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1、矿山电工学矿山电工学主讲：唐轶主讲：唐轶上页上页下页下页目录目录第四章第四章 矿山电气设备及其选择矿山电气设备及其选择 p第一节第一节 电气设备中的电弧问题及对开关的要求电气设备中的电弧问题及对开关的要求p第二节第二节 矿用电气设备的防爆原理矿用电气设备的防爆原理p第三节第三节 矿井高压供电设备及其选择矿井高压供电设备及其选择p第四节第四节 井下低压配电设备及其选择井下低压配电设备及其选择p第五节第五节 矿用电缆及其选择矿用电缆及其选择2上页上页下页下页目录目录第一节第一节 电气设备的电弧问题及对开关要求电气设备的电弧问题及对开关要求 一、电弧的特点一、电弧的特点（1）能量集中，温度高。）能量
2、集中，温度高。电电弧弧中中心心温温度度高高达达10000以以上上，电电弧弧表表面面温温度度也也可可达达30004000以上。以上。电弧高温造成触头表面金属的融化或烧蚀。电弧高温造成触头表面金属的融化或烧蚀。烧毁电气设备和导线电缆，引起火灾和爆炸事故。烧毁电气设备和导线电缆，引起火灾和爆炸事故。强烈的弧光可能损伤人的视力，严重的可致人失明。强烈的弧光可能损伤人的视力，严重的可致人失明。（2）电电弧弧是是束束游游离离的的气气体体，质质轻轻易易变变形形。在在油油流流、气气流流及及电电磁磁等等外外力力作作用用下下迅迅速速发发生生变变形形、移移动动与与伸伸长长，在在强强磁磁场场作作用下速度可达用下速度可
3、达300m/s。（3）电电弧弧一一旦旦产产生生，只只需需很很低低电电压压即即可可维维持持其其继继续续燃燃烧烧而而不会熄灭。不会熄灭。3上页上页下页下页目录目录1 1产生电弧的根本原因产生电弧的根本原因p 开关触头在分断电流时会产生电弧，根本的原因在于开关触头在分断电流时会产生电弧，根本的原因在于触触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。当分。当分断的触头之间存在足够大的外施电压的条件下，这些电子就断的触头之间存在足够大的外施电压的条件下，这些电子就有可能强烈电离而产生电弧。有可能强烈电离而产生电弧。4上页上页下页下页目录目录2 2产生电弧
4、的游离方式产生电弧的游离方式（1）热热电电发发射射 当当开开关关触触头头分分断断电电流流时时，阴阴极极表表面面由由于于大大电电流流逐逐渐渐收收缩缩集集中中而而出出现现炽炽热热的的光光斑斑，温温度度很很高高，因因而而使使触触头头表表面面分分子子中中外外层层电电子子吸吸收足够的热能而发射到触头的间隙中去，形成自由电子。收足够的热能而发射到触头的间隙中去，形成自由电子。（2）高高电电场场发发射射 开开关关触触头头分分断断之之初初，电电场场强强度度很很大大，高高电电场场作作用用下下，触头表面的电子可能被强拉出来，使之进入触头间隙，也形成自由电子。触头表面的电子可能被强拉出来，使之进入触头间隙，也形成自
5、由电子。（3）碰碰撞撞游游离离 当当触触头头间间隙隙存存在在着着足足够够大大的的电电场场强强度度时时，其其中中的的自自由由电电子子以以相相当当大大的的动动能能向向阳阳极极移移动动。在在高高速速移移动动中中碰碰撞撞到到中中性性质质点点，就就可可能能使使中中性性质质点点中中的的电电子子游游离离出出来来，从从而而使使中中性性质质点点变变为为带带电电的的正正离离子子和和自自由由电电子子。这这些些被被碰碰撞撞游游离离出出来来的的带带电电质质点点在在电电场场力力的的作作用用下下，继继续续参参加加碰碰撞撞游游离离，结结果果使使触触头头间间介介质质中中的的离离子子数数越越来来越越多多，形形成成“雪雪崩崩”现现
6、象象。当离子浓度足够大时，介质击穿而发生电弧。当离子浓度足够大时，介质击穿而发生电弧。（4）高高温温游游离离 电电弧弧的的温温度度很很高高，表表面面温温度度达达30004000，弧弧心心温温度度可可高高达达10000。在在这这样样的的高高温温下下，电电弧弧中中的的中中性性质质点点可可游游离离为为正正离离子子和和自自由由电电子子（据据研研究究，一一般般气气体体在在900010000时时发发生生游游离离，而而金金属属蒸蒸气气在在4000左左右右即即发发生生游游离离），从从而而进进一一步步加加强强了了电电弧弧中中的的游游离离。触触头头越分开，电弧越大，高温游离也越显著。越分开，电弧越大，高温游离也越
