第5章 礦用防爆電氣設備基本知識

第五章礦用防爆電氣設備基本知識電氣設備在正常運行或故障狀態(tài)下可能出現(xiàn)火花、電弧、熱表面和灼熱顆粒等，它們都具有一定的能量，可以成為引燃引爆瓦斯和煤塵的火源。據(jù)統(tǒng)計，電火花是井下瓦斯爆炸的主要火源，占50%左右。而且隨著煤礦井下電氣化程度的提高及井下電氣設備電壓等級的提高，電氣設備的事故更易發(fā)生。為了防止電氣設備因溫度升高和電火花而引起瓦斯和煤塵爆炸，用于井下環(huán)境的電器設備必須是防爆的。第五章礦用防爆電氣設備基本知識各類電氣設備，對其采取一定的安全措施以后，能保證其在一定的爆炸危險場所實現(xiàn)安全供用電，這種電氣設備通稱為防爆電氣設備?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定：井下防爆電氣設備的運行、維護和修理，必須符合防爆性能的各項技術(shù)要求。防爆性能遭受破壞的電氣設備，必須立即修理或更換，嚴禁繼續(xù)使用。第五章礦用防爆電氣設備基本知識第一節(jié)礦用防爆電氣設備第二節(jié)隔爆型電氣設備第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備復習思考題第一節(jié)礦用防爆電氣設備一、礦用防爆電氣設備的類別、類型和標志1.防爆類別防爆電氣設備按適用環(huán)境劃分為2大類。Ⅰ類：煤礦用防爆電氣設備；用于含有甲烷混合物的爆炸環(huán)境。Ⅱ類：工廠用防爆電氣設備；用于含有甲烷以外的爆炸氣體混合物的爆炸環(huán)境。第一節(jié)礦用防爆電氣設備2.防爆類型由于爆炸性氣體混合物爆炸必須具備一定的氣體濃度和足夠的火花能量，因此，在防爆電氣設備中采取的一系列安全措施，都旨在使這兩個條件不能同時存在。在這個基礎上形成的電氣設備防爆類型有隔爆型、增安型、正壓型、充油型、充砂型、澆封型、氣密型、無火花型、本質(zhì)安全型、特殊型等10種防爆設備。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（1）隔爆型，具有隔爆外殼的防爆電氣設備，是指將所有能產(chǎn)生火花、電弧和危險溫度的零部件都放到具有足夠強度的殼體內(nèi)，當殼體內(nèi)部發(fā)生爆炸時，不至于引起外部爆炸性氣體混合物爆炸的電氣設備。它的代表符號為d。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（2）增安型，是指在正常運行時不產(chǎn)生電火花、電弧和危險溫度的電氣設備結(jié)構(gòu)上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和認可的過載條件下出現(xiàn)這些現(xiàn)象的電氣設備。它的代表符號為e。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（3）正壓型，是指具有正壓外殼的電氣設備。即外殼內(nèi)充有保護氣體，并保持其壓力（壓強）高于周圍爆炸性環(huán)境的壓力，以阻止外部爆炸性混合物進入的防爆電氣設備。它的代表符號為p。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（4）充油型，是指將可能產(chǎn)生火花、電弧和危險溫度的帶電零部件浸在油中，使其不能引起油面上爆炸性氣體混合物爆炸的電氣設備。它的代表符號為o。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（5）充砂型，是指在設備外殼內(nèi)充填砂?