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1、1防爆电气设备技术讲座 2第一章防爆基础理论概要防爆基础理论概要3爆炸性危险场所的定义危险场所：任何具有潜在爆炸危险的场所。在石油、化工、煤炭等生产领域将不可避免地形成爆炸性危险环境：1.在煤矿井下，三分之二的场所属于爆炸性危险场所；2.在石油开采现场和精炼厂约有6080属于爆炸性危险场所；3.在化学工业中，约有80以上的生产车间属于爆炸性危险场所。4爆炸极限的定义实验表明，当可燃性物质与空气的混合浓度介于爆炸极限范围内时，遇点火源就会产生爆炸。爆炸下限(LEL)爆炸上限(UEL)可燃性物质与空气混合物的爆炸极限范围各不相同。丙烷2.0,9.5 乙烯2.7,3.4 氢气4.0,75.65防爆基
2、本原理产生爆炸的基本原理(爆炸三角形原理)1.爆炸性物质;2.空气(氧气);3.点火源(电火花、炽热表面)。防止爆炸发生的基本方法1.避免形成爆炸性环境理想的方法(很难实现)；2.排除、消除可能的点火源实际的方法；3.限制其中一个或几个要素，都可以达到防爆要求。如制造正压、爆炸气体浓度监控、限制点燃源(主要手段)。6爆炸性危险物质点燃特征电气设备的电火花和温度是产生爆炸的主要点燃源。不同爆炸性物质的电火花和温度点燃特性各不相同。为了使采取的防爆措施更具有针对性，有必要对爆炸性物质分类、分级、分组以及对爆炸性危险区域分区。物质点燃特性丙烷乙烯氢气电火花MIE,uJ1806020温度AIT,466
3、(T1)425(T2)560(T1)7爆炸性危险物质分类中国将爆炸性危险物质分为三类：1.I类：矿井甲烷；2.II类：爆炸性气体混合物(含蒸汽、薄雾)；3.III类：爆炸性粉尘和纤维。北美将爆炸性危险物质分为三类(级)：1.CLASS I：爆炸性气体；2.CLASS II：爆炸性粉尘；3.CLASS III：纤维。8爆炸性危险气体分级最大试验安全间隙（MESG）或最小点燃电流（MIC）分级 典型气体中国IEC欧洲爆炸北美爆炸(GROUP)点燃特性甲烷ID难易丙烷IIA乙烯IIBC氢气IICB乙炔A9爆炸性危险气体分级引燃温度（AIT)分组 中国 IEC 欧洲标准北美标准气体易燃温度t()点燃特
4、性T1T1450难易T2T2450t300T2T2A300t280T2T2B280t260T2T2C260t230T2T2D230t215T3T3215t200T3T3A200t180T3T3B180t165T3T3C165t160T4T4160t135T4T4A135t120T5T5120t100T6T6100t8510爆炸性危险区域的划分规范依据爆炸性危险区域划分的主要标准依据1.GB50058-1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范;2.GB3836.14-2000 爆炸性气体环境用电设备 第14部分 危险场所分类;3.中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程(试行)1987年。爆炸
5、性危险区域主要以爆炸性危险物质出现的频繁程度和持续时间为划分依据11影响危险区域划分的主要因素区域划分时应考虑以下主要因素：1.存在危险物质的可能性；2.危险物质的释放量；3.危险物质的特性(气体的密度等)；4.环境条件(气压、温度、湿度以及通风情况等)；5.远离释放源的距离；6.危险物质泄漏监控设施设置情况；7.爆炸后果的严重性；12爆炸性危险区域的划分方式中国防爆标准和IEC爆炸一致，对于爆炸性气体危险场所划分为3个区域，即0区、1区和2区。定义如下：1.0区：在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地或长时间存在的场所；2.1区：在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所；3.2区：在正常
