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1、第一节 隔爆原理所谓隔爆，就是当电气设备外壳内部发生爆炸时，火焰经各接合面喷出，而不使壳外面的爆炸性混合物爆炸。隔爆外壳的间隙隔爆机理与金属网对火焰的熄灭作用相仿。法兰间隙能起隔爆作用的机理现仍有两种观点：一种观点认为隔爆是由于法兰间隙的熄火作用；另一种观点认为隔爆是由于法兰间隙的熄火作用和法兰间隙对爆炸产物的冷却共同作用的结果。从一些试验来看，后种观点的理由更充分些。 一、间隙熄火作用爆炸性气体混合物火焰在狭小间隙中熄灭的理论是建立在管道中火焰传播界限的实验研究基础上的。对于不同的爆炸性气体混合物，都有一个对应的临界熄火直径值dx。当管子的直径超过临界值时，这种爆炸性气体混合物的火焰即可沿着
2、这个管道传播，否则火焰熄灭。如图11所示，在管子中心火焰温度最高为Tmax“，沿火焰表面的温度为Tmin，即气体燃烧所需最低温度。 图1-1 管壁对火焰的熄灭作用示意图在火焰外一定距离到管壁之间气体的温度为Tu,TuTmin，所以这个区域的气体不燃烧。这是因为反应产生的热量被管壁及未燃气体吸收所致。随着火焰的传播火焰前方的气体相继开始燃烧，而靠近管壁的区域y。的气体始终不燃烧，这个区域叫做“死区”。当管子的直径减小时，死区逐渐向中间靠拢，火焰面进一步弯曲。若直径再减小一点，火焰的传播就不可能了，这个直径即称作临界直径dk。 （11）式中 气体混合物热扩散率，3.6x10-4m2/S；u火焰波传
3、播速度，3.39m/s；E活化能，对于沼气E14600J/mol；R气体常数，4.37J/mol.Ke自然常数，2.718； Tmax最大燃烧温度，对于沼气Tmax2100K。在管道熄弧的基础上，苏联学者BC克拉夫琴科教授提出了平面间隙结构的临界间隙表达式： (12) 可见，临界间隙为临界管径的一半。火焰在间隙中熄灭是因为热量经过气体传给结构间隙的表面的结果。所以公式11和12与构成间隙的材料无关，而仅与气体混合物的种类有关。对于火焰传播速度和燃烧温度都较高的气体温合物，其临界直径和间隙较低，例如氢气，其临界间隙约为沼气的1l 0。公式11和12还表明了管子和狭窄间隙对火焰有影响的各个参数之间
4、的定性关系。根据分层燃烧火馅传播条件导出的公式未考虑实际隔爆外壳中出现的一系列因素(爆炸过程中压力的变化、爆炸生成物喷出的紊流性质、间隙出口处压力的降低等)。因此从公式中得出的数据和实际是有差别的。例如，按公式12计算沼气空气混合物的临界间隙为2mm，而按试验效据，宽25mm平面法兰外壳的最大试验安全间隙为1.14mm。 二、间隙的冷却作用当接合面间隙小于临界间隙时，壳内的爆炸火焰经过间隙即被熄灭，但是如果穿出间隙的爆炸产物的温度达到引燃爆炸性气体混合物所需要的高温时，仍然能够引起外壳周围的爆炸性气体温合物爆炸。例如一氧化氮的临界熄火直径是15mm，试验容器的间隙为0.8mm，当容器内的一氧化
5、氮爆炸时，其火焰不可能穿过0.8mm的间隙，但它却使容器外的沼气空气混合物引爆。这说明，间隙对爆炸产物的冷却作用与外壳的隔爆性能有直接关系。点燃爆炸性混合物的必要条件是在有限的燃烧生成物中要有足够的能量。当法兰间隙中的火焰通道足够长时，由于间隙的冷却作用，穿过问陈的火焰得到充分的冷却，其温度降低到点燃外壳外部的爆炸性混合物所需的最低温度以下，所以不会传燎。试验表明，从外壳中喷出的爆炸产物温度高于1020以上时才能点燃沼气空气混合物。如图12a所示，在接合面长度L25mm的钢制平面法兰的球形外壳内，点燃沼气浓度为8.5%的爆炸性混合物进行试验。在正对着点燃点的间隙内外测得的温度与时间的关系如图1
6、2b所示。从图中可以看出：外壳内部的最高温度为1630，平均温度为1440，壳外的最高温度950，而平均温度为700，均低于1020。这证明隔爆间隙还有一个重要作用就是对爆炸产物进行冷却。图12 沼气空气混合物爆炸产物穿过法兰间隙前后的温度变化第二节 隔爆型电气设备的隔爆结构参数国标GB3836283对目前煤矿电气设备常用的三种典型的隔爆结构参数进行了规定，这三种隔爆结构是：(1)平面、圆筒隔爆结构；(2)螺纹隔爆结构；(3)叠片式隔爆结构。对于其它隔爆结构，如微孔结构(分析仪器的探头)、泄压结构(干式变压器外壳的泄压装置)等因技术尚不成熟所以暂未在规程中规定。一、平面、圆筒隔爆结构这种隔爆结