7、显著。以以上上几几种种游游离离方方式式的的综综合合作作用用使使触触头头在在带带电电开开断断时时产产生生的的电电弧弧得得以以维维持。持。5上页上页下页下页目录目录三、电弧的熄灭三、电弧的熄灭1电弧熄灭的条件电弧熄灭的条件 使使触触头头间间电电弧弧中中的的去去游游离离率率大大于于游游离离率率，即即其其中中离离子子消消失失的的速速率大于离子产生的速率。率大于离子产生的速率。2电弧熄灭的去游离方式电弧熄灭的去游离方式（1）正正负负带带电电质质点点的的“复复合合”复复合合就就是是正正负负带带电电质质点点重重新新结结合合为为中中性性质质点点。这这与与电电弧弧中中的的电电场场强强度度、电电弧弧温温度度及及电
8、电弧弧截截面面等等因因素素有有关关。电电弧弧中中的的电电场场强强度度越越弱弱，电电弧弧的的温温度度越越低低，电电弧弧的的截截面面越越小小，则则带带电电质质点点的的复复合合越越强强。此此外外，复复合合与与电电弧弧所所接接触触的的介介质质性性质质也也有有关关系系。如如果果电电弧弧接接触触的的表表面面为为固固体体介介质质，则则由由于于较较活活泼泼的的电电子子先先使使介介质质表表面面带带一一负负电电位位，带带负负电电位位的的介介质质表表面面就就吸吸引引电电弧中的正离子而造成强烈的复合。弧中的正离子而造成强烈的复合。（2）正正负负带带电电质质点点的的“扩扩散散”扩扩散散就就是是电电弧弧中中的的带带电电质
9、质点点向向周周围围介介质质中中扩扩散散开开去去，从从而而使使电电弧弧中中的的带带电电质质点点减减少少。扩扩散散的的原原因因，一一是是由由于于电电弧弧与与周周围围介介质质的的温温度度差差，另另一一是是由由于于电电弧弧与与周周围围介介质质的的离离子子浓浓度度差差。扩扩散散也也与与电电弧弧截截面面有有关关。电电弧弧截截面面越越小小，离离子子扩扩散也越强。散也越强。p 上上述述带带电电质质点点的的复复合合与与扩扩散散，都都会会使使电电弧弧中中的的离离子子数数减减少少，使使去游离增强，从而有助于电弧的熄灭。去游离增强，从而有助于电弧的熄灭。6上页上页下页下页目录目录3 3交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭p
10、由由于于交交流流电电流流每每半半个个周周期期要要经经过过零零值值一一次次，而而电电流流过过零零时时，电电弧弧将将暂暂时时熄熄灭灭，所所以以交交流流电电弧弧每每一一个个周周期期（2电电角角度度）要要暂暂时时熄熄灭灭两两次次，如如图图4-1所所示示。电电弧弧熄熄灭灭的的瞬瞬间间，弧弧隙隙温温度度骤骤降降，高高温温游游离离终终止止，去去游游离离（主主要要是是复复合合）大大大大增增强强。这这时时弧弧隙隙虽虽然然处处于于游游离离状状态态，但但是是阴阴极极附附近近空空间间差差不不多多立立刻刻获获得得很很高高的的绝绝缘缘强强度度。随随后后弧弧隙隙的的电电场场强强度度又又可可能能使使之之击击穿穿，使使电电弧弧
11、复复燃燃。但但是是由由于于触触头头的的迅迅速速断断开开，电电场场强强度度的的迅迅速速降降低低，一一般般交交流流电电弧弧经经过过若若干干周周期期的的熄熄灭灭、复复燃燃的的反反复复，最最终终完完全全熄熄灭灭。因因此此交交流流电电弧弧的的熄熄灭灭，可可利利用用交交流流电电流流过过零零时时电电弧弧要要暂暂时时熄熄灭灭这这一一特特性性，来来加加速速电电弧弧的的熄熄灭灭。低低压压开开关关的的交交流流电电弧弧显显然然是是比比较较容容易易熄熄灭灭的的。具具有有较较完完善善灭灭弧弧结结构构的的高高压压断断路路器器，交交流流电电弧弧的的熄熄灭灭一一般般为为几几个个周周期期；而而真真空空断断路路器器灭灭弧弧只只需需
12、半半个个周周期期，即即电电流流第第一一次次过过零零时时就就能能使使电电弧弧熄熄灭。灭。7上页上页下页下页目录目录图图4-1 4-1 开关断开交流电流是电压和电流的变化曲线开关断开交流电流是电压和电流的变化曲线8上页上页下页下页目录目录4 4开关电器中常用的灭弧方法开关电器中常用的灭弧方法p（1 1）速拉灭弧法）速拉灭弧法p（2 2）冷却灭弧法）冷却灭弧法p（3 3）吹弧灭弧法）吹弧灭弧法p（4 4）长弧切短灭弧法）长弧切短灭弧法p（5 5）粗弧分细灭弧法）粗弧分细灭弧法 p（6 6）狭沟灭弧法）狭沟灭弧法p（7 7）真空灭弧法）真空灭弧法 p（8 8）六氟化硫（）六氟化硫（SFSF6 6）灭弧
13、法）灭弧法9上页上页下页下页目录目录四四.对电气触头的基本要求对电气触头的基本要求为保证开关电器可靠工作，触头必须满足下列基本要求：为保证开关电器可靠工作，触头必须满足下列基本要求：p（1 1）满足正常负荷的发热要求）满足正常负荷的发热要求 p（2 2）具有足够的机械强度）具有足够的机械强度 p（3 3）具有足够的动稳定度和热稳定度）具有足够的动稳定度和热稳定度 p（4 4）具有足够的断流能力）具有足够的断流能力 10上页上页下页下页目录目录第二节第二节 矿用电气设备的防爆原理矿用电气设备的防爆原理一、煤矿井下的环境特点及对矿用电气设备的要求一、煤矿井下的环境特点及对矿用电气设备的要求1井井下