；蚱渌?guī)定特性的粉末材料，使之在規(guī)定的使用條件下，殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧或高溫不能點燃周圍爆炸性氣體混合物爆炸的電氣設備。它的代表符號為q。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（6）澆封型，是指將可能產(chǎn)生引爆可燃可爆氣體的火花、電弧或危險溫度的部分澆封，使它不能點燃周圍爆炸性氣體混合物的電氣設備。它的代表符號為m。（7）氣密型，是指用熔化、擠壓或膠粘的方法進行外殼的密封，且這種外殼能防止殼外氣體進入殼內(nèi)的電氣設備。它的代表符號為h。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（8）無火花型，是指在正常運行條件下不產(chǎn)生火花和電弧，也不產(chǎn)生能夠點燃周圍爆炸性氣體的高溫表面或灼熱點，且一般不會發(fā)生有點燃作用的故障的電氣設備。它的代表符號為n。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（9）本質(zhì)安全型，是指電路系統(tǒng)中，在正常運行和規(guī)定故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花、電弧和溫度，都不能引起爆炸性氣體混合物爆炸的電氣設備。它的代表符號為i。（10）特殊型，是指結(jié)構(gòu)上不屬于上述各種類型，而采用其他防爆措施的電氣設備。它的代表符號為s。第一節(jié)礦用防爆電氣設備3.防爆標志防爆標志是由防爆總標志(Ex)、類別、類型、級別、組別一起組成。防爆標志除應制作在防爆電氣設備的明顯處外，還應在名牌的右上方標Ex。因煤礦用隔爆型防爆設備最大試驗安全間隙大于或等于1mm，設備最高表面溫度150℃，故級別和組別不用標注。第一節(jié)礦用防爆電氣設備例：

ExdⅠ煤礦用隔爆型防爆設備。ExeⅠ煤礦用增安型防爆設備。ExiⅠ煤礦用本質(zhì)安全型防爆設備。Exd［ib］Ⅰ煤礦用隔爆兼本質(zhì)安全型防爆設備。ExsⅠ煤礦用特殊型防爆設備。第一節(jié)礦用防爆電氣設備二、防爆設備的選型煤礦井下電氣設備的選用應符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，如表。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（1）增安型防爆設備是10種防爆設備中防爆性能最低的防爆設備，煤（巖）與瓦斯突出礦井除井底車場的主泵房內(nèi)的設備可以使用外，其他地點都不能使用。瓦斯、高瓦斯礦井的井底車場、總進風巷、主要進風巷和采區(qū)進風巷可以使用，其他地點不能使用。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（2）本質(zhì)安全型防爆設備是10種防爆設備中防爆性能最高的防爆設備，當使用環(huán)境中瓦斯?jié)舛冗_到1%時，只有本質(zhì)安全型防爆設備不用停電，其他類型防爆設備都要停電。第一節(jié)礦用防爆電氣設備（3）礦用一般型電氣設備（KY）是專為煤礦井下條件生產(chǎn)的不防爆的一般型電氣設備，只能用于井下無瓦斯、煤塵爆炸危險的場所。礦用一般型也不同于井上一般型電氣設備，其基本要求是外殼堅固、封閉、防滴、防濺、防潮性能好，有電纜引入裝置，開關(guān)手把和門蓋之間有連鎖裝置，能防止外部直接觸電和帶電開、關(guān)。其外殼防護等級一般不低于IP54，外殼明顯處有KY標志。