6、情况下，爆炸性气体混合物不可能出现，或即使出现也只是短时间存在的场所。对于粉尘场所，与爆炸性气体危险场所划分相对应同样划分为3个区域，即20、21和22区。13爆炸性危险区域划分标准对照表从定义可知，0(20)区是最危险的，相对而言2(22)区的危险程度最低。中国 IEC 欧洲标准北美标准危险程度0区(20区)Division 1高低1区(21区)2区(22区)Division 214爆炸性危险区域划分举例如图所示是典型的带有呼吸阀的露天油罐的危险区域划分示例。油罐内部为0区；一般以呼吸阀阀口半径再加3m为半径，此区域内为1区；在上述区域外3m为半径，此区域内为2区。l爆炸危险区域的划分属于设
7、计院的职责范围。15第二章电气设备防爆技术标准化现状电气设备防爆技术标准化现状16主要电气防爆技术（防爆型式）目前我国接受的主要电气防爆技术有：1、隔爆型(Exd)6、充砂型(Exq)2、本安型(Exia/Exib)7、n型(ExnA/nC/nL,nR,nZ)3、增安型(Exe)8、浇封型(Exm)4、正压型(Exp)9、气密型(Exh)(已归入n型)5、充油型(Exo)10、粉尘防爆(DIP)解决主要点燃源：由电气因素引起的电火花和热效应。非电气设备防爆技术在中国尚处于起步阶段（包括机械摩擦火花、静电火花和光辐射等）。17防爆电气设备的类、级、组按设备适用的环境，分为三类：I类：矿井用Min
8、ing IndustryII类：工厂用Surface IndustryIII类：爆炸性粉尘和纤维环境用II类设备分级分组：和爆炸性气体分级、分组相同。分级：分为A、B、C三级(仅指隔爆、本安设备)分组：分为T1T6六组。与爆炸性气体温度组别不同是指设备最高表面温度，且它的确定与防爆型式有关。I类和III类设备不分级分组，但III类设备分为A/B型设备。18防爆电气设备分类适用区域(IEC Zone)中国 IEC(Group)欧洲(Categary)I类(煤矿)M10M21-2II类(工厂气体)1G02G13G2III类(粉尘和纤维)1D202D213D22中国与欧洲防爆电气设备分类与危险区域关
9、系表19防爆电气设备分类适用区域(IEC Zone)中国 IEC(Group)IEC设备保护等级 EPLS(Equipment Protection LevelS)I类(煤矿)Ma很高0Mb高1-2II类(工厂气体)Ga很高0Gb高1Gc一般2III类(粉尘和纤维)Da很高20Db高21Dc一般22中国与IEC EPLS防爆电气设备分类与危险区域关系表20第三章电气设备防爆技术简介电气设备防爆技术简介21主要防爆技术隔爆型Exd设备依据标准：隔爆外壳定义：能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并能阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播的电气设备外壳(I区防爆技术)。允许危险气体进入隔爆外壳，
10、外壳内可能产生爆炸。但要求外壳必须具有足够的强度；且各外壳接合面必须具有足够长的啮合长度和足够小的间隙，以确保内部爆炸不会穿过隔爆接合面而导致外部环境爆炸。是间隙防爆技术，依靠间隙、啮合长度来达到降温、熄火效果。欧洲和北美的区别：“Flameproof”“Explosion-proof”。22主要防爆技术隔爆型Exd(续)强度设计：至少为参考压力的倍。通常IIB为1MPa，IIC为。隔爆接合面定义为阻止内部爆炸向外壳周围爆炸性气体混合物传播。隔爆外壳各个部件相对表面配合在一起的接合面，称为隔爆接合面。接合面结构形式与要求：平面接合面：表面粗糙度、啮合宽度、间隙圆筒接合面：表面粗糙度、啮合宽度、