14、下有有瓦瓦斯斯、煤煤尘尘等等易易爆爆环环境境下下矿矿用用电电气气设设备备必必须须具具有有防防爆性能爆性能。2电电气气设设备备应应尽尽可可能能体体积积小小、重重量量轻轻，以以便便运运输输、安安装装、移移动。动。3电电气气设设备备应应有有坚坚固固的的外外壳壳，加加强强绝绝缘缘及及防防护护，有有较较强强的的抗抗震能力震能力。4要求电气设备要求电气设备防潮性能好，较高的绝缘水平防潮性能好，较高的绝缘水平。5.电气设备应电气设备应尽量选择铜材作导体，并采用较高的绝缘等级尽量选择铜材作导体，并采用较高的绝缘等级。6.要求电机等拖动设备要求电机等拖动设备有较大的启动力矩和较强的抗过载能力有较大的启动力矩和较
15、强的抗过载能力。7.煤煤矿矿井井下下供供电电系系统统及及设设备备必必须须采采用用各各种种预预防防措措施施，同同时时设设置置完善的保护系统。完善的保护系统。11上页上页下页下页目录目录二、瓦斯、煤尘爆炸条件分析二、瓦斯、煤尘爆炸条件分析 p瓦瓦斯斯浓浓度度（即即在在空空气气中中的的含含量量）达达到到5%16%，遇遇到到温温度度达达650750的的点点火火源源，如如明明火火、灼灼热热导导体体、电电火火花花等等，就就可可能能发发生生爆爆炸炸。最最容容易易引引爆爆的的瓦瓦斯斯浓浓度度是是8.5%，爆爆炸炸压压力力最最大大的的瓦瓦斯斯浓浓度度是是9.5%；当当瓦瓦斯斯浓浓度度低低于于5%时时，遇遇火火不
16、不爆爆炸炸，但但能能在在火火焰焰外外围围形形成成燃燃烧烧层层；瓦瓦斯斯浓浓度度在在16%以以上上时时，失失去去其其爆爆炸炸性性，但但在在空空气气中遇火仍会燃烧。中遇火仍会燃烧。p煤煤尘尘的的粒粒度度在在1m1mm范范围围内内，挥挥发发分分指指数数（即即煤煤尘尘中中所所含含挥挥发发物物的的相相对对比比例例）超超过过10%，其其在在空空气气中中的的悬悬浮浮含含量量达达到到302000g/m3时时，便便具具有有爆爆炸炸性性，浓浓度度在在300400g/m3时时爆爆炸炸力力最最强强。煤煤尘尘引引燃燃温温度度在在6101050之之间间，一一般般为为700800。引引燃燃温温度越高，越容易引起爆炸。度越高
17、，越容易引起爆炸。12上页上页下页下页目录目录瓦斯、煤尘爆炸条件瓦斯、煤尘爆炸条件矿井发生瓦斯、煤尘爆炸必须矿井发生瓦斯、煤尘爆炸必须同时具备以下同时具备以下2 2个条件个条件：p（1 1）瓦斯、煤尘浓度在爆炸浓度范围之内。）瓦斯、煤尘浓度在爆炸浓度范围之内。p（2 2）存在足够高温度的点火源。如明火、高热导体、电火花等。）存在足够高温度的点火源。如明火、高热导体、电火花等。当瓦斯中含有煤尘时，会使爆炸浓度的下限降低。当瓦斯中含有煤尘时，会使爆炸浓度的下限降低。瓦斯瓦斯浓浓度下限度下限/%0.51.42.53.54.5煤煤尘浓尘浓度下限度下限/（g/m3）34.526.415.56.10.41
18、3上页上页下页下页目录目录引爆延迟时间引爆延迟时间p瓦斯煤尘从接触点火源引起发生化学反应到发生爆炸要经瓦斯煤尘从接触点火源引起发生化学反应到发生爆炸要经过一个很短的时间，这种现象称为引爆延迟现象，该时间称过一个很短的时间，这种现象称为引爆延迟现象，该时间称为引爆延迟时间（也称瓦斯爆炸的感应期）。为引爆延迟时间（也称瓦斯爆炸的感应期）。引爆延迟时间随点燃温度的升高而缩短，随瓦斯煤尘的引爆延迟时间随点燃温度的升高而缩短，随瓦斯煤尘的浓度的降低而增大浓度的降低而增大，一般不超过几秒。，一般不超过几秒。p引爆延迟时间虽然短暂，但对指导煤矿安全生产却有着十引爆延迟时间虽然短暂，但对指导煤矿安全生产却有着
19、十分重要的意义。在设计制造矿用电气设备时，分重要的意义。在设计制造矿用电气设备时，常用点燃温度常用点燃温度来确定电气设备及导电体的最高允许温度，而利用引爆延迟来确定电气设备及导电体的最高允许温度，而利用引爆延迟时间来确定快速保护的动作时间时间来确定快速保护的动作时间，实现在引起爆炸前切断点，实现在引起爆炸前切断点火源。火源。14上页上页下页下页目录目录三、防止瓦斯煤尘爆炸的预防措施三、防止瓦斯煤尘爆炸的预防措施（1 1）严格控制瓦斯和煤尘的浓度在规定浓度以下。）严格控制瓦斯和煤尘的浓度在规定浓度以下。（2 2）采取一切措施杜绝井下高温火源的产生。）采取一切措施杜绝井下高温火源的产生。（3 3）