第一節(jié)礦用防爆電氣設備礦用一般型電氣設備只能用于架線電機車運輸巷道中及沿該巷道的機電設備硐室內(nèi)（包括照明燈具、通信、自動化裝備和儀表、儀器）。外殼防護等級含義：IP表示防護；第一位數(shù)字表示防外物等級，如IP54中的5表示防外物5級；第二個數(shù)字表示防水等級，如4表示防水4級。防外物和防水等級的數(shù)字越大，表示防護性能越好。第二節(jié)隔爆型電氣設備隔爆型電氣設備是防爆電氣設備的一種類型，它的防爆標志為ExdⅠ，讀作煤礦用隔爆型防爆電氣設備，其含義：Ex為防爆總標志，d為隔爆型代號，Ⅰ為煤礦、井下用防爆電氣設備。隔爆就是當電氣設備外殼內(nèi)部的爆炸性氣體發(fā)生爆炸時，不會引起外殼周圍的爆炸性氣體發(fā)生爆炸，凡是具有這種隔爆外殼的電氣設備統(tǒng)稱為隔爆型電氣設備。第二節(jié)隔爆型電氣設備一、隔爆型電氣設備的防爆原理隔爆型電氣設備的隔爆原理是間隙隔爆機理，即隔爆是由于法蘭間隙的熄火作用和法蘭間隙對爆炸產(chǎn)物的冷卻作用。當燃燒物進入法蘭間隙時，燃燒物產(chǎn)生的熱膨脹形成了相對于管壁運動的氣流，由于管壁的黏滯阻力，使臨近管壁的氣體速度下降，使前焰面發(fā)生彎曲。第二節(jié)隔爆型電氣設備當管徑進一步減小，直接進入管壁的熱量增加，當管壁從灼熱燃燒產(chǎn)物導走的熱量等于燃燒發(fā)出的熱量時，火焰面更進一步彎曲，火焰的傳播就不可能了，這個直徑稱為臨界熄火直徑。隔爆型電氣設備有一個特制的隔爆外殼，這種隔爆外殼既能承受其內(nèi)部爆炸性氣體被引爆產(chǎn)生的爆炸壓力，又能防止爆炸產(chǎn)物穿出隔爆間隙點燃外殼周圍的爆炸性混合物。第二節(jié)隔爆型電氣設備正因為隔爆型電氣設備的隔爆外殼具有耐爆性和隔爆性，所以被廣泛用于有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所。第二節(jié)隔爆型電氣設備二、隔爆型電氣設備防爆性能的要求隔爆型電氣設備是具有隔爆外殼的防爆電氣設備。隔爆型電氣設備必須具有耐爆性和隔爆性能。耐爆性是外殼應有足夠的機械強度。隔爆性是指外殼內(nèi)部發(fā)生故障時，產(chǎn)生的火花不能點燃外殼周圍爆炸性氣體混合物。第二節(jié)隔爆型電氣設備電氣設備的隔爆外殼失去隔爆性或耐爆性稱為失爆。已經(jīng)失爆的任何隔爆型電氣設備，都不準在有爆炸性危險環(huán)境的場所使用。其原因是：如果失爆電氣設備內(nèi)部發(fā)生爆炸，必將因外殼損壞而直接引起殼外的爆炸性氣體爆炸；或者從各部縫隙中噴出的高溫氣體或火焰引起殼外周圍爆炸性氣體爆炸。第二節(jié)隔爆型電氣設備煤礦井下常見的電氣失爆現(xiàn)象如下：（1）由于隔爆結(jié)合面嚴重銹蝕，有較大的機械傷痕，連接螺釘沒有壓緊而使隔爆間隙超過規(guī)定要求而造成失爆。第二節(jié)隔爆型電氣設備（2）由于外力作用，如砸、壓、擠、碰等原因，使隔爆外殼變形或損壞；隔爆外殼上的蓋板、接線嘴、接線盒的連接螺釘折斷、螺紋損壞；連接螺釘不齊全，使機械強度達不到規(guī)定而失爆。第二節(jié)隔爆型電氣設備（3）電纜進線、出線口處沒有使用合格的密封圈或沒有密封圈，不用的電纜接線孔沒有使用合格的封堵?lián)醢寤驔]有擋板而失爆。（4）接線柱、絕緣套管燒毀，使兩個空腔連通，外殼內(nèi)部爆炸時產(chǎn)生高的壓力使外殼損壞，發(fā)生失爆。（5）隔爆外殼焊縫開焊、有裂紋而失爆。第二節(jié)隔爆型電氣設備檢查防爆應以防爆標準為依據(jù)，防爆性能低于防爆標準要求的則認為失爆。隔爆型電氣設備隔爆結(jié)合面的間隙、寬度、粗糙度稱為隔爆面防爆三要素。隔爆結(jié)合面是隔爆外殼各個部件相對表面配合在一起的結(jié)合面，如隔爆型電氣設備接線盒的蓋、門、啟動和停止按鈕的軸、接線端子的絕緣套管等部件與主體之間的相對表面都是隔爆結(jié)合面。第二節(jié)隔爆型電氣設備隔爆結(jié)合面的寬度和間隙的要求如表。第二節(jié)隔爆型電氣設備

