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1、 煤矿井下电气防爆技术基础盘县煤矿平安技术培训中心主讲;郭景华煤矿井下电气防爆通用要求(一)防爆设备的类别 1类别I类：用于煤矿井下的电气设备。主要用于含有甲烷混合物的爆炸性环境。为了正确选用防爆电气设备，必需了解防爆电气设备的类别。防爆电气设备按运用环境的不同分为两大类：II类：用于工厂的防爆电气设备。主要用于除甲烷外的其他各种爆炸性混合物环境。2电气间隙和爬电距离由于煤矿井下空气潮湿、粉尘较多、环境温度较高，严峻影响电气设备的绝缘性能。为了避开电气设备由于绝缘强度降低而产生短路电弧、火花放电等现象，对电气设备的爬电距离和电气间隙作出了规定。电气间隙和爬电距离是既有区分又有联系的两个不同概念
2、。电气间隙是指两个袒露的导体之间的最短空气距离，即在电气设备中有电位差的相邻金属之间，通过空气介质的最短距离。电气间隙通常包括：带电零件之间及带电零件与接地零件之间的最短空气距离;带电零件与易碰零件之间的最短空气距离。只有满足电气间隙的要求，袒露导体之间和它们对地之间才不会发生击穿放电，才能保证电气设备的平安运行爬电距离是指两个导体之间沿固体绝缘材料表面的最短距离。也就是在电气设备中具有电位差的相邻金属零件之间，沿绝缘表面的最短距离。爬电距离是由电气设备的额定电压、绝缘材料的耐泄痕性能以及绝缘材料表面形态变更等因素确定的。额定电压越高，爬电距离就越大;反之，就越小 3防爆电气设备外壳的防护等级
3、电气设备应具有坚实的外壳，外壳应具有确定的防护实力，达到确定的防护等级标准。防护等级就是防外物和防水实力。防外物是防止外部固体进入设备内部和防止人体触及设备内部的带电或运动部分的性能，简称防外物 防护等级用字母IPXX来标记，XX是两位数字。如：IP43中的IP是外壳防护等级标记，第一位数字4表示防外物4级，其次位数字3表示防水3级。数字越大表示等级越高，要求越严格。防外物共分7级，防水共分9级。XX是两位数字。如：IP43中的IP是外壳防护等级标记，第一位数字4表示防外物4级，其次位数字3表示防水3级。数字越大表示等级越高，要求越严格。防外物共分7级，防水共分9级。爆电气设备运用的环境温度，
4、对外壳、紧固件、连锁装置、绝缘套管、接线盒、连接件、引入装置及接地的要求等。1)防爆电气设备运用的环境温度为-2040，环境气压为(0.81.1)105Pa。2)防爆电气设备假如接受塑料外壳，须接受不燃性或难燃性材料制成，并保证塑料表面的绝缘电阻不大于1109，以防积聚静电，还必需承受冲击试验和热稳定试验。3)防爆电气设备限制运用铝合金外壳，防止其与锈铁摩擦产生大量热能，避开形成危急温度。4)紧固件是防爆电气设备的主要零件。常用的紧固件是由螺栓和螺母及防松用的弹簧垫组成。对于要用特殊紧固件的防爆电气设备必需用特殊紧固件，如隔爆型电气设备外壳各部分的连接必需用护圈式紧固件，以防无关人员随意打开外
5、壳，使外壳失去防爆性能。运用护圈式紧固件应符合以下几点要求：螺栓头或螺母要放在护圈内，并且只有运用专用工具才能打开；紧固后的螺栓头或螺母的上平面不能超出护圈；各种规格螺栓的直径、护圈高度、护圈直径应符合有关规定；护圈可设开口，开口的圆心角不大于1200；护圈要与主体坚固连在一起。无论何种紧固件都应接受不锈材料制成或经防锈处理。5)为了防止电气设备误操作造成事故，防爆电气设备应设置连锁装置。连锁装置在设备带电时，设备可拆卸部分不能拆卸。当可拆卸部分拆开时，设备不能送电，以保证平安。6)对于固定在设备外壳隔板上用来使导线穿过隔板的绝缘套管，必需用不易吸湿的绝缘材料制成，绝缘套管的运用不能变更电气设