7、构在隔爆型电气设备中使用最普遍。按隔爆接合面的形状又可分为平面隔爆接合面、圆筒隔爆接合面和止口隔爆接合面，如图23至图25所示。平面隔爆接合面的相对表面为平面，圆筒隔爆接合面的相对表面为圆筒形；止口隔爆接合面的相对表面包括平面和圆筒接合面。平面、圆筒隔爆结构的参数包括接合面的长度、接合面的间隙和接合面的粗造度。图23 平面式隔爆结合面1、接合面的长度L 从隔爆外壳内部通过隔爆接合面到隔爆外壳外部的最短通路的长度，即为隔爆接合面的长度L。接合面的长度由隔爆外壳的容积决定，一般有6.0、12.5、25、40mm等几种尺寸。应该注意的是止口式隔爆接合面的长度计算应按图24中的说明进行。当接合面上有螺
8、栓通孔时，爆炸火焰可以从螺拴孔中逸出。所以，隔爆参数中对于从螺栓通孔边缘至隔爆接合面边缘的长度也作了要求，其长度的测量如图23所示，也应遵循“最短通路”的计算原则。 图24 止口式隔爆结合面 图25 圆筒式隔爆结合面 2、接合面的间隙W 隔爆接合面的相对表面间距离，即为接合面的间隙。对于圆筒隔爆接合面，则为径向间隙(直径差)。间隙W和接合面的长度L有关系。静止部分隔爆接合面(图23、图24)、操纵杆与孔隔爆接合面(图25)以及隔爆绝缘套管隔爆接合面的最大间隙或直径差W和隔爆接合面的最小有效长度L、螺丝通孔边缘至隔爆接合面边缘的最小有效长度L1、转铀与轴孔隔爆接合面最大直径差W和最小有效长度L(
9、图25b)须符合表21的规定。但快动式门或盖的隔爆接合面的最小有效长度L须不小于25.0mm。 表21 操纵杆直径d和隔爆接合面长度L要符合表22的规定。 表22 带有滚动轴承的圆筒结构，最大单边间隙须不大于表21规定的W的三分之二。由于使用滚动轴承，尽管表21中的W值较L相同的静止接合面大，但全部间隙W值分配为两部分，任意一部分的值均不会超过基础间隙值，故它的安全系数并末降低。考虑到轴承游隙，零件公差及运转中轴承的磨损等因素可能造成的轴与轴孔的偏心，因此留有三分之一的平均单边间隙的偏心量，这条规定还可以防止单边间隙过小造成袖与孔的磨损。表21规定的结构参数值都是上限，正常出厂产品的结构间隙都
10、小于上述值(以平面接合面为例，其间隙一般小于0.lmm)。从隔爆的角度出发，问映越小越安全。在确定最大试验安全间隙的标准试验方法中隔爆间隙是平面对平面。表21中的圆筒间隙结构尺寸是引用平面间隙试验结果得出的，而且经试验这种引用是合适的。隔爆结合面的粗造度应不高于6.3，操纵杆须不高于3.2。 二、螺纹隔爆结构 在维修中不经常拆卸的部分可以使用螺纹隔爆结构。从氢气、乙炔空气混合物的爆炸试验结果看，螺纹隔爆结构是最好的静止隔爆结构。螺纹隔爆结构如图26所示。例如在矿用隔爆型移动变电站的高、低压接线盒中，套管与接线座、接线座与出线盒法兰之间均为螺纹隔爆结构。又如德国起重用隔爆型锥形转子电动机的后端盖
11、与定子外壳的配合亦为螺纹隔爆结构。采用螺纹隔爆结构时，必须保证同种零件间的互换性，须符合下列规定。 (1)螺纹精度须不低于3级，螺距须不小于0.7mm； (2)螺纹的最少啮合扣数、最小拧入深度，须符合表13的规定， (3)螺纹结构须有防止自行松脱的措施。表13 螺纹啮合扣数与拧入深度的关系三、叠片隔爆结构 叠片应用耐腐蚀材料制成的通气部件组成并须有防止偶然机械损伤的措施。 叠片结构如图27所示。叠片部件的片间间隙宽度G须不大0.5mm，叠片排气方向的长度L须不小于50mm，另一边的长度h须不大于70mm，如图28所示。图26 螺纹隔爆结构示意图 图27 叠片部件简图图28 叠片小箱结构示意图由