隔爆結(jié)合面平均粗糙度Ra不超過6.3μm。目前，隔爆面多是磷化的，磷化薄膜能防止各種有害氣體對金屬表面的銹蝕，起到保護隔爆面的作用。隔爆面不得有銹蝕，機械傷痕兩側(cè)凸起部分磨平后不得超過下列規(guī)定：第二節(jié)隔爆型電氣設備（1）局部出現(xiàn)的直徑不大于1mm、深度不大于2mm的砂眼，在40mm、25mm、15mm寬的隔爆面上，每1cm2范圍內(nèi)不得超過5個；10mm寬的隔爆面上，不得超過2個。（2）產(chǎn)生的機械傷痕，寬度與深度不大于0.5mm；其長度應保證剩余無傷隔爆面有效長度不小于規(guī)定長度的2/3。第二節(jié)隔爆型電氣設備（3）如果隔爆結(jié)合面被緊固螺栓孔或類似物的孔分隔,螺栓通孔邊緣至隔爆結(jié)合面邊緣的最小有效長度L1應符合下列規(guī)定：當L＜12.5mm時，L1≥6mm；當12.5mm≤L＜25mm時，L1≥8mm；當L≥25mm時，L1≥9mm。第二節(jié)隔爆型電氣設備（4）電纜引入裝置應符合的要求。電纜引入裝置的密封圈應符合以下規(guī)定：①密封圈非壓縮軸向長度：圓形電纜直徑不大于20mm，軸向長度最小為20mm;電纜直徑大于20mm，軸向長度最小為25mm。②密封圈橡膠必須滿足IRHD硬度45～55的要求。第二節(jié)隔爆型電氣設備③為使密封圈有一定的通用性，以適應不同公稱直徑的電纜，允許密封圈上切同心槽，密封圈的結(jié)構(gòu)如圖所示。密封圈的結(jié)構(gòu)d—電纜公稱直徑；A—密封圈軸向長度；B—密封圈厚度;D——密封圈外徑第二節(jié)隔爆型電氣設備④密封圈無破損，不得割開使用，電纜與密封圈之間不得包扎其他物體。⑤壓緊螺母式引入裝置和采用切同心槽密封圈的引入裝置，都應在壓緊螺母與密封圈之間加設金屬墊圈。第二節(jié)隔爆型電氣設備⑥不用的電纜引入裝置應用厚度小于2mm、鋼板直徑與引入裝置內(nèi)徑差不大于2mm的鋼板堵死。⑦接線裝置壓緊電纜后，電纜的壓扁量不得超過電纜直徑的10%。第二節(jié)隔爆型電氣設備密封圈外徑D與安裝密封圈孔徑D0之差，應符合表5-3的規(guī)定。第二節(jié)隔爆型電氣設備三、隔爆型電氣設備的檢查與維護《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定，井下防爆電氣設備的運行、維護和修理，必須符合防爆性能的各項技術(shù)要求。使用中的防爆電氣設備的防爆性能每日應對外部檢查1次，每月對防爆性能檢查1次。第二節(jié)隔爆型電氣設備井下防爆電氣設備變更額定值使用和進行技術(shù)改造時，必須經(jīng)國家授權(quán)的礦用產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗部門檢驗合格后，方可投入運行。防爆電氣設備入井前，應檢查其產(chǎn)品合格證、煤礦礦用產(chǎn)品安全標志及安全性能；檢查合格并簽發(fā)合格證后，方準入井。涉及煤礦安全的產(chǎn)品必須有MA標志，并取得安全標志證書。普通便攜式測量用儀器、儀表，只準在甲烷濃度1％以下的地點使用。第二節(jié)隔爆型電氣設備1.隔爆型電氣設備應檢查的內(nèi)容（1）防爆結(jié)合面的寬度、間隙、粗糙度不超過規(guī)定。（2）外殼強度、閉鎖裝置符合規(guī)定。（3）螺栓、螺母、平墊圈、彈墊圈齊全緊固；閉鎖裝置齊全、完整、可靠。