11、间隙 止口接合面：表面粗糙度、啮合宽度、间隙螺纹接合面：啮合精度、啮合扣数、螺距大于防锈措施：电镀、磷化、涂防锈油、不准涂刷油漆。23主要防爆技术增安型Exe设备依据标准：定义：对在正常运行条件不会产生电弧或火花的电气设备采取进一步措施，提高其安全程度，防止电气设备产生危险温度、电弧和电火花的可能性的型式(I区防爆技术)。要求设备在正常工作和认可的过载条件下不会产生危险温度、电弧和危险温度。增安型技术是一种德国技术。原则上可以适用于1区场所，但国际间或行业间认可程度略有不同。24主要防爆技术增安型Exe(续)主要技术措施：接线端子放松、电气间隙/爬电距离、外壳防护等级、绕组绝缘、温度保护等。外
12、壳不要求具有承受内部爆炸的强度、但至少应能承受规定的机械冲击，且具有IP54的外壳防护等级。典型应用：接线盒、电磁线圈(阀)、照明灯具、变压器和无刷电机等。自动化仪表通常存在调零/调满度的电位器或选择开关，即认为正常情况下会产生电火花，因此一般不设计为Exe。25主要防爆技术本质安全型Exi设备依据标准：定义：在标准规定的条件(包括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(0/I区防爆技术)。是一种以抑止点火源能量为防爆手段的“安全”技术。要求设备在正常工作和故障状态下可能产生的电火花或热效应分别小于爆炸性危险气体的最小点燃能量和自燃温度。例
13、如：氢气19uJ 560。本安技术实际上是一种低功率设计技术。因此它能很好地适用于工业自动化仪表。26主要防爆技术本质安全型Exi(续)基本设计技术措施(电路与结构设计方面)：限制电压；限制电流；限制能量(含储能元件：电容和电感)；合理选择元器件额定参数、载流导线截面等；电路和结构的分隔措施。本安防爆的技术和商务特征：制造工艺简单、体积小、重量轻、造价低(开关回路1:4)；易于实现较高防爆级别的设计；可带电操作与维护；安全可靠性高；可有效避免人员触电伤亡事故发生；适用范围广(ia等级是唯一的0区技术)；简单设备只需满足通用要求，不需认证即可接入本安防爆系统。27主要防爆技术本质安全型Exi(续
14、)电气设备类型1.本质设备其内部所有电路都是本质安全电路的电气设备。2.关联设备装有本安电路和非本安电电路，且结构使非本安电路不能对本安电路产生不利影响的电气设备(关联设备一般安装在安全场所)。本质安全设备的类别1.Exia直至两个元件或其它类型的故障仍能保持防爆性能的设备。本质设备可安装在0区、1区、2区危险场所。本安关联设备可连接到0区、1区、2区危险场所。Exia本安设备是唯一可安装在0区的防爆电气设备。2.Exib直至一个元件或其它类型的故障仍能保持防爆性能的设备。本质设备可安装在1区、2区危险场所。本安关联设备可连接到1区、2区危险场所。28主要防爆技术本质安全型Exi(续)最小点燃
15、曲线的概念1.最小点燃电流：用标准电火花试验装置，在电阻和电感电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最小电流。2.最低点燃电压：用标准电火花试验装置，在电容电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最低电压。3.最小点燃曲线：最小点燃曲线包括最小点燃电流曲线和最低点燃电压曲线。它是通过大量电火花试验确定的点燃爆炸性气体混合物的临界值曲线。是设计人员设计本安电路的重要依据。国家标准附录A给出了这些曲线。29主要防爆技术本质安全型Exi(续)安全系数由于点燃曲线中给出的最小点燃电流(或电压)值是点燃临界值。不能直接使用。使用时，应考虑相应的安全系数。所谓安全系数是指最小点燃电流(或电压)与本安电路的设计电流(或电