20、设置完善的井下供电保护系统。）设置完善的井下供电保护系统。（4 4）加强技术管理，强化安全意识。）加强技术管理，强化安全意识。15上页上页下页下页目录目录四、矿用电气设备的类型与防爆原理四、矿用电气设备的类型与防爆原理p矿用电气设备分为矿用一般型和矿用防爆型矿用电气设备分为矿用一般型和矿用防爆型1矿用一般型电气设备矿用一般型电气设备 只能用于井下无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所只能用于井下无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所，如低沼气，如低沼气矿井的井底车场、主进风巷道及井下中央变电所等区域可以矿井的井底车场、主进风巷道及井下中央变电所等区域可以选用矿用一般型电气设备。在其外壳的明显处，均有清晰的选用矿用一般
21、型电气设备。在其外壳的明显处，均有清晰的永久性金属凸纹红色永久性金属凸纹红色标志标志“KY”。矿用一般型电气设备具有坚固的外壳，能够防止任何人矿用一般型电气设备具有坚固的外壳，能够防止任何人员从外部直接接触带电体；员从外部直接接触带电体；有良好的封闭性，满足防水、防潮、防外物的要求；有良好的封闭性，满足防水、防潮、防外物的要求；有电缆引入装置，引入电缆的接线端子有足够的空气间有电缆引入装置，引入电缆的接线端子有足够的空气间隙和漏电距离的要求，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；隙和漏电距离的要求，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖之间有机械闭锁，有内外接地螺栓，并开关手柄和门盖之间有机械闭
22、锁，有内外接地螺栓，并标有接地符号。标有接地符号。16上页上页下页下页目录目录2 2矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备2矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备 防爆型电气设备是指采取了特别的防爆措施，可以在爆炸危防爆型电气设备是指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电气设备。险环境场所正常安全使用的电气设备。其按使用环境的不同分为两类：其按使用环境的不同分为两类：p I类：煤矿井下用防爆电气设备。能在井下有瓦斯、煤尘爆炸类：煤矿井下用防爆电气设备。能在井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所使用。危险的场所使用。p II类：工厂用防爆电气设备。适用于有各种爆炸性气体或可类：工厂用防
23、爆电气设备。适用于有各种爆炸性气体或可燃物的化工厂、石油开采、石油炼制、舰船等场所使用。燃物的化工厂、石油开采、石油炼制、舰船等场所使用。防爆电气设备的总标志为防爆电气设备的总标志为“Ex”。将不同防爆电气设备的类。将不同防爆电气设备的类型、类别、级别和组别连同防爆设备的总标志型、类别、级别和组别连同防爆设备的总标志“Ex”一起，构成一起，构成防爆标志。要求在电气设备外壳的明显处，设有清晰的永久性金防爆标志。要求在电气设备外壳的明显处，设有清晰的永久性金属凸纹红色防爆标志，如属凸纹红色防爆标志，如“Exd I”。17上页上页下页下页目录目录2 2矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备p国国家家标
24、标准准GB3836-2000将将防防爆爆电电气气设设备备按按防防爆爆结结构构的的不不同同分分为为10种基本类型：种基本类型：（1）隔隔爆爆型型电电气气设设备备（d-类类型型代代号号）。它它是是一一种种具具有有隔隔爆爆外外壳壳的的电电气气设设备备。该该外外壳壳既既能能承承受受其其内内部部爆爆炸炸性性气气体体混混合合物物的的爆爆炸炸压压力力，又能防止爆炸产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物。又能防止爆炸产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物。（2）增增安安型型电电气气设设备备（e）。对对正正常常运运行行时时不不会会产产生生电电弧弧、火火花花或或危危险险高高温温的的电电气气设设备备，采采取
25、取加加大大绝绝缘缘、增增大大电电气气间间隙隙和和漏漏电电距距离离等等方方式式，进进一一步步提提高高安安全全程程度度，防防止止内内部部发发生生短短路路及及接接地地故故障障，并严格控制外壳的表面温度，以达到防爆的目的的设备。并严格控制外壳的表面温度，以达到防爆的目的的设备。（3）本本质质安安全全型型电电气气设设备备（i）。全全部部电电路路均均为为本本质质安安全全电电路路的的电电气气设设备备。采采用用IEC76-3火火花花试试验验装装置置，在在正正常常工工作作或或规规定定的的故故障障状状态下产生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物。态下产生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物。18上页上页下页下页目