12、于叠片隔爆结构有较大的开口比(S/V，即开口断面积与外壳净容积之比)，因此可以大大降低内部爆炸产生的压力，即大大降低了外壳所需的强度并使壳体重量减轻。叠片小箱阻止火焰传播的作用和法兰隔爆作用大体上是一样的，可以使火焰在狭窄的缝隙处熄灭并得到冷却，从而消除点燃周围可燃性混合物的危险。这种隔爆结构多用在隔爆畜电池箱上。它不仅能对沼气空气混合物的爆炸起隔爆作用，对于箱内的氢气爆炸也能起到预防作用。这是因为氢气的爆炸下限是4.0。在叠片箱中，苗电池正常运行中产生的氢气可以通过叠片间间隙逸出，氢气要积聚到这个浓度是困难的。另一方面氢气的最大试验安全间隙与氢气浓度的关系为u型曲线，4.0氢气空气混合物的最
13、大试验安全间隙大丁0.5mm。所以，在氧气下限浓度发生爆炸时仍能保证实现隔爆。第三节 隔爆型电气设备防爆性能的保证 隔爆型电气设备的防爆性能是由外壳的耐爆性和隔爆性共同保证的。 一、耐爆性能的保证 在电气设备内部发生可燃性气体混合物爆炸的情况下，隔爆型电气设备的外壳和隔爆接台面会受到危险压力的冲击作用，当外壳的结构不合理时还会发生压力重叠，使外壳受到高于正常爆炸压力几倍到几十倍的异常高压。因此，隔爆型电气设备外壳应有足够的机械强度和合理的结构，使之能够承受内部爆炸的压力，并且能保持原有的隔爆性能。 1、外壳的村质 (1)煤矿采掘工作面用电气设备外壳须采用钢板或铸钢制成。非采掘工作面用的电气设备
14、外壳可用牌号不低于HT2547灰铸铁制成。这是因为采掘工作面用电气设备工作环境条件较差，设备移动频繁，隔爆外壳容易在搬运时或工作中受到碰撞或岩石的砸碰，故要求材料强度好，坚韧而不脆，一般灰口铸铁是不合乎要求的。 (2)手持式或支架式电钻、携带式仪器的外壳可用轻合金制成，容积不大于2L的外壳可用塑料制成；净容积不大于0.01L的外壳可采用陶瓷材料制成。但使用这些材料时应符合GB3836.1(通用要求)的规定。 2、隔爆接合面的强度 隔爆接合面的强度也直接关系到外壳的隔爆性。因为外壳内部沼气爆炸的高温高压火焰要通过接合间隙喷向壳外，如果强度不符合要求，则在高温、高压下接合面将会产生严重变形从而改变
15、了按合间隙，影响外完的隔爆性。为了防止间隙可能增大的现象，必须保证隔爆接合面有一定的强度。另外，考虑到煤矿井下电气设备工作条件恶劣，隔爆接合面很容易发生锈蚀和损伤，有时需要采用机械加工才能修复，因此隔爆接合面的厚度应留有加工裕量。在设计隔爆部件时，对于平面式的隔爆接合面，其厚度应增加15，最小应为lmm。 3压力重叠的预防 为了让外壳能够承受内部爆炸产生的压力，除了要选择合适的外壳材料之外，外壳的结构也应合理，尤其应注意防止压力重叠现象的出现。根据试验，压力重叠的大小与两空腔的净容积之比和联通孔的断面积大小有关。为预防压力重叠现象，可采取以下措施。(1) 避免将外壳制成以小孔连通的多空腔。在无
16、法避免时应尽量增大连通孔的横截面积，并增大外壳的强度。(2) 壳闪电气元件的安装应避免将整个空腔分隔成几个小空腔。 (3)外壳的纵向尺寸和横向尺寸不宜相差太大。 (4)对于容积较大的外壳可使用防爆的泄压装置，使外壳内过高的压力得到消除。 二、隔爆性能的保证 1隔爆结构参数应符合要求 隔爆接合面的长度和间隙直接关系着隔爆外壳的隔爆性能，无论使用还是修理都应该严格理守相应规定。在平面对平面的接合中，当接合面长度确定后只要接合面的厚度设计得适当，在爆炸压力作用下，接合面的瞬间和残余变形都不致影响隔爆间隙W。为了精确地保证W值，主要应严格控制隔爆接合面的不平度。这样既可避免单边间隙过大，又可防止单边间
17、隙过小，避免发生互磨(圆筒型活动接合面中)。此外，隔爆接合面的粗糙度也应符合要求。 2隔爆接合面须有防锈措施 隔爆接合面的锈蚀是影响隔爆性能的主要因素之一。因此隔爆接合面须有防锈措施，如电镀、磷化、涂防锈油等，但不准涂漆。因为漆膜在高温作用下易分解，使得接合面问隙变大，并且漆膜分解产生物是容易传爆的气体，这些都会影响隔爆外壳的隔爆性能。 3隔爆接合面之间的紧固 一个完整的隔爆外壳总是由两个以上零件组成的，零件间的相对面即为隔爆接合面，为了保证隔爆参数符合要求，隔爆结合面之间的可靠连接是十分重要的。为了保证隔爆接合面之间连接紧固良好，其连接零部件应符合下列要求。 (1)螺栓和螺母不允许用塑料和轻