16、压)相比的倍数。即最小点燃电流(或电压)/本安电路设计电流(或电压)。具体安全系数取值见下表：通常情况下，对于电感电路利用降低电流、电容电路降低电压、电阻电路降低电流或电压的方法达到规定的安全系数。设备故障ExiaExib正常工作1.51.5一个故障1.51.0两个故障1.0-30主要防爆技术本质安全型Exi(续)最小点燃曲线的应用 例1：找出一个与28V直流电源(蓄电池)相串联的限流电阻的最小值。使该电路适用于氢气危险场所。该电路属于IIC电阻性电路；考虑电源波动10%的因素,电源。取E=31V。查电阻性IIC最小点燃曲线附录A1曲线)可知，电源电压最小点燃电流为140mA。取安全系数，则允
17、许的最大电流最小点燃电流/安全系数70mA。由此可得出与28V直流电源串联的最小电阻值R=28V/70mA400考虑电阻器允许误差精度为5，限流电阻的阻值至少为420。31主要防爆技术正压型Exp设备依据标准：定义：用保持外壳内部气体的压力高于周围爆炸性环境的压力，以阻止外部爆炸性气体进入的外壳。现行标准所指的正压技术(I区防爆技术)即通过换气使外壳内部的1区爆炸性环境置换为“安全区域”，并通过保持适当正压，使周围危险气体不能进入外壳。这样未经防爆设计和认可的普通电气设备可安全地安装在外壳内。正压外壳分为“正压通风”、“正压补偿”和“静态正压”三种。是一种较为复杂的防爆技术，但有时是唯一的技术
18、。32主要防爆技术正压型Exp(续)主要技术措施：用空气或惰性气体换气。换气时间满足试验测定时间；用压力检测控制器监控内部压力，当压力高于设计规定值(50Pa)时，外壳内部电气设备自动得电；主电源与压力互锁联动，当压力低于规定值时就切断主电源；监控设备通常需要采用其他防爆技术。典型应用：控制柜、仪表盘、分析仪器、正压小屋等。注意：换气取风口和出风口的安全(在危险区内，取风口高于地面9m或爆炸危险区以上)。最新IEC标准规定的主要型式有3种：px：将正压外壳内的危险等级从1区降到非危险区域py：将正压外壳内的危险等级从1区降到2区pz：将正压外壳内的危险等级从2区降到非危险区域33主要防爆技术浇
19、封型Exm设备依据标准：是一种较新的隔离防爆技术(I区防爆技术)。将电火花用环氧树脂封装起来。在没有形成专门标准前，将这种技术称为特殊型(Exs)。典型应用：电子组件单元(电子整流器)、线圈部件、超声波探头等产品。可用作对本安技术的补充措施。如降低功率元件温升、结构间距保护等。浇封材料必须具有较好的热稳定性。浇封表面不应出现裂痕、龟裂等现象。34主要防爆技术充砂型Exq设备依据标准：(I区防爆技术)。字母“q”表示“quarz石英砂”。原理：危险气体可能与电火花接触并产生爆炸，但足够的石英砂厚度能阻止爆炸传播到周围环境。适用于各种电子部件，如启辉器等。采用石英砂保护可能产生电火花的设备或部件。
20、35主要防爆技术充油型Exo设备依据标准：(I区防爆技术)。字母“o”表示“oil油”。原理：通过充油的方法，防止设备可能产生的电火花与可燃性气体环境的接触。允许电气设备存在移动触头、电弧、电火花或危险温度。适用于大电流开关装置、变压器等产品。36第四章防爆电气设备工程实践要求防爆电气设备工程实践要求37防爆电气设备选型原则安全可靠性原则：设备的类、级、组别应与使用的爆炸性环境相适应。经济性原则：设备选型不必高选。对于同等级别的产品应考虑价格、寿命、可靠性、运行费用、耗能、备件的可获得性等因素。环境适应性原则：在同等条件下，应选结构简单、重量轻的产品；必要时还应考虑系统运行要求，如连续的自动化