26、录目录2 2矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备（4）正正压压型型电电气气设设备备（p）。将将新新鲜鲜空空气气或或惰惰性性气气体体充充入入密密封封具具有有正正压压外外壳壳的的电电气气设设备备外外壳壳内内部部，并并保保持持一一定定的的正正压压，以以阻阻止止设设备备外外部部的的爆爆炸炸性性混混合合物物进进入入外外壳壳内内部部，使使点点火火源源与与周周围围的的爆爆炸炸性性混合物隔离，达到防爆目的。混合物隔离，达到防爆目的。（5）充充油油型型电电气气设设备备（o）。将将可可能能产产生生火火花花、电电弧弧或或危危险险高高温温的的带带电电部部件件浸浸在在变变压压器器油油（绝绝缘缘油油）中中，使使之之不不与
27、与油油面面上上爆爆炸炸性性混混合合物物相相接接触触，电电弧弧或或火火花花在在油油中中被被冷冷却却熄熄灭灭，不不致致引引燃燃油油面面上上的爆炸性混合物，达到防爆目的。的爆炸性混合物，达到防爆目的。（6）充充砂砂型型电电气气设设备备（q）。外外壳壳内内充充填填砂砂粒粒材材料料，使使之之在在规规定定的的使使用用条条件件下下壳壳内内产产生生的的电电弧弧、传传播播的的火火焰焰、外外壳壳壁壁或或砂砂粒粒材材料料表面的过热，均不能点然周围爆炸性混合物的电气设备。表面的过热，均不能点然周围爆炸性混合物的电气设备。19上页上页下页下页目录目录2 2矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备（7）浇浇封封型型电电气气设
28、设备备（m）。整整台台设设备备或或其其中中部部分分浇浇封封在在浇浇封封剂剂中中，在在正正常常运运行行和和认认可可的的过过载载或或认认可可的的故故障障下下，不不能能点点燃燃周周围围的的爆炸性混合物的电气设备。爆炸性混合物的电气设备。（8）无无火火花花型型电电气气设设备备（n）。在在正正常常运运行行条条件件下下，不不会会点点燃燃周周围爆炸性混合物，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备。围爆炸性混合物，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备。（9）气气密密型型电电气气设设备备（h）。具具有有气气密密封封外外壳壳的的电电气气设设备备。气气密密封封外外壳壳是是用用熔熔化化挤挤压压或或胶胶粘粘的的方
29、方法法进进行行密密封封的的外外壳壳。这这种种外外壳壳能能防止壳外气体进入壳内。防止壳外气体进入壳内。（10）特特殊殊型型电电气气设设备备（s）。是是指指采采用用的的防防爆爆措措施施不不为为上上述述9种种基基本本防防爆爆类类型型所所包包括括，但但经经过过防防爆爆检检验验证证明明确确实实具具有有防防爆爆性性能能的的电电气气设设备备。这这种种特特殊殊的的防防爆爆电电气气设设备备，是是使使点点火火源源与与爆爆炸炸性性气气体体混混合合物物进进行行了了隔隔离离，即即正正常常或或故故障障时时产产生生的的危危险险因因素素，不不与与爆爆炸炸性混合物直接接触，一般采用网罩隔爆结构或微孔隔爆结构。性混合物直接接触，
30、一般采用网罩隔爆结构或微孔隔爆结构。20上页上页下页下页目录目录五、矿用隔爆型（五、矿用隔爆型（Exd IExd I）电气设备）电气设备 p矿矿用用隔隔爆爆电电气气设设备备的的隔隔爆爆外外壳壳利利用用了了间间隙隙防防爆爆原原理理设设计计制制造造，具具有有足足够够的的机机械械强强度度，能能耐耐受受内内部部爆爆炸炸性性混混合合物物可可能能产产生生的的最最大大压压力力，并并通通过过严严格格控控制制结结合合面面的的间间隙隙、宽宽度度及及加加工工光光洁洁度度，使使电电气气设设备备外外壳壳内内部部发发生生的的电电火火花花及及爆爆炸炸不不致致引引燃燃外外部部爆爆炸炸性性混混合合物物。即即要求隔爆外壳要有耐爆
31、性和隔爆性能要求隔爆外壳要有耐爆性和隔爆性能。p耐耐爆爆性性也也称称为为爆爆炸炸稳稳定定性性，即即外外壳壳要要有有足足够够的的机机械械强强度度，在在外外壳壳内内爆爆炸炸性性混混合合物物的的爆爆炸炸压压力力作作用用下下，外外壳壳不不致致于于被被破破坏坏，因因而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。爆炸所产生的火焰不能直接去点燃壳外的爆炸性混合物。试试验验证证明明，当当爆爆炸炸性性混混合合物物爆爆炸炸时时，外外壳壳内内产产生生的的最最大大压压力力为为0.73MPa，设设备备外外壳壳净净容容积积不不同同，所所产产生生的的最最大大压压力力也也不不同同，一一般般都都比比此此值值小小。所所以
