矿用防爆电气设备培训讲义

1矿用防爆电气设备培训讲义2014.6第一章通用要求一概述在有瓦斯（甲烷）爆炸危险的煤矿井下，当瓦斯遇着点火源或高温，就可能发生燃烧或爆炸。煤矿井下使用着大量的电气设备，这些设备在运行中，可能发生电弧和电火花：开关由于开闭要发生电弧；变压器和电动机由于匝间短路会发生电火花或电弧；开关、变压器和电机等电气设备，由于绝缘表面漏电和绝缘内部击穿，都会发生电火花或电弧。这些电火花或电弧都是强点火源，遇着瓦斯就可能发生煤矿瓦斯爆炸事故。因此，煤矿井下有瓦斯爆炸危险场所必须使用防爆电气设备。二、电气设备常用防爆型式防爆电气设备的防爆型式是指防止点燃周围爆炸性环境而对电气设备采取各种特定保护措施。目前适用于煤矿井下的主要有以下几种类型防爆型式：1隔爆型电气设备“d”：隔爆型电气设备是指把正常运行或故障状态下可能产生火花、电弧和危险高温的电气部分放在特殊的外壳“隔爆外壳”内，当爆炸性气体进入壳内被点燃发生爆炸时，该外壳能承受内部的爆炸压力（耐爆性）且不会引起外部爆炸性混合物点燃传爆（隔爆性）具有这种隔爆外壳保护的电气设备就叫隔爆型电气设备，隔爆型电气设备被广泛用于煤矿井下采掘工作面等有瓦斯爆炸危险的场所。2增安型电气设备“e”：增安型电气设备是指在正常运行条件下不会产生电弧、火花和危险温度的电气设备在结构上采取措施，如降低温升、保证电气连接的可靠性、增加绝缘等级、配接可靠的保护装置以及提高外壳防护等级等措施，来提高电气设备的安全程度，降低故障率，避免在正常和规定过载条件下点燃爆炸性混合物的电气设备。增安型防爆型式主要用于电动机、变压器、照明灯具及接线盒等设备，由于增安型防爆安全还取决于保护装置和使用维护等方面，煤矿井下危险场所按区域限制其使用范围。3本质安全型电气设备“i”：本质安全型电路是指在标准规定的条件下，在正常工作和规定的故障条件下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路；本质安全型设备是指所有电路为本质安全型电路的电气设备。本质安全型防爆型式是通过采取限制电路中的能量小于相应的昀小点燃能量、控制电路参数和限制昀高表面温度等措施，因此，这种防爆型式只适用于弱电系统，主要是用于2控制、通讯、测量和监视等方面，如用于煤矿生产监控系统和通讯系统和瓦斯检测仪表等。4正压外壳型电气设备“p”：正压外壳型防爆型式是通过在外壳内部保持一个保护气体的压力高于周围爆炸性环境压力，以阻止周围含有爆炸性混合物气体进入外壳内来达到安全使用的电气设备。正压外壳型防爆保护技术可分为：进行泄漏补偿使内部保持静态正压；采取保持正压保护气体的连续流动。两种方法都需要在设备供电前用保护气体对外壳进行换气清洗，带走外壳内部非正压状态时进入的爆炸性混合物，同时按要求设置安全装置进行监测保护以保证系统的可靠性，从而达到防爆的目的。由于正压外壳型防爆电气设备体积相对较大，配套的安全措施和保护装置同样须采用防爆结构，因此限制了这种防爆型式在煤矿井下的使用。5浇封型电气设备“m”：浇封型防爆型式是指把可能产生点燃爆炸性气体混合物的电弧、火花或危险温度的电气部分浇封在浇封剂中，隔离电气部分与爆炸性气体混合物接触，在正常运行和认可的过载或故障情况下不会点燃周围的爆炸性气体混合物。浇封型电气设备要降低所使用的功率元件温升，要求浇封剂材料应具有一定耐化学、耐热和机械稳定性，在浇封内部还须采取间距保护等措施保证浇封型电气设备的防爆性能。6特殊型电气设备“s”：特殊型防爆电气设备是指通过一些尚未完全确定的方法来达到GB3836系列标准有关防爆结构的目的。防爆技术在不断发展，如果电气设备在防爆原理和结构上不属于标准已经确定的某种特定保护措施的防爆保护型式，而只是部分地采用GB3836系列标准中的内容，经检验机构检验证明具有防爆性能，可以作为防爆特殊型，如煤矿用特殊型电源装置、矿灯等产品。特殊型防爆电气设备应在技术文件中说明采用GB3836系列标准情况和所使用的全部辅助技术，并需由管理部门制定暂行规定。