18、合金材料制造。 (2)螺栓和不透螺孔紧固后，还须留有大于2倍防松垫圈厚度的螺纹余量，以保证在防松垫圈丢失的情况下，螺栓仍能拧紧。但是，若防松垫圈丢失，必须尽快补上，以保安全。 (3)隔爆外壳上的不透螺孔周围及底部的厚度须不小于螺栓直径的13，最少为3mm。 (4)螺钉紧固中，若以弹簧垫圈防松，在拧紧螺钉时，只须将弹簧垫圈压乎即可，不宜拧得太紧。否则，螺钉预应力太大，若受到爆炸压力作用就易发生断裂。 (5)外盖和壳体在接合处的外形尺寸应一样大，或壳体外边缘尺寸略大于盖子的外边缘尺寸，以避免对紧固螺栓的剪切力。 (6)工艺透孔或结构上必须穿透外壳的螺孔，其配合应采用圆筒隔爆结构或螺纹隔爆结构。外露
19、的端头须永久性固定，也可将其埋入护圈内。 (7)塑料外壳上不允许直接巩螺孔 4联锁和警告标志的设置把合格的外壳零件按要求连接起来之后才能构成一个完整的隔爆外壳，若紧固措施被解除(例如把磁力起动器的外盖打开)则外壳就起不到隔爆作用。因此，对于正常运行时产生火花或电弧的电气设备必须备有联锁装置，即当电源接通时壳盖不能打开，壳盖打开后电源不能接通。也可设置警告牌，警告牌上须标有“断电源后开盖”的字样。设备输出端断电后，如果壳内仍有带电部件须加设防护性绝缘盖板，并标注“带电”字样的警告标志。第四节 本质安全型电气设备的防爆 一、本质安全型电气设备的类型 根据使用场所的需要，本质安全型电气设备分为单一式
20、(全本质安全型)和复合式(部分本质安全型)两种型式。复合式又分一般兼本质安全型和隔爆兼本质安全型两种基本型式。 1、单一式 单一式是指从电源到负载全部电路都是本质安全电路的电气设备，其主要特点是体积小、重量轻、携带方便。井下携带式仪表多属单一式本质安全型，如瓦斯检定器、一氧化碳测定器、测尘器等。 2、一般兼本质安全型 如果设备主机置于安全场所(如地面绞车房、调度室等)可设计成一般型，而进入井下的电路部分为本质安全型，这就构成了一般兼本质安全型。例如矿井调度电话系统，调度总机设在地面为一般型，井下各电话分机为本质安全型。 3隔爆兼本质安全型 隔爆兼本质安全型电气设备在煤矿井下应用最为普遍，这种类
21、型的没备把非本质安全的部分放在隔爆外壳内。如瓦斯断电仪、扩音电话、采区电气控制、信号、通讯系统等。 二、本质安全型电气设备的等级 本质安全型电气设备除按使用范围可划分为不同的类别、级别和温度组别之外，根据其安全程度不同又分ia和ib两个等级。 1、ia等级 电路正常工作中及出现一个故障和两个故障时爆炸性气体混合物的电气设备。正常工作时，安全系数为2.0； 一个故障时，安全系数力1.5， 两个故障时，安全系数为1.0。 设备中，正常工作产生火花的触点须加隔爆外壳、气密外壳或加倍提高安全系数。 “气密外壳”是指通过金属与金属、玻璃与金属等材料的熔接，能防止外部的爆炸性气体混合物进入外壳内的完全密封
22、的外壳。 2、ib等级 在正常工作和一个故障时，不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。 正常工作时，安全系数为2.0； 一个故障时，安全系数为1.5。如设备正常工作时有火花的触点，加隔爆外壳或气密外壳保护，并且有自显示措施，则一个故障时安全系数为1.0。安全系数是电路安全程度的标志，对于电阻电路和电感电路，规定的安全系数K最小点燃电流设计最大允许电流。对电容电路，K最小点燃电压设计最大允许电压。从以上规定可以看出：ia等级的本质安全型电气设备的安全程度高于ib等级。三、本质安全型电气设备的防爆 电流所产生的电火花、电弧和电热是导致爆炸性气体混合物爆炸的主要点火源。本质安全电路的防爆原理是通过限制
23、电路的电气参数或采取保护措施，削弱电流所产生的热效应及火花、电弧的放电能量，使电路系统无论在正常操作或故障状态下，产生的火花和热效应都不能点燃爆炸性气体混合物。 电路本身的电能引爆表现为火花引用或热引爆。热引爆也就是被电流加热的导体的灼热表面所引起的爆炸。与电火花引爆相比，热引爆很少发生。对沼气一空气混合物，热点燃温度至少在600以上，除白炽灯丝和热传感元件外，很少会造成这样的高温，所以我们主要考虑电火花引爆问题。 电路的放电火花，是电气设备在实际运行中由于开关的触点开闭和电路绝缘损坏造成短路而引起的。在研究放电火花的规律性时，由于电路绝缘损坏造成短路而产生的电火花相当于触点闭合而产生的电火花