32、以，必必须须根根据据净净容容积积的的大大小小来来确确定定电电气气设设备备外外壳的机械强度。隔爆外壳的机械强度要求见表壳的机械强度。隔爆外壳的机械强度要求见表4-2。21上页上页下页下页目录目录外壳外壳净净容容积积/L应应受受净压净压力力/MPa0.5以下以下0.30.520.62以上以上0.8表4-2 隔爆外壳的机械强度要求22上页上页下页下页目录目录五、矿用隔爆型（五、矿用隔爆型（Exd IExd I）电气设备）电气设备p设计隔爆外壳时，应尽量避免具有多个连通空腔的结构，设计隔爆外壳时，应尽量避免具有多个连通空腔的结构，这种结构由于爆炸有先后之分而极易产生压力叠加现象，使这种结构由于爆炸有先
33、后之分而极易产生压力叠加现象，使外壳不能承受而损坏。外壳不能承受而损坏。p隔爆性亦称不传爆性隔爆性亦称不传爆性，即当爆炸性混合物在外壳内爆炸所，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，通过外盖与壳体的接合面喷向壳外产生的高温气体与火焰，通过外盖与壳体的接合面喷向壳外时，受到足够的冷却，使之不能将壳外爆炸性混合物点燃。时，受到足够的冷却，使之不能将壳外爆炸性混合物点燃。p隔爆外壳的隔爆性能主要靠隔爆面长度、间隙厚度和隔爆隔爆外壳的隔爆性能主要靠隔爆面长度、间隙厚度和隔爆面光洁度等参数来保证，这三个参数通常称为隔爆三要素面光洁度等参数来保证，这三个参数通常称为隔爆三要素。23上页上页下
34、页下页目录目录五、矿用隔爆型（五、矿用隔爆型（Exd IExd I）电气设备）电气设备p壳壳内内爆爆炸炸的的火火焰焰，以以发发火火点点为为中中心心向向外外扩扩散散，并并通通过过壳壳体体隔隔爆爆法法兰兰盘盘向向壳壳外外扩扩散散，对对整整个个壳壳体体而而言言，法法兰兰盘盘的的宽宽度度就就是是隔隔爆爆面面的的长长度度，通通常常用用符符号号“L”表表示示。当当壳壳内内爆爆炸炸向向壳壳外外扩扩散散时时，法法兰兰隔隔爆爆面面能能吸吸收收大大量量热热量量，使使通通过过的的火火焰焰及及喷喷射射物物温温度度急急剧剧降降低低，以致达不到点燃温度。以致达不到点燃温度。p隔隔爆爆接接合合面面相相对对表表面面间间的的距
35、距离离称称为为间间隙隙厚厚度度，也也可可以以叫叫气气隙隙厚厚度度，通通常常用用符符号号“W”表表示示。间间隙隙的的作作用用是是：使使壳壳内内爆爆炸炸喷喷射射物物与与隔隔爆爆面面紧紧密密接接触触，有有利利于于温温度度的的降降低低；能能破破坏坏向向外外喷喷射射火火焰焰的的结结构构，使使锥锥形形火火焰焰变变成成舌舌状状，接接触触面面增增大大，有有利利于于冷冷却却；滞滞缓缓爆爆炸炸喷喷射射物物的的速速度度，延延长长了了冷冷却却时时间间，加加大大了了热热损损失失；间间隙隙有有漏漏气气泄泄压作用，降低壳内爆炸所产生的压力，减小对外壳的爆炸冲击力。压作用，降低壳内爆炸所产生的压力，减小对外壳的爆炸冲击力。p
36、隔隔爆爆接接合合面面如如果果比比较较粗粗糙糙，一一方方面面等等于于增增大大了了隔隔爆爆接接合合面面的的间间隙隙，影影响响隔隔爆爆性性能能；另另一一方方面面，表表面面粗粗糙糙容容易易积积存存灰灰尘尘，造造成成表表面面生生锈锈，而而生生锈锈的的间间隙隙，在在爆爆炸炸火火焰焰的的作作用用下下，会会脱脱离离出出金金属属粒粒子子，灼灼热热的的金金属属粒粒子子向向外外喷喷出出，降降低低隔隔爆爆性性能能。接接合合面面表表面面平平均均粗糙度不能超过粗糙度不能超过6.3m。24上页上页下页下页目录目录六、矿用本质安全型（六、矿用本质安全型（Exib IExib I）电气设备）电气设备 在规定的试验条件下，正常工
37、作或规定的故障条件下，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，叫做本质安全电路（简称本安电路），所有电路均的电路，叫做本质安全电路（简称本安电路），所有电路均为本安电路的电气设备叫做本质安全型（简称本安型）。为本安电路的电气设备叫做本质安全型（简称本安型）。p 试验表明，当瓦斯浓度为试验表明，当瓦斯浓度为8.2%8.5%时最容易爆炸，所时最容易爆炸，所需需点燃瓦斯的最小能量为点燃瓦斯的最小能量为0.28mJ0.28mJ，只要将电路中的能量限制，只要将电路中的能量限制在点燃瓦斯