6、备的防爆形式。假如绝缘套管或电气设备须要运用胶结剂，胶结剂必需具有抗机械、热和化学的实力。7)为了保证电气设备导线和电缆连结坚固，防止电气设备运行中产生火花、电弧，引燃爆炸性混合物，对正常运行产生火花、电弧或危急温度的电气设备，功率大于250W或电流大于5A的I类电气设备，其电缆和导线的连接都应运用接线盒和连接件。接线盒的形式依据运用环境及有关技术要求确定。接线盒应符合下列条件：接线盒内要留有导线弯曲半径的空间；接线盒内袒露导体间的电气间隙、爬电距离要符合相应防爆类型的有关规定；为防止电弧、闪络现象，接线盒内壁应涂耐弧漆。8)连接件是置于接线盒内，供引入电缆或电线接线用的(又称接线端子)。连接
7、件要有足够的机械强度和结构尺寸，要保证导线连接牢靠，保证在振动和温度变更的影响下，连接不松动，不产生火花、过热或接触不良等现象。对于与铝芯电缆连接的连接件要用铜铝过渡接头。9)引入装置是防爆电气设备外电路的电缆或电线进入设备内的过渡环节，是防爆电气设备最薄弱的环节，因此引入装置的密封是特别重要的。常用的密封引入装置有三种：密封圈式引入装置，该种引入方式应用最广泛，包括压盘式引入装置和压紧螺母式引入装置两种；浇封固化填料密封式电缆引入装置；金属密封环式引入装置。引入装置所用密封圈的材料要用弹性好、不易老化、不易龟裂的橡胶材料或其他类似材料制成，其硬度应达到邵尔氏硬度450550。密封圈只有硬度适
8、宜才能起到密封和防松作用，保证防爆性能。引入装置必需具有防松和防止拔脱装置。例如，“ExdiI”表示是I类隔爆兼本质平安型防爆电气设备。复合型电气设备，还应分别在不同防爆形式的外壳上标出相应的防爆形式。防爆际志确定要制作在防爆电气设备的最明显处。其标记牌可铆或焊在外壳上，也可以接受凹纹标记。防爆型电气设备必需设置铭牌，在铭牌的右上方标出“Ex”字样。铭牌应包括以下内容：防爆标记(形式、类别、级别、温度组别等)，防爆合格证编号，其他要标出的特殊条件，有关防爆形式专用标准规定的附加标记，出厂日期或产品编号。铭牌可用青铜或不锈钢制成，厚度应不小于l mm。标记应清晰可见，经久不褪。5矿用防爆电气设备
9、的特殊要求由于煤矿井下环境潮湿，还有煤块、岩石冒落的危急，并存在爆炸性混合物，因此用于煤矿井下的电气设备应具有一些基本条件，也就是矿用电气设备的特殊要求：1)气设备的外壳应具有确定的防护实力；2)具有良好的防潮性能，以保证电气设备良好的绝缘性能；3)各种类型的电气设备在满足技术要求的前提下，应尽量减小体积、减轻重量、便于操作、修理便利，以适合井下工作环境狭小的特点；)无论何种形式的防爆电气设备必需具有良好的防爆性能。6.井下电气设备的选用按煤矿平安规程第四百四十四条的规定：选用的井下电气设备应符合下表的要求。二、防爆设备的类型、标记及适用条件(一)隔爆型电气设备1.隔爆型电气设备的隔爆原理、防
10、爆标记及性能1)隔爆原理隔爆型电气设备的防爆原理是：将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，该外壳具有将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔离开的作用，并能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，而外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备。隔爆型电气设备具有良好的隔爆和耐爆性能，被广泛用于煤矿井下等爆炸性环境的工作场所。2)防爆标记隔爆型电气设备的标记为“d”。标记全称为ExdI。其中“Ex”为防爆设备的总标记;“I”表示