24、，因此只需研究触点开闭时的放电火花。电路切换时产生的电火花是电流能量和电路中储能元件向通断电极间隙的放电现象释放能量)。电火花实际上是电路的电子流和电极间气体电离的离子流形成的导电带。它夹杂着熔融金凤粒子和蒸气(又称液态金属桥)，在极高的电流密度作用下产生高温。当其能量超过爆炸性混合物的最小点燃能量时就会引起爆炸。 一般认为电路放电有下面三种基本形式： 火花放电一般是低电压大电流放电，如本安电路中的电容放电、化学电源放电等； 弧光放电高压击穿产生的放电，可产生持续电弧，电流密度大，能量集中，有很强的点燃能力。如电感电路一般都能产生弧光放电； 辉光放电发生在高电压、小电流的条件下。一般认为电压在
25、200300V以上才产生辉光放电。辉光放电能量不集中，散失大，不易造成点燃。 电火花的形成过程和特征与电路的性质(电阻性、电感性、电容性)和开关特性(接通、断开)有密切关系。下面分别加以讨论。 1、电阻电路的火花放电(R性电路) 电阻性电路无储能元件，电路通断时，火花的能量仅来于电源，放电过程较为简单。当电路断开时，电极接触面迅速减小，接触部位的电流密度急剧增加，电流密度高达103一104Amm2。在大电流的作用下，电极熔化形成液态金属桥，随后产生金属蒸气使熔桥破坏，电极间的电阻增大，电极间的电压也随着增加，当电压高于起弧电压时就产生电弧放电。只要电阻电路的电感大于0.2uH，就能达到起孤电压
26、。与其它性质的电路相比，电阻性电路的放电火花的能量是较小的。电阻电路闭合时火花放电与断开时火花放电在效果上是完全相同的，不再重复叙述。图41表示电阻电路火花放电电路。 图41 电阻电路火花放电电路2、电感电路的火花放电(L性电路)电感电路实际上是由电感和电阻组成的电路。电感元件是储能元件，它可以把电路的能量以磁能形式储存起来(其储能为1/2LI2)，当电路变化时，可以把储存的能量放出来。因此电感电路的放电过程较为复杂，既有电源向电极间隙放电，又有电感储能放电。电源向电极间隙的放电如前所述。电感储能放电的过程是：当电路断开时，电极迅速离开，电阻突然增大，电流急剧降低，电流的变化率很大，则电极间隙
27、处产生根高的感应电势，把电感的储能释放到放电间隙。加上电源的能量，不仅增加了放电强度，也加长了放电时间，因此电感电路的断路火花有更大的危险性。电感电路闭合时，一般不会产生火花或者只产生很小的火花，这是因为电路闭合瞬间电流强度从零开始上升时，不易产生强烈的放电现象。图42为感性电路的火花放电电路。 图42 感性电路的火花放电 3、电容电路的火花放电(C性电路) 容性电路是由电阻和电容组成的电路。电容电路的火花放电不同于感性电路。感性电路是在触点断开时产生火花放电，而容性电路却是在触点闭合时产生火花放电。电容电路断开瞬间，电极间不存在电位差，对直流电路无切断电流，一股不会产生放电现象。但是，电容也
28、是储能元件，可以把电源的能量以电场能的形 式储存起来(其储能为1/2CU2)。当电路闭合时，既有电源向电极间隙放电，又存在电容储能放电。在闭合电容电路的放电瞬间，放电电流极大，而且电容放电非常迅速(放电时间常数R.C，很小)，能量高度集中，因此电容电路放电火花点燃能力强，危险性很大。同样的放电能量，电容火花比电感火花、电阻火花更危险。为了提高容性电路的本质安全性能，一般在电路中串联一定的电阻。如图43所示，串联电阻r (一般只要串联515电阻)可大大地限制容性电路电容放电的作用。 图43 电容经串联电阻火花放电电路四、影响放电火花点燃能力的因素 影响电路放电火花点燃能力的因素很多，如：爆炸性气
29、体混合物的成分、浓度、温度、湿度、流速，电路的电气参数(电压、电流、电感、电容等)都对电火花点燃放力产生影响。1、爆炸性气体混合物成分和浓度对电火花点燃能力的影响爆炸性气体混合物的成分和浓度对火花点燃能力有十分明显的影响。例如：沼气空气混合物的最小点燃能量与氢气空气混合物相差10倍以上。对同一种爆炸性介质，不同浓度最小点燃能量相差也很大。当浓度超过一定限度，即使能量再大也不发生引爆。各种爆炸性介质都存在一个最易点燃的浓度，例如电火花最易点燃的沼气浓度是85，热表面最易点燃的沼气浓度是7.5 2爆炸性气体混合物的温度、湿度、流速对点燃能量的彩响爆炸性气体混合物的初始温度越高所需点燃能量越小；湿度