38、的在点燃瓦斯的0.28mJ之内，就可实现安全火花。之内，就可实现安全火花。25上页上页下页下页目录目录本质安全电路的设计要点本质安全电路的设计要点采用以下措施来降低电火花的能量：采用以下措施来降低电火花的能量：p（1 1）在合理选择电气元件参数的基础上，尽量降低电源供）在合理选择电气元件参数的基础上，尽量降低电源供电电压。电电压。p（2 2）在电路中串接限流电阻或利用导线本身电阻来限制电）在电路中串接限流电阻或利用导线本身电阻来限制电路的电流。路的电流。p（3 3）电感元件两端并联二极管，消耗电感元件释放出来的）电感元件两端并联二极管，消耗电感元件释放出来的磁场能量。磁场能量。p（4 4）电容
39、元件两端并联二极管或电阻，消耗电容元件释放）电容元件两端并联二极管或电阻，消耗电容元件释放出来的电场能量。出来的电场能量。p（5 5）在本安电路与非本安电路间采用安全栅，防止非本安）在本安电路与非本安电路间采用安全栅，防止非本安电路的能量进入本安电路，限制电火花能量。电路的能量进入本安电路，限制电火花能量。26上页上页下页下页目录目录复合式本安型电气设备复合式本安型电气设备p本质安全型设备只能用于低电压、小电流的电路中，如信本质安全型设备只能用于低电压、小电流的电路中，如信号指示、监测仪表、控制保护等回路。号指示、监测仪表、控制保护等回路。p本质安全型电气设备分为单一式和复合式两种形式。本质安
40、全型电气设备分为单一式和复合式两种形式。单一式本安型电气设备是指电气设备的全部电路都是由单一式本安型电气设备是指电气设备的全部电路都是由本质安全电路组成的，如便携式仪表。本质安全电路组成的，如便携式仪表。复合式本安型电气设备是指电气设备的辅助回路是本质复合式本安型电气设备是指电气设备的辅助回路是本质安全电路，主回路是非本安电路，如矿用隔爆兼本安型电气安全电路，主回路是非本安电路，如矿用隔爆兼本安型电气设备（设备（Exdia I或或Exdib I）。）。27上页上页下页下页目录目录七、矿用增安型（七、矿用增安型（Exe IExe I）电气设备）电气设备p增安型设备是对在正常运行条件下不会产生电弧
41、或火花的电气增安型设备是对在正常运行条件下不会产生电弧或火花的电气设备进一步采取措施，提高其安全程度，防止电气设备产生危险设备进一步采取措施，提高其安全程度，防止电气设备产生危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。p增安措施：增安措施：制成有效的防护外壳；制成有效的防护外壳；选择合适的爬电距离和电气间隙；选择合适的爬电距离和电气间隙；提高绝缘材料的绝缘等级；提高绝缘材料的绝缘等级；限制设备的温度；限制设备的温度；电路和导线要可靠连接。电路和导线要可靠连接。增安型电气设备的外壳应具备较好的防水、防外物能力，以增安型电气设备的外壳应具备较好的防水、防外物能力，以
42、确保增安型电气设备安全可靠运行。为此，增安型电气设备的外确保增安型电气设备安全可靠运行。为此，增安型电气设备的外壳应采用耐机械作用和热作用的金属制成。对有绝缘带电部件的壳应采用耐机械作用和热作用的金属制成。对有绝缘带电部件的外壳，其防护等级应达到外壳，其防护等级应达到IP44，对于有裸露带电部件的外壳，其，对于有裸露带电部件的外壳，其防护等级应达到防护等级应达到IP54。28上页上页下页下页目录目录增安型电气设备增安型电气设备p 增大电气间隙与爬电距离是制造增安型电气设备采取的重要措施。增大电气间隙与爬电距离是制造增安型电气设备采取的重要措施。电电气气设设备备中中有有一一些些零零部部件件在在正
43、正常常工工作作情情况况下下是是不不带带电电的的，但但当当带带电电零零部部件件的的绝绝缘缘发发生生损损坏坏而而又又未未接接地地时时，那那些些不不带带电电的的零零部部件件就就有有可可能能带带电电，这这时时一一旦旦发发生生碰碰撞撞就就会会产产生生电电火火花花，有有引引爆爆周周围围爆爆炸炸性性混混合合物物的的危危险险。因因此此，带带电电零零部部件件之之间间及及带带电电零零件件与与接接地地零零件件之之间间或或带带电电零零件件与与不不带带电电零零件件之之间间都都应应保保持持一一定定距距离离，即即一一定定的的电电气气间间隙隙。如如果果电电气气间间隙隙过过小小就就容容易易发发生生击击穿穿放放电电现现象象，因因
44、此此增增大大电电气气间间隙隙在在一一定定程程度度上上能能够够提提高高增增安安型型电电气气设设备备的的安安全全性性。煤煤矿矿井井下下的的电电气气设设备备处处在在空空气气潮潮湿湿，粉粉尘尘散散落落的的环环境境中中工工作作，这这种种环环境境会会降降低低电电气气设设备备的的绝绝缘缘性性能能，绝绝缘缘表表面面易易发发生生碳碳化化，导导致致短短路路击击穿穿现现象象发发生生。为为提提高高增增安安型型电电气气设设备备的的绝绝缘缘性性能能和和安安全全性性能能，就就需需要要增增大大其其爬爬电电距距离离。因因此此，增增安安型型电电气气的的电电气气间间隙隙和和爬爬电距离均应高于一般电气设备，其标准见表电距离均应高于一