21、系统应优先选用本质安全型产品。附加要求：1.0区场所只选用Exia产品，必要时可考虑双重防爆产品；2.1区场所不宜选用壳体内经常会形成点燃源的设备和高压设备；3.1区场所不宜用温升不稳定的设备，必须时应选Exd/Exp设备。38防爆型式和区域的关系防爆型式防爆型式符号允许使用的区域本质安全型“ia”Exia0认证为0区的特殊型Exs隔爆型Exd1本质安全型“ib”Exib增安型Exe正压型Exp充油型Exo充砂型Exq浇封型Exm气密型Exh无火花型Exn239防爆电气设备的选择在选择防爆电气设备前，我们必须首先了解设备使用场所的危险介质及其所处的区域。然后，依次确定设备的防爆型式、类别、级别
22、和温度组别。1.依据区域选择防爆型式0区：Exia1区：Exia/ib,Exd,Exp,Exq,Exo,Exe,Exm2区：Exn和适用于1区的设备2.依据存在危险气体所属的类别与级别选择设备的类别与级别。查附表 假如介质属于IIA，选IIA、IIB或IIC类设备；假如介质属于IIB，选IIB或IIC类设备;假如介质属于IIC，选IIC类设备。40防爆电气设备的选择(续)3.依据危险气体温度组别确定设备温度组别。查附表。特别注意：a）涉及多种爆炸性危险气体时，应按较高的等级选用电气设 备。如对于同时存在氢气(IIC,T1)和乙醛(IIA,T4)的爆炸危险 场所，至少应选择IIC,T4的电气设备
23、。b）对于爆炸性粉尘环境设备的选择方法与气体环境设备选型 原则相同。c）严禁将气体环境用电气设备用于粉尘环境。d）可能产生的主要问题有：温升、外壳防护等级。气体组别设备组别T1T1T6T2T2T6T3T3T6T4T4T6T5T5T6T6T641防爆电气设备安装基本要求电气设备的配电1.进入爆炸危险场所的电源应采用3相5线制，即零线和地线分开；2.如果是3相4线制，则应在安全场所首先转化为3相5线制；3.保护地线的接地电阻应满足有关标准要求。电气设备的接地1.处于爆炸危险场所的电气设备外壳应与接地系统可靠连接；2.电气设备的内接地端子应与电缆中专门配置的地线相连；3.如果设备是安装在接地的金属构
24、架上，或者设备采用接地良好的导管布线方式安装，则可视作已有外接地；4.不能用输送可燃气体或液体的管道作为接地线。其他要求1.电气设备的供电应设置适当的保护装置，以避免设备因过载、短路、断路或接地故障产生有害影响。例如，增安型鼠笼电动机应配置反时限保护装置。42防爆电气系统的配线要求0区：只允许敷设本质安全电缆系统，并应考虑浪涌保护和防雷措施。1区和2区：可采用电缆配线系统，也可采用电线管配线系统。1.电缆配线系统a）对于固定式设备允许使用塑料护套、橡胶护套或矿物绝缘护套电缆；b）对于移动式设备必须使用重型(加厚)橡胶护套电缆，导线面积最小1mm2。2.电线管(保护)配线系统必须防止直接将电线管
25、用作压紧螺母a）电线管中允许使用绝缘单芯电缆或多芯电缆；b）电线管中电缆的总面积(含绝缘层)应不超过电线管截面积的40；c）电线管进入或离开爆炸危险区域交界的地方必须按要求配置密封附件，并作堵封处理。注意：采用地沟或桥架敷设的电缆或电线管应靠近危险侧较低的一侧或远离释放源。即当危险介质比重比空气重时，电气布线应在上侧，否则应在下侧。43常用防爆电气设备的安装要求（1）隔爆型电气设备的安装要求隔爆面应涂防锈油，不允许涂油漆或胶；隔爆型电气设备电缆引入装置的橡胶密封圈的内径应与引入电缆外径相适应，并用原配压紧螺母或压盘充分压紧，不能直接用钢管或挠线管压紧密封圈；冗余电缆引入口应用符合标准规定的盲垫
26、进行堵封；隔爆面紧固件应设弹簧垫圈，并充分拧紧；用于外部导线或电缆接线的接线盒的电气间隙和爬电距离应满足标准规定要求；特别注意北美进口的防爆电气设备电缆引入口的处理。44常用防爆电气设备的安装要求(续)（2）增安型电气设备的安装要求增安型电气设备引入电缆或导线应与连接件可靠连接，并满足电气间隙和爬电距离的要求；电缆引入装置内的橡胶密封圈应用压紧螺母或压盘充分压紧；冗余电缆引入口应用符合标准规定的盲垫进行堵封；增安型电动机应配备过载反时限保护装置，保证电动机堵转时在电动机铭牌规定的时间内断开电源；完成安装后的增安型电气设备的外壳防护等级应满足IP54要求。45常用防爆电气设备的安装要求(续)（3