30、越大，越不易点燃，流速越高越不易点燃，静止的沼气比流动的沼气更容易点燃。另外，电极触头的材质、形状、分断和闭合的速度等亦对电火花的最小点燃能量有影响。五、本质安全型电路采取的安全措施设计本质安全电路就是要合理选择电路的参数，使电路在正常和故障情况下流过的电流不超过相应条件下的设计最大允许电流。由于设计最大允许电流正比于最小点燃电流，所以电路的电压越高，电感越大，其设计最大允许电流越小。为了提高本质安全电路的工作电流，增加电路工作的可靠性就需要采取措施来降低电路的工作电压和电感。为此，常采取以下措施：(1)在合理选择电气元件的基础上，尽量降低供电电压，并采取措施防止危险电压的出现；(2)增大电路
31、中的电阻或利用导线的电阻来限制电路中的电流；(3)并联电阻或二极管等保护性元件消耗掉断开电路时电感元件所释放的储存能量；(4)对于能影响本质安全电路安全性能的非本质安全电路采取可靠的隔离措施。六、安全栅安全栅又称安全保护器，也是一种保护性组件。它是设置在非本安电路与本安电路之间的限流、限压装置，其作用是防止非本安电路的危险能量窜入本安电路，起保护作用。安全栅在电气系统中是一个特殊组件，能将安全场所中的非本安型电气设备与危险场所小的本安型电气设备连接起来使用。安全栅一般设置在安全场所或隔爆外壳中。安全栅属于关联电气设备，其输出端以下为本安电路。安全栅的种类很多，常用的有两种： (1)稳压管式(齐
32、纳式)安全栅；(2)三极管式安全栅。安全栅有两个作用：(1)不妨碍信号传递，(2)有效地控制能量。1、稳压管式(齐纳式)安全栅稳压管式安全栅一般由限制本安端输出电流的限流电阻、限制本安端输出电压的限压稳压二极管及防止稳压管烧断的保护元件(快速熔断器、限流电阻等)组成。按保护元件不同可分为熔断器保护式安全栅和电阻保护式安全栅。2、三极管式安全栅三极管式安全栅是以三极管为主的晶体管电路组成的过压限流保护装置，一般采用完全相同的两套保护电路组成的双重化保护，以满足规程的要求。第五节 增安型电气设备电气设备引燃井下沼气的起围有两个：一个是电气设备产生的火花、电弧，另一个是电气设备表面发热。对于设备在正
33、常运行时产生的电弧、火花，可以把它们放在隔爆外交中从而达到防燎目的。对于在正常运行时不会产生电弧、火花和可能点燃爆炸性混合物高温的设备，可以在其结构上采取一定购措施，尽力设法使电弧、火花和过热现象不发生。这种电气设备就是增安型电气设备，其标志是“e”。这种防爆型式适用于安装在沼气不易积聚场合中的电动机、变压器和照明灯具等。对于在正常运行时产生电弧、火花和过热现象的电气设备及部件均不能采用增安型，例如开关，熔断器等。增安型电气设备采取的防爆措施有以下几点：(1)具有一定的防水、防外物侵入能力；(2)所有的导体均须可靠连接，即使在受振动等情况下也不应该发生接腑不良现象(3) 裸露带电体的电气间隙和
34、爬电距离大于相应的国家标准对普通电器的要求，(4)慎重选择绝缘材料，提高零部件的绝缘水平，(5)限制电气设备各部分温度，并有完善的电气和温度保护装置；(6)在正常运行时产生火花和电弧的部件，必须放置在隔爆外壳中。增安型电气设备和闲爆型电气设备相比，它主体不留笨重的隔攥外壳，降低了成本，因此增安型电气设备比较经济。增安型电气设备的缺点是其防爆性能比隔爆型电气设备差，它所达到的安全程度不仅仅取决于自身的结构型式而且还和使用的环境、维护的情况等有关系。所以煤矿安全规程中规定：在煤(岩)与沼气突出矿井和沼气喷出的区域，在沼气矿井的总回风道、主要回风道、采区回风道、工作面和工作面进风、回风道应使用除增安