（4）內(nèi)、外接地裝置齊全、無銹蝕、接地線緊固，截面符合要求。第二節(jié)隔爆型電氣設備2.外接地端子須符合的規(guī)定（1）功率大于10kW的電氣設備，外接地端子不小于M12。（2）功率在5~10kW的電氣設備，外接地端子不小于M10。（3）功率在250W~5kW的電氣設備，外接地端子不小于M8。第二節(jié)隔爆型電氣設備（4）功率不大于250W且電流不大于5A的電氣設備，外接地端子不小于M6。（5）接線盒內(nèi)接線彈簧墊、平墊，齊全、緊固、無毛刺，接地芯線長于導電芯線，在導電芯線被拉脫時，接地芯線仍保持連接。第二節(jié)隔爆型電氣設備（6）接線端子電氣間隙、爬電距離符合規(guī)定。（7）保護裝置整定值符合規(guī)定，動作靈敏可靠。第二節(jié)隔爆型電氣設備3.防爆電氣設備失爆判別標準（1）隔爆外殼應清潔、完整無損并有清晰的防爆標志和MA標志；否則，視為失爆。（2）隔爆外殼有裂紋、開焊或外殼嚴重變形的（嚴重變形指變形長度超過50mm，同時凹凸深度超過5mm者）為失爆。第二節(jié)隔爆型電氣設備（3）防爆開關(guān)或母線盒的隔爆殼內(nèi)外嚴重脫漆、有銹皮脫落且外殼有明顯的銹蝕麻點的為失爆。（4）機械閉鎖裝置不全、變形損壞，使設備起不到機械閉鎖作用的為失爆。第二節(jié)隔爆型電氣設備（5）防爆室（腔）的觀察窗（孔）的透明玻璃板松動、破裂或使用普通玻璃者為失爆。（6）兩個隔爆腔之間貫通或絕緣座與主體間隙超限為失爆。第二節(jié)隔爆型電氣設備（7）隔爆結(jié)合面不得有銹蝕及油漆，應涂防銹油或磷化處理。如有銹跡，用棉紗擦凈后，留有呈青褐色氧化亞鐵（Feo）云狀痕跡，用手摸無感覺者仍算合格。第二節(jié)隔爆型電氣設備（8）用螺栓固定的隔爆結(jié)合面，同一部位的螺母、螺栓規(guī)格一致。平墊、彈簧墊圈的規(guī)格應與螺栓直徑相符合。其緊固程度應以壓平彈簧墊圈不松動為合格。螺母緊固后，螺栓螺紋應露出1～3個螺距。第二節(jié)隔爆型電氣設備（9）進線嘴連接緊固，密封良好，符合規(guī)定，否則為失爆。高壓隔爆開關(guān)閑置的接線嘴應符合以下規(guī)定：高壓隔爆開關(guān)閑置的接線嘴應用與線嘴法蘭厚度、直徑相符的鋼墊板封堵壓緊。高壓隔爆開關(guān)壓緊螺母式進線裝置的要求與低壓隔爆開關(guān)相同。高壓隔爆開關(guān)接線盒引入鎧裝電纜后，應用絕緣膠灌至電纜三叉以上，其深度須大于電纜引入口孔徑的1.5倍（最小40mm）。第二節(jié)隔爆型電氣設備3.防爆電氣設備失爆判別標準（1）隔爆外殼應清潔、完整無損并有清晰的防爆標志和MA標志；否則，視為失爆。（2）隔爆外殼有裂紋、開焊或外殼嚴重變形的（嚴重變形指變形長度超過50mm，同時凹凸深度超過5mm者）為失爆。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備一、本質(zhì)安全型電氣設備的定義通過限制電氣設備電路的各種參數(shù)，或采取保護措施來限制電路的火花放電能量和熱能，使其在正常工作和規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應均不能點燃周圍環(huán)境的爆炸性混合物，從而實現(xiàn)了電氣防爆，這種電氣設備的電路本身就具有防爆性能，也就是從本質(zhì)上就是安全的，故稱為本質(zhì)安全型。采用本質(zhì)安全電路的電氣設備稱為本質(zhì)安全型電氣設備。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備全部電路都是本質(zhì)安全電路的電氣設備為單一式本質(zhì)安全型電氣設備。