的溫度組別（見表2）；
——如果適用，擬使用環(huán)境中的具體的點燃溫度。

表2  Ⅱ類電氣設備的最高表面溫度分組

7. 危險區(qū)域的劃分
a.危險區(qū)域
爆炸環(huán)境中，大量出現(xiàn)或預期可能出現(xiàn)爆炸性氣體、蒸汽或粉塵，要求對電氣設備結(jié)構(gòu)、安裝和使用采取專門措施的區(qū)域。
危險區(qū)域劃分：
0區(qū)(Zone0)：連續(xù)或長期出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域。
1區(qū)(Zone1)：正常運行可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域。
2區(qū)(Zone2)：正常運行不大可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域，如果出現(xiàn)，只是存在時間很短。
20區(qū)(Zone20)：正常運行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內(nèi)部。
21區(qū)(Zone21)：正常運行過程中可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)場所。
22區(qū)(Zone22)：在異常情況下，可燃性粉塵云偶爾出現(xiàn)且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾出現(xiàn)堆積可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排出可燃性粉塵堆積或粉塵層時，則應劃分為21區(qū)。
b.非危險區(qū)域
爆炸環(huán)境中，不會大量出現(xiàn)或預期可能出現(xiàn)爆炸性氣體或粉塵，不要求對電氣設備結(jié)構(gòu)、安裝和使用采取專門措施的區(qū)域。

二 設備保護級別
EPL
根據(jù)設備成為點燃源的可能性和爆炸性氣體環(huán)境，爆炸性粉塵環(huán)境及煤礦甲烷爆炸性環(huán)境所具有的不同特征而對設備規(guī)定的保護級別。
Ma級 EPL Ma：
安裝煤礦甲烷爆炸性環(huán)境中的設備，具有“很高”的保護級別，該級別具有足夠的安全性，使設備在正常運行、出現(xiàn)預期故障或罕見故障，甚至在氣體突然出現(xiàn)設備仍帶電的情況下均不可能成為點燃源。
Mb級 EPL Mb：
安裝煤礦甲烷爆炸性環(huán)境中的設備，具有“高”的保護級別，該級別具有足夠的安全性，使設備在正常運行中或在氣體突然出現(xiàn)和設備斷電的的時間內(nèi)出現(xiàn)的預期故障條件下均不可能成為點燃源。
Ga級 EPL Ga：
爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“很高”的保護級別，在正常運行、出現(xiàn)預期故障或罕見故障不是點燃源。
Gb級 EPL Gb：
爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“高”的保護級別，在正常運行或預期故障條件下不是點燃源。
Gc級 EPL Gc：
爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“一般”的保護級別，在正常運行中不是點燃源、也可采取一些附加保護措施，保證在點燃源期經(jīng)常出現(xiàn)的情況下（例如燈具的故障）不會形成有效點燃。
Da級 EPL Da：
爆炸性粉塵環(huán)境用設備，具有“很高”的保護級別，在正常運行、出現(xiàn)預期故障或罕見故障條件下不是點燃源。
Db級 EPL Db：
爆炸性粉塵環(huán)境用設備，具有“高”的保護級別，在正常運行或出現(xiàn)的預期故障條件下不是點燃源。
Dc級 EPL Dc：
爆炸性粉塵環(huán)境用設備，具有“一般”的保護級別，在正常運行過程中不是點燃源，也可采取一些附加保護措施，保證在點燃源期經(jīng)常出現(xiàn)的情況下（例如燈具的故障）不會形成有效點燃。
標志舉例
Ex de ⅡB T3 Gb 或 Ex db eb ⅡB T3 …………例1
Ex ma ⅢC T 120℃ Da  或  Ex ma ⅢC T 120℃  IP68……例2
三 防爆電氣設備的設計
1. 防爆燈具的設計（以下簡稱燈具）
設計防爆燈具的基本要求：
a.燈具使用場所、用途、照度、使用壽命；
b.燈具額定電壓、頻率、功率；
c.根據(jù)燈具額定工作電流選擇電纜，設計燈具出線口；
d.根據(jù)光源設計燈具的結(jié)構(gòu)（考慮電氣間隙、爬電距離要求）；
e.燈具的固體絕緣材料耐起痕性；
f.熒光燈設計，燈管與透明罩的距離需≥5㎜；
g.其他燈的光源與透明罩的距離需符合表3的規(guī)定；
h.內(nèi)部光源的最高表面溫度＜引燃試驗溫度50K；
I.燈頭邊緣和燈泡焊接部位的溫度＜195℃；
j.燈具的應急轉(zhuǎn)換，應急時間≥90min(可根據(jù)情況協(xié)商）；
k.防爆燈的防護網(wǎng)目＜2500m㎡
l.透明件應能承受熱聚變試驗；
m.透明件應能承受機械沖擊試驗。（4J/無防護網(wǎng)，2J/有防護網(wǎng)）
n.燈具外殼設計時一定要考慮光源的散熱條件，盡量延長光衰時間。
o.燈具外殼材料根據(jù)防爆產(chǎn)品工作環(huán)境與防爆型式而定。
p.采用螺口燈頭時：
——燈頭底部的接觸通過具有至少15N力的彈性或彈簧接觸面，并且
——對燈頭通過至少2扣螺紋或一個或多個具有至少30N總接觸力的彈簧件。
表3  燈泡與保護罩之間的最小距離