7矿用一般型电气设备“KY”：矿用一般型电气设备是一种非防爆电气设备，在煤矿井下用于无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。矿用一般型电气设备基本要求是：有一定防护等级的外壳、防潮性能好、有电缆引入装置、并能防止电缆扭转、拔脱损伤，开关手柄和门盖有连锁装置等安全措施等。矿用一般型电气设备的标志为“KY”。对于以上已经确定的采取特定保护措施的各型防爆保护型式，GB3836系列标准中有对应的专用标准号，但各种防爆保护型式都要执行共同的标准《GB3836.1爆炸性环境第1部分：设备通用要求》，只有在两者均满足规定的条件下，才能符合其各型防爆性能。三、矿用电气设备制造标准主要有：3GB3836.1-2010爆炸性环境第1部分：设备通用要求GB3836.2-2010爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备GB3836.3-2010爆炸性环境第3部分：由增安型“e”保护的设备GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备GB3836.5-2004爆炸性气体环境用电气设备第5部分：正压外壳型“p”GB3836.9-2006爆炸性气体环境用电气设备第9部分：浇封型“m”MT/T661-2011煤矿井下用电器设备通用技术条件GB/T12173-2008矿用一般型电气产品《煤矿安全规程》四、通用要求各种防爆保护型式都要执行共同的标准GB3836.1《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》1、保护级别设备保护级别（EPL）是根据设备成为点燃源的可能性和爆炸性气体环境、爆炸性粉尘环境和煤矿瓦斯爆炸性环境所具有的不同特征对设备规定的保护级别。各种防爆电气设备的防爆型式保护级别有所不同，危险环境出现爆炸极限可能性大或频次大，要求该环境使用的防爆电气设备安全程度就越高。根据设备成为点燃源的可能性和爆炸性气体环境所具有的不同特征规定其保护级别（EPL），安装在煤矿甲烷爆炸性环境中的矿用防爆电气设备划分为以下防爆保护等级：⑴Ma等级Ma等级防爆电气设备具有高的保护级别，例如，设计制造符合Ma等级要求的矿用本质安全型设备，防爆标志为ExiaIMa。⑵Mb等级Mb等级防爆电气设备具有较高的保护级别，例如，设设计制造符合Mb等级要求的矿用隔爆型设备，防爆标志为ExdIMb。2、设备分类爆炸性气体环境用电气设备分为I类和II类。①I类：适用于煤矿井下瓦斯气体环境的防爆电气设备。②II类：适用于除煤矿甲烷气体之外的其他爆炸性气体环境的防爆电气设备。爆炸性气体混合物的昀大试验安全间隙是隔爆外壳“d”保护的电气设备分类主要依据；爆炸性气体混合物的昀小点燃电流比是本质安全型“i”保护的电气设备分类主要依4据，II类隔爆型电气设备和本质安全型电气设备，按其适用于爆炸性气体的昀大试验安全间隙或昀小点燃电流比，分为IIA、IIB和IIC类：●IIA类：代表性气体是丙烷；●IIB类：代表性气体是乙烯；●IIC类：代表性气体是氢气。3、温度①环境温度：GB3836.1标准规定防爆电气设备应设计在环境温度为-20℃～+40℃下使用。《煤矿安全规程》对井下空气温度作了有关规定，例如生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过20℃，机电峒室的空气温度不得超过30℃，这些数据可供设备设计时参考。②工作温度设备工作温度测定是在生产厂技术文件给出的额定值条件下进行，如包括环境温度、电源和负载特性和工作制等；要求额定负载情况下进行时，应考虑昀高或昀低环境温度和昀大额定外部热源或冷源。③昀高表面温度：昀高表面温度：指防爆电气设备在规定的容许范围内的昀不利条件下运行时，电气设备的任何部件或任何表面所达到的昀高温度。测定昀高表面温度的试验应在电气设备额定电压的90%～110%之间、设备达到昀高表面温度时的昀不利条件下进行，当设备承受昀高环境温度和相应的昀大额定外部热源时，应按相关防爆型式标准的具体要求测定昀高表面温度。