局部電路為本質(zhì)安全電路的電氣設備為復合式本質(zhì)安全型電氣設備。目前井下用得最多的復合式本質(zhì)安全型電氣設備，是隔爆兼本質(zhì)安全型電氣設備。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備在設備的電氣系統(tǒng)中，與本質(zhì)安全電路有電氣連接并可能影響安全性能的那部分非本質(zhì)安全電路的電氣設備稱為關(guān)聯(lián)電氣設備。關(guān)聯(lián)電氣設備可以是各類防爆形式，也可以是礦用一般型，這取決于關(guān)聯(lián)設備的使用場所。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備二、本質(zhì)安全型電氣設備的劃分1.本質(zhì)安全型電氣設備的類別按本質(zhì)安全型電氣設備的使用范圍分為兩類。Ⅰ類為煤礦井下用本質(zhì)安全型電氣設備；Ⅱ類為工廠用本質(zhì)安全型電氣設備。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備2.本質(zhì)安全型電氣設備的等級本質(zhì)安全型電氣設備及其關(guān)聯(lián)設備，按其使用場所和安全程度不同分為ia、ib兩個等級。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備ia等級電路在正常工作、一個故障和兩個故障時，均不能點燃爆炸性氣體混合物的電氣設備。正常工作時，安全系數(shù)為2；一個故障時，安全系數(shù)為1.5；兩個故障時，安全系數(shù)為1。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備ib等級電路在正常工作和一個故障時，均不能點燃爆炸性氣體混合物的電氣設備。正常工作時，安全系數(shù)為2；一個故障時，安全系數(shù)為1.5。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備ia等級本質(zhì)安全型電氣設備安全程度高于ib等級的本質(zhì)安全型電氣設備。在連續(xù)存在爆炸性氣體混合物的場所中，應使用ia等級的防爆電氣設備，如煤礦瓦斯抽放管路。煤礦井下一般場所使用ib等級的防爆電氣設備。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備ia等級本質(zhì)安全型電氣設備和ib等級的本質(zhì)安全型電氣設備的差異，ib等級的本質(zhì)安全型電氣設備是雙重化，ia等級的本質(zhì)安全型電氣設備是三重化。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備3.本質(zhì)安全型電氣設備的電源本質(zhì)安全電源有2種基本類型：獨立電源和外接電源。獨立電源最常用的是干電池和蓄電池。干電池和蓄電池必須接入限流電阻，限流電阻應采用金屬膜電阻、線繞被覆層電阻。電池或蓄電池與限流電阻應膠封為一體構(gòu)成本安組件，具有防止電池或蓄電池直接短路的措施，并置于IP54防護外殼或隔爆外殼中。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備外接電源大多數(shù)從動力電源引入，經(jīng)整流、穩(wěn)壓（穩(wěn)流）等處理后供電，都設計成隔爆兼本質(zhì)安全型。本質(zhì)安全電路必須設有過流、過壓和短路保護電路。各種保護電路必須是雙重化，即使一組損壞另一組保護電路仍起保護作用。第三節(jié)本質(zhì)安全型電氣設備