45、般电气设备，其标准见表4-34-3规定的数值。规定的数值。29上页上页下页下页目录目录工作工作电压电压U/V最小爬最小爬电电距离距离/mm最小最小电电气气间间隙隙/mm材料材料级别级别I II IIIaU 1515U 3030U 6060U 110110U 175175U 275275U 420420U 550550U 750750U 11001100U 22002200U 33003300U 42004200U 55005500U 66006600U 83008300U 110001.61.82.12.53.25810122032405063801001251.61.82.63.246.31
46、012.5162536455671901101401.61.83.445812.5162032405063801001251601.61.82.12.53.25681014303644506080100表4-3 电气间隙和爬电距离30上页上页下页下页目录目录增安型电气设备增安型电气设备p绝缘材料是保证电气设备正常运行的重要条件。绝缘材料是保证电气设备正常运行的重要条件。制造增安型电气设备必须采取吸潮性小、耐热性好、耐电弧制造增安型电气设备必须采取吸潮性小、耐热性好、耐电弧性能好的，具有良好的电气性能和机械性能，绝缘等级较高的固性能好的，具有良好的电气性能和机械性能，绝缘等级较高的固体绝缘材料。
47、对于有绕组的电气设备，体绝缘材料。对于有绕组的电气设备，要选用适用于煤矿井下要选用适用于煤矿井下恶劣环境下长期工作的带绝缘层的绕组导线，一般选用有一层绝恶劣环境下长期工作的带绝缘层的绕组导线，一般选用有一层绝缘层的漆包线或有两层绝缘层的裸导线；缘层的漆包线或有两层绝缘层的裸导线；当绕组制成后要进行当绕组制成后要进行干燥和浸渍绝缘漆的处理。干燥和浸渍绝缘漆的处理。任何绝缘材料的绝缘性能都是相对的，如果超过它的使用条任何绝缘材料的绝缘性能都是相对的，如果超过它的使用条件，绝缘性能就会被破坏，电气设备就会发生短路、击穿、火花件，绝缘性能就会被破坏，电气设备就会发生短路、击穿、火花放电等危险，甚至会点
48、燃周围爆炸性混合物。因此放电等危险，甚至会点燃周围爆炸性混合物。因此使用温度的高使用温度的高低是关系电气设备的绝缘性能好坏和整个设备能否安全运行的关低是关系电气设备的绝缘性能好坏和整个设备能否安全运行的关键。键。严格控制设备的最高温度是提高增安型电气设备安全性能的严格控制设备的最高温度是提高增安型电气设备安全性能的重要措施。在确定增安型电气设备的极限温度时主要考虑以下两重要措施。在确定增安型电气设备的极限温度时主要考虑以下两个因素：个因素：设备使用环境中爆炸性混合物被点燃的危险温度；设备使用环境中爆炸性混合物被点燃的危险温度；结构材料的热稳定温度。在这两者中选较低的温度作为增安型电结构材料的热
49、稳定温度。在这两者中选较低的温度作为增安型电气设备的极限温度。气设备的极限温度。31上页上页下页下页目录目录八、矿用电气设备的使用范围及选用八、矿用电气设备的使用范围及选用p根据根据煤矿安全规程煤矿安全规程规定，井下电气设备必须按表规定，井下电气设备必须按表4-44-4选用。选用。使用使用场场所所类别类别煤（岩）与瓦煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）斯（二氧化碳）突出突出矿矿井和瓦井和瓦斯斯喷喷出区域出区域瓦斯瓦斯矿矿井井井底井底车场车场、总进风总进风巷巷或主要或主要进风进风巷巷翻翻车车机机硐硐室室采区采区进风进风道道总总回回风风道、主要道、主要回回风风道、采区回道、采区回风风道、工作面和道、工作面和
50、工作面工作面进风进风回回风风道道低瓦斯低瓦斯矿矿井井*高瓦斯高瓦斯矿矿井井高低高低压电压电机机和和电电气气设备设备*矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）矿矿用一般型用一般型矿矿用一般型用一般型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）照明灯具照明灯具矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）矿矿用一般型用一般型矿矿用防爆型用防爆型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）通信、自通信、自动动化装置、化装置、仪仪器、器、仪仪表表矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）矿矿用一般型