4、机械强度（冲击）标准规定了对防爆电气设备机械强度的要求，防爆电气设备应能承表1-1规定的抗冲击试验。表1-1抗冲击试验质量1kg重物的下落高度h，m设备类别I类II类或III类机械危险程度高低高低a)外壳和外壳外部能撞击到的部件(透明件除外)20.70.70.4b)保护网、保护罩、风扇罩、电缆引20.70.70.45入装置c)无保护网的透明件0.70.40.40.2d)由网孔为625mm2～2500mm2保护网保护的透明件，见21.1(试验时不带保护网)0.40.20.20.1注：网孔为625mm2～2500mm2透明件的保护网能降低冲击危险，但不能阻止冲击。①防止冲击的护板应只有用工具才能拆卸，并且在规定的冲击试验时应保持位置不变。②表1中灯具透明罩的金属护网网孔的原来计算按网孔的边长计算，即“保护罩可由网孔小于50mm×50mm的保护网保护。标准中改为面积计算，即按网孔面积大于2500mm2、625mm2~2500mm2之间和小于625mm2分别进行冲击试验，其承受的冲击试验能量不同。5、电磁能和超声波等辐射能电磁能和超声波能辐射的矿用电气设备能量等级不应超过以下规定值：①射频源射频为（9kHz～60GHz）的连续发射和脉冲时间超过热起燃时间的脉冲发射的阈功率，不应超过下表1-2的值。不允许用户对程序进行设定或对软件进行控制。表1-2射频阈功率设备类别阈功率W热起燃时间（平均时间）µsI类6200对于脉冲时间比热起燃时间短的脉冲雷达或其它发射形式，阈能量Zth不应超过表1-3的值。表1-3射频阈能量设备类别阈能量Zth，µJI类1500②激光或其它连续波源EPLMa或Mb级矿用电气设备的激光或其它连续波源的输出参数不应超过下列值：激光或其它连续波源：20mW/mm2或150mW，脉冲间隔至少5s的脉冲激光或脉冲光源：0.1mJ/mm2。6③超声波源EPLMa、Mb级矿用电气设备超声波源的输出参数不应超过下列值：连续源：0.1W/cm2和10MHz，脉冲源：0.1W/cm2和2mJ/cm2。6、非金属外壳和外壳的非金属部件非金属外壳一般指具有非热塑性、有阻燃性和抗静电的工程塑料；外壳的非金属部件是指诸如隔爆型“d”或增安型“e”的电缆引入装置的填料、密封圈等。工程塑料具有易成型、易切削加工和重量轻等优点，但塑料外壳的结构强度受成型工艺的影响，易自然老化，在高温下易发生分解和变形，在具有大热源和会产生电弧的电气设备上不宜使用塑料外壳。7、金属外壳和外壳的金属部件轻合金金属材料具有质量轻、塑性好，易加工及耐腐蚀等优点，在矿用防爆电气设备上有所应用，但轻合金金属材料与其他钢质材料冲击摩擦产生火花所释放的能量会引起足够浓度的甲烷—空气混合物的点燃爆炸，对矿用防爆电气设备外壳采用轻合金金属的使用范围作一定限制：⑴按质量百分比铝、镁、钛和锆的总含量不应大于15%，且镁、钛和锆的总含量不允许大于7.5%。⑵矿用携带式仪器仪表、手持式或支架式电钻（及其附带的插接装置）和灯具的外壳，可采用抗拉强度不低于120MPa、且按GB/T13813规定的摩擦火花试验方法考核合格的轻合金制成。⑶运行中为调节、检查及其它工作而要打开的盖子的紧固螺孔，只有螺纹形状适合于材料时，才能在外壳材料上攻螺孔。8、紧固件对保证专用防爆型式或用于防止触及裸露带电零件所必须的紧固件，只允许用工具才能松开或拆除。Ⅰ类特殊紧固件的头在正常使用中易受机械损坏而使防爆型式失效，宜有保护措施，如护圈或沉孔。由于紧固件是确保防爆性能的重要零件，专用防爆型式对紧固件还有进一步的要求，通常设计时应作以下考虑，⑴紧固用螺栓和螺母须有防松装置，常用的方法可加弹簧垫圈等；⑵紧固用螺栓和螺母须经电镀等方法防锈处理或用不锈钢材料制造；⑶采用螺栓用于不透螺孔紧固时，不透螺孔要留有一定的螺纹余量；7⑷矿用防爆电气设备外壳上特殊紧固件（主要是矿用隔爆结构类产品）的孔、螺栓或螺母等要求应符合GB3836.1标准第9条的要求：9、联锁装置为保持专用防爆型式用的联锁装置，其结构应保证非专用工具不能轻易解除其作用。增加了螺丝刀、镊子或类似的工具不应使联锁装置失效；开盖连锁可实现开盖前断电、