35、型以外的矿用防援电气设备。也就是说，在上述沼气爆炸危险没较大的场所是不允许使用增安型电气设备的。 一、连接件的要求为了确保连接的可靠，要求引入电缆或导线的连接件必须保证与电缆或导线可靠连接，不能因振动等造成电缆或导线松动或自行脱落，也不能因正常工作条件下的温度变化而引起接触压力的降低。即使在实际运行中遇到一定的冲击电流也不应损坏电路可靠连接。为此要求：(1) 连接件不应带有可能损伤电缆或导线的棱角和正常紧固时产生永久形变等现象。 (2)不允许用绝缘材料传递导体连接时所产生的接触压力，这是因为一般绝缘材料的机械强度较低，而且会因受热或振动引起老化，长期由绝缘材料直接传递接触压力易使其受到损坏；同
36、时，由于导电杆和绝缘物的热伸缩系数不同，在长期运行中会产生松动，导致接触不良。应该采用由弹簧垫圈、平垫圈和螺母等组成的弹性中间构件来压紧导线。这样不仅可以保证绝缘材料不传递接触压力而且又可以防止松动，保证电缆或导线连接的更加可靠，不易出现接触不良等现象。 (3)由于铝易于被氧化及发生电化腐蚀且能起助爆作用，所以应尽量不用铝导线。使用铝导线时，应采用铜铝过渡接头，以防止接触不良、发热等现象。 二、内部导线的连接方法 电气设备内部的导线连接也必须良好、可靠。要求必须采用下面的任一种方法连接。 (1)能防止松动的螺栓连接。 (2)挤压连接。 (3)导线先用机械方式连接后再用锡焊连接。(4) 硬钎焊连
37、接。(5)熔焊连接。采用方法(3)是因为直接采用锡焊进行导线连接存在机械强度低、熔点低等缺点。采用方法(4)和(5)时，只要焊接操作工艺正确，保证焊接质量，焊接处的机械强度及耐热性均能满足要求，因此不再需要采取其它辅助措施。不管采用上述哪种连接方式，都不允许内部连接导线承受机械应力。第六节 其它类型防爆电气设备一、充油型电气设备充油型电气设备是将全部或部分部件浸在油内，使设备不能点燃油面以上的或外壳以外的爆炸性混合物的电气设备。这种电气设备是用油将电气设备中可能出现的火源与环境中的爆炸性气体混合物相分隔，从而达到防爆的目的。设备内所充的油应是符合GB253681变压器油要求的矿物油。充油型电气
38、设备的国家标准是GB3836.6一87，其防瀑标志是“O”。充油型电气没备只可以制作成固定设备，它的主要特点在于油箱的结构、油面高度、油温及油位等。1、油箱的结构要求 充油型电气设备的油箱应满足下列的防护要求。 (1)电气设备的外壳须能有效地阻止外部灰尘或潮气的侵入，并须能排出从油中释放出来的气体或蒸气。 (2)外壳的防护等级须不低于IP43。 (3)外壳须设有排气孔和排油孔。对于额定容量不大于1kvA、额定电压不大于380v和断路容量不超过25kvA的小型开关，可不设排气孔和排油孔。 (4)外壳设有排油孔时，排油孔的螺栓塞须至少旋入5扣，井须保证对油的密封性能。 （5）外壳设有排气孔时，排气
39、孔的防护等级须不低于IP4l。 2、油位指示器 电气设备须设有油位指尔器，在设备远行时能从外部清晰地观察到设备内的油位。油位指不器须符合下列要求。 (1)电气设备在正常运行时，允许的最高油位和最低油位须设有易于观察的标记，并须考虑温度的影响。 (2)当油位指示器损坏造成内部油液外流或泄漏时，须能保证电气设备安全运行的最低油位。 (3)透明件须在油的长期作用下不致损坏、变形和降低透明度。 （4)观察窗须是坚固的、便于更换的油密封结构，并须设置在不易受到外力冲击的位置。 (5)在注油时必须倾斜的外壳，其内表面须设有倾斜状态下规定的油位标记。 3、油的允许温度油的允许温度须不超过+100。电气设备允
40、许的最高表面温度：可能堆积粉尘时为+150，采取措施防止堆积时为+450。 4、油面高度 正常运行时产生火花、电弧或危险温度的零部件，须浸在油中，浸入深度须确保不引燃油面以上的爆炸性气体混合物。具体数值要由试验确定，但至少不小于25mm。 正常运行时不产生火花、电弧或危险温度的带电零部件可浸入油中，也可不浸入油中。不浸入油中部分的电气问隙、爬电距离须符合表42、表43的规定。 5、油箱内导线布置 (1)额定电压超过比v的电气设备，所有贯穿油面的导线须加以绝缘，属于单极结构者除外。导体绝缘须延伸到最高油位以上和最低油位以下不小于10mm。其结构和布置须能防止在油面上发生任何放电并能防止通过毛细作