1.1 燈具使用場所、用途、照度、使用壽命
1）場所
a. 燈具使用在爆炸性環(huán)境中的區(qū)域；
氣體：0區(qū)(Zone0)：1區(qū)(Zone1)：2區(qū)(Zone2)：
粉塵：20區(qū)(Zone20)：21區(qū)(Zone21)：22區(qū)(Zone22)：
b.燈具類別：
礦用：Ⅰ類
廠用：Ⅱ類
粉塵：Ⅲ類
c. 燈具的防護：
d. 防護等級：IPXX；(前X：固體顆粒，后X：液體液滴）
e. 防腐等級：W，WF，WF1；（戶外防腐，中等防腐，強防腐）
f. 燈具的特殊要求：潛水、特殊環(huán)境（海洋）防振；
2）用途
燈具的用途：照明、信號、報警、光感應。
a.照明:一般照明，泛光照明，投光照明。
b.信號:信號指示；
c.報警:以光閃作為警示；
d.光感應：自動化光計數(shù)傳感。
3）照度
照度E[lx]=落在物體表面上的光通量[lm]/被照明物體表面積[㎡]；
光效η[lm/W]=發(fā)出的光通量[lm]/耗電量[W]；
亮度L[cd/m]=光強[cd]/被觀察發(fā)光表面面積[m2];
光強[l]=特定方向上的光通量[lm]/特定方向上的球面角[Ω(sr)]
4) 使用壽命(擇自樣本，供參考）
使用壽命：燈具實際使用時間h；
白熾燈：100-300W平均使用壽命1000-1500h；
高汞燈：50-400W 平均使用壽命 3500-6000h；
自汞燈：125-450W平均使用壽命 3000h；
金鹵燈：70-400W 平均使用壽命 5000-10000；
高納燈：50-400W 平均使用壽命 18000-24000.
1.2 燈具的額定電壓、頻率、功率
額定電壓：直流/交流，
額定功率：W
頻率：50/60Hz
1.3 根據(jù)燈具額定工作電流選擇電纜，設計燈具出線口
燈具額定工作電流等于燈具的功率與燈具額定電壓比；
例如，熒光高汞燈功率400W，額定電源電壓220V,需要多少平方電纜線？
解：首先求出熒光高汞燈正常工作的工作電流：
I=功率W/額定電壓V  （光源工作電壓135V,鎮(zhèn)流器額定工作電壓85V)
I= 400W/135V
I=2.96A
2.96A×1.2=3.55A   （1.2是安全系數(shù)）
可根據(jù)電流3.55A的數(shù)據(jù)，從表4可查出電纜電流導體載荷截面，選0.5～1mm2 中0.5mm2 軟導體，再從電纜選型樣本查出電纜外徑。若用RV聚氯乙烯絕緣軟電纜(查上海特種電纜樣本）3.55A電流可選取RV聚氯乙烯絕緣軟電纜2×0.5+1,如果沒有，可用三芯電纜，就選3×0.75電纜外徑******為8mm。
根據(jù)電纜外徑******為8mm，防爆燈具電纜出線口為3/4∥,相應的密封圈、壓緊螺母，墊圈均與壓緊螺母G3/4配套使用。

1.4 接線端子與電流導體載荷截面見表4
表4  接線端子與電流導體載荷截面

2. 防爆配電箱（控制箱）的設計
2.1設計防爆配電箱的基本要求
a.設計防爆配電箱（控制箱）要符合設備類別、組別要求；
b.設計防爆配電箱（控制箱）符合使用的環(huán)境、場合要求；
c.設計防爆配電箱（控制箱）設備應承受抗沖擊試驗,過壓試驗（靜壓）試驗；
d.設計防爆配電箱（控制箱）設備外殼采用塑料材質(zhì)，該材質(zhì)在最高環(huán)境溫度條件下使用時，塑料材質(zhì)對應20000h點的溫度指數(shù)TI或RTI(機械沖擊）應比塑料外殼或外殼的塑料部件最熱點的溫度至少高20K.
e.設計防爆配電箱（控制箱）設備外殼采用塑料材質(zhì)，表面絕緣電阻不大于109  Ω
f.設計防爆配電箱（控制箱）設備外殼采用塑料材質(zhì),表面積不大于表5的規(guī)定；
表5表面積限制

g.設計防爆配電箱（控制箱）Ⅱ類電氣設備外殼材質(zhì)不超過下列要求：
EPL Ga：10%的鋁、鎂、鈦和鋯，7.5%鎂、鈦和鋯；
EPL Gb：7.5%鎂和鈦；
EPL Gc：除風扇、風扇罩和通風孔擋板應符合EPL Gb的要求外，無其他要求。
h.設計防爆配電箱（控制箱）外殼（隔爆型）隔爆結(jié)合面寬度、結(jié)合面上的孔距、間隙、（三要素）要符合要求，隔爆螺紋嚙合螺紋≥5。
i.設計防爆配電箱（控制箱）外殼粘結(jié)結(jié)合面的寬度：
當V≤10cm3, 不小于3mm；
當10cm3,＜V≤100cm3, 不小于6mm；
j.設計防爆配電箱（控制箱）隔爆外殼的引入裝置公制螺紋孔的公差等級規(guī)定6H以上；
2.2 設計防爆配電箱（控制箱）對電器元件的要求
a.隔爆型外殼內(nèi)電器元件必須有“3C”認證，產(chǎn)品合格證，產(chǎn)品說明書
b.增安型外殼內(nèi)有產(chǎn)生火花和電弧的電器元件必須是隔爆元件，并具有產(chǎn)品防爆合格證的同時還要由該產(chǎn)品生產(chǎn)許可證。
2.3 設計防爆配電箱（控制箱）對電器元件–斷路器的要求
a 防爆配電箱（控制箱）斷路器有主回路斷路器和分支回路斷路器；