27、）本安型电气设备的安装要求没有采取特别保护措施的关联电气设备必须安装在安全场所；关联电气设备的供电电源不应超过铭牌规定的最高允许电压；关联电气设备与本安电气设备间连接电缆的分布电容和电感应满足产品说明书的要求；关联电气设备应按规定要求接地(如齐纳安全栅接地应设两根接地线，且接地电阻应小于1欧姆)；本安电路的电缆应与其他电路分开走线；连接电缆或导线的截面应满足规定要求，并满足500V绝缘要求；不同本安回路的连接电缆或导线应采取屏蔽措施，屏蔽层应在安全场所接地。46常用防爆电气设备的安装要求(续)（4）浇封型电气设备的安装要求浇封型电气设备的供电电源的配置应满足说明书的规定要求，电源的预期断路电流
28、应满足产品铭牌的规定要求；产品的使用应遵守产品说明书规定的其他相关要求(如对于环境温度、湿度、介质、阳光照射等的限制条件)；浇封型电气设备连接电缆的延伸必须采用防爆接线盒过渡连接；查看产品型号末尾有无“X”，如有则说明有特殊使用说明，应严格按说明书的要求使用。47防爆电气设备常见安装问题1.接线盒不装压紧密封圈、平垫和压紧螺母，直接用电线管旋入(电缆引入处的螺纹一般为直螺纹，而旋入的电线管螺纹为带锥度的管螺纹，两者不配合。对于Exd产品达不到隔爆要求，对于Exe产品通常达不到IP54的外壳防护等级)；2.进口电气设备未经国内认证，且安装不符合中国国家安装规范要求；3.一个电缆引入口穿多根电缆或
29、电缆和导线的混合，或电缆护套外径尺寸与密封圈不匹配(不满足1mm要求)；4.冗余电缆引入口没有按规定使用金属堵板封堵，有的密封圈堵板和平垫圈的相对位置不对；5.户外用电气设备不满足IP54的基本(环境适应性)要求，设备进水现象严重；6.接线盒内部电气间隙和爬电距离不满足产品规定的使用要求，有的丢弃原配的接线端子，直接采用绞接；7.危险区域内电源的中性线N和地线PE没有严格分开；8.不同区域界面没有有效隔离；48防爆电气设备常见安装问题(续)9.本安与非本安电路没有分开走线；现场设备采用了本安设备，但控制室没有配安全栅；组成系统的设备不满足参数匹配要求(未经回路安全评定)；安全栅布置不能满足本安
30、与非本安电路分开走线的要求；不合理的设计：隔爆型仪表，控制室一侧配安全栅；10.不带电的金属裸露导体(如电缆布线的电气设备外壳)没有可靠接地；11.设备选型方面存在误区：氢气爆炸性危险场所以实际使用量较少为理由采用IIB级防爆电气设备，没有按规定采用IIC级防爆电气；12.照明灯具与接线盒之间的接管没有采用原装配件，致使连接结构不满足电缆引入要求；13.部分电气设备不具备整机防爆合格证书。如风机、排风扇等；14.在爆炸性粉尘危险场所选用气体环境用防爆电气设备；15.采用本安防爆技术消防设施系统中配置的齐纳安全栅没有可靠接地。49电气整机防爆1.“电气整机防爆”是指对设备制造、工程设计、安装使用和维修等各方面安全工作的全面要求；2.在我国爆炸危险场所中的电气设备和线路存在诸多不防爆环节：如主机防爆、附件不防爆、仪表不防爆；同类设备一部分防爆、另一部分不防爆；防爆设备型号不全，系统配置不合理；备件不配套及施工存在问题等，都是不满足“电气整机防爆”要求的表现；3.“电气整机防爆”概念最先由中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程针对我国在防爆电气设备应用中存在的上述实际现状而提出的，其目的是为了消除爆炸危险场所设施的危险因素；4.因此，防爆电气设备的设计、生产、检验、安装、使用和维护各环节的相关方必须基于“电气整机防爆”要求各司其职。