41、用或虹吸作用造成油的流失。(2) 与油或油气接触的电气元件、电缆、导线的绝缘材料均须是耐油的。 二、正压型电气设备 正压型电气设备是在外壳内部充入保护气体，并使内部气体的压力高于周围爆炸性环境的压力，阻止外部混合物进入外壳内部的电气设备。这种电气设备是借助具有一定压力保护的外壳使得设备具有危险火源的部分与爆炸性气体混合物相分离，从而达到防爆的目的。保护气体的压力值必须高于环境气压。这个气压值或由保护气源(压气站来保证，或者用闭循环或开循环的通风机来保证。正压型电气设备的国家标准是GB3836.587，其标志是“P”。下面对正压型电气设备的具体要求作简单介绍。 1、正压外壳及其连接管道 (1)正
42、压外壳及其连接管道防护等级须不低于IP40，并须能防止从外壳或管道内喷出任何火花和炽热颗粒。排气口一般应设在非爆炸性危险场所，如果能有效地防止火花或炽热颗粒吹出时，排气口可设在危险等级较低的场所。 (2)正压外壳及其连接管道须能承受电气设备正常运行时内部最大正压值l.5倍的压力，但至少为2xl02Pa。 (3)正压外壳及其连接管道须能承受规定的冲击试验。 (4)正压通风外壳及其连接管道的内部形状应能保证气流畅通，避免可能产生气体滞留的死角。 (5)正压通风外壳须有一个或几个与进、出风管道相连的进、排气口， (6)正压补偿外壳须有一个或几个近气口和一个或几个能在换气后妥善密封的排气口。 (7)正
43、压外壳及其连接管道须采用不燃性或难燃性材料制造，并对有害气体具有充分的抗蚀能力。 (8)快开式门或盖须设有联锁装置，保证当电源断开之前，门或盖不能打开，门或盖打开后，电源不能接通。 采用甥栓紧固的门或盖可不设联锁装置，但须在外壳明显部位设置警告牌，标明“断电源后开盖”的字样。 (9)内装电热器或电容器的外壳应当采取断电源后延时打开快开式门或盖的措施。2、正压值正压外壳及其连接管道内可能产生泄漏的所有部位，相对于外界大气的正压值必须不低于50Pa。3、安全保护措施电气设备所采用的安全装置(如保护继电器、测量仪器、仪表等)，当装设在爆炸危险场所中时，须按场所要求采用相应的防爆形式。(1)电气设备须
44、设有时间继电器、流量监测器等，保证设备有足够的换气量，使外壳内爆炸性混合物浓度降至低于爆炸下限之前不能接通电源。(2)电气设备须设置有低气压自动保护装置，保证在起动或运行中，当外壳内正压降至低于规定最小值时能自动切断电源并同时发出声光信号。4、保护气体保护气体必须是不可燃的，其化学性能或所含杂质的理化性能不得影响电气设备的安全性和正常运行的可靠性。正压型电气设备大量应用于有爆炸危险的地面工业厂房中。由于煤矿并下条件的限制，采用闭循环或开循环的方式维持壳内正压值的正压型电气设备目前在井下还没有使用。采用正压补偿方法使壳内保持正压值的正压型电气设备在煤矿井下用得也不多(如六氟化硫断路器)，而且其维
45、修充气必须在地面进行。三、充砂型电气设备充砂型电气设备是在外壳内充填砂粒材料，使之在规定的使用条件下壳内产生的电孤，传播的火焰、外壳壁或砂粒材科表面的过热均不能点燃周围爆炸性混合物的电气设备。这种电气设备是以砂粒材料(如石英砂)作保护材料。这种保护材料本身及装填这种材料的容器，对爆炸性混合物没有点燃能力，并且可使电气设备运行中产生的火花、电弧及可能出现的火焰在其中熄灭。因此，这种防爆类型的电气设备是应用颗粒材料使点火源与爆炸性气体混合物相分隔，从而达到防爆的目的。充砂型电气设备的国家标准是GB3836787，其防爆标志是“q”。只有额定电压不超过6kv，在使用时活动零件不直接与填科接触的电气设
46、备才允许制成充砂型，如电容器、熔断器、变压器等。隔爆型、增安型和正压型等防瀑电气设备，对内部发生的弧光短路是起不到防爆作用的。石英砂却具有良好的绝缘隔爆性能，因此充砂型防爆结构对于弧光短路事故能够起到一定的防爆作用。 1、外壳 外壳必须用金属材树制造，也可用不燃性或难燃性材料制造，要对他们的机械性能和长期稳定性进行试验。 (1)外壳必须要有足够的机械强度，并有一定的安全系数。不论外壳容积大小均须能承受5xl04Pa的水压试验，最少维持1min。外壳不应漏水、渗水，且在任何方向上都不允许有超过0.5mm的永久变形。 (2)外壳的防护等级须不低子IP54。 (3)外壳内充填砂粒材料时，须在频率为2550Hz和振幅为1.0 0.2mm的强