11、I类，为煤矿井下用电气设备。3)性能依据隔爆型电气设备的防爆原理，我们知道隔爆外壳应具有耐爆性和隔爆性能。所谓耐爆就是外壳能承受壳内爆炸性混合物爆炸时所产生的爆炸压力，而本身不产生破坏和危急变形的实力。所谓隔爆性能就是外壳内爆炸性混合物爆炸时喷出的火焰，不引起壳外可燃性混合物爆炸的性能。为了实现隔爆外壳耐爆和隔爆性能，对隔爆外壳的形态、材质、容积、结构等均有特殊的要求。4)特点隔爆型电气设备有一个坚实的外壳，这种外壳除了可将其内部的火花、电弧与隔爆外壳环境中的混合爆炸物隔开以外，还有确定的机械强度。接合面结构的形式有：平面形结构、圆筒形结构、平面加圆筒结构、曲路结构、圆筒螺纹结构、衬垫结构、叠
12、片、微孔结构和金属网结构。(二)隔爆型电气设备的失爆缘由及预防措施1.井下常见的失爆现象：矿用电气设备的隔爆外壳失去了耐爆性或隔爆性就叫失爆。一台已经失爆的防爆电气设备，假如其内部发生爆炸，必将因外壳炸坏而干脆引起壳外的爆炸性气体爆炸;或者是从各部缝隙中喷出的高温气体或火焰回引起壳外的爆炸性气体爆炸，这是特别危急的。因此煤矿平安规程规定必需运用防爆型电气设备的场所，已经失爆的任何防爆型电气设备，确定禁止运用。煤矿井下常见的失爆现象有：1)由于隔爆接合面严峻锈蚀，有较大的机械伤痕凹坑。连接螺钉没有压紧而使它门的间隙超过规定值，因此失爆。2)因矸石冒落砸伤，支架变形挤压，搬运过程中严峻碰撞等而使外
13、壳严峻变形；因隔爆外壳上的盖板、连接嘴、接线盒的连接螺钉折断，螺扣损坏，连接螺钉不齐全等，使其机械强度达不到规定的要求而失爆。3)在隔爆外壳内不经批准随意增加元件或部件，使电气间隙和爬电距离小于规定值。造成经外壳相间弧光接地短路，使外壳烧穿而失爆。4)连接电缆没有运用合格的密封圈或未用密封圈，电缆橡胶护套伸入内腔壁长度不够规定值，以及不用的电缆接线孔没有运用合格的封堵挡板而失爆。5)接线柱、绝缘座管烧毁，使两个空腔连通，内部爆炸时产生过高压力而使外壳失爆。6)隔爆外壳因焊缝开焊、有裂纹而失爆。失爆都是由于安装、运行、修理质量不符合标准或产品质量不合要求所引起的，围此，必需严格保证质量，才能防止
14、失爆。2.矿用隔爆型电气设备的失爆缘由 造成隔爆外壳失爆的缘由是困难多样的，我们从常见的主要缘由来加以分析。1)电气设备在下井前是平安牢靠的，但运行到确定程度或由于维护和定期检修不妥，防护层脱落往往使隔爆面上出现砂泥灰尘等杂物，某些用螺钉紧固的平面对口接合面上也会出现凹坑，有可能使隔爆面间隙增大。为此要求检修人员定期维护、除去接合面上的砂泥、灰尘等杂物。2)井下电气设备由于移动或搬运不当而发生磕碰，使外壳变形或产生严峻的机械伤痕。或在运用中也很可能发生碰击现象，严峻时可能增加接合面间隙，因此在搬运和运用中要特殊当心。3)装配时产生严峻的机械伤痕。这是由于装配前隔爆面上铁屑，焊釉等杂质没清除干净
15、造成划伤隔爆面，在转盖式结构的结合面上特殊简洁发生这种现象，因此在装配时要事先清除接合面上的铁屑等杂物。4)隔爆面上产生锈蚀现象。这是由于井下潮湿的原因，一般井下湿度大，钢制零件简洁氧化而产生锈蚀斑点，损伤光滑度，在发生瓦斯爆炸的过程中铁锈易将灼热的火焰带出而引起矿井瓦斯的爆炸。为此应常常加强维护，实行冷磷化处理或涂凡士林油的方法来防腐。5)由于不熟悉设备的性能，在装卸过程中没有接受专用工具或发生误操作。如拆卸防爆电动机端盖时，为了省事而用器械敲打，可能将端盖打坏或产生不明显的裂纹，可能发生传爆的现象。6)拆卸时零部件没有打钢印标记，待装配时没有对号而误认为是可互换的，造成间隙过小，间隙过小对
16、活动接合面可能造成摩擦现象，破坏隔爆面，所以每个零部件确定要打钢印标记，装配时对号选配。7)螺钉紧固的隔爆面，由于螺孔深度过浅或螺钉太长，而不能很好的紧固零件。为此应检查螺孔是否有杂质，螺扣是否完好，装配前应进行检查和处理。8)由于工作人员对防爆理论学问驾驭不够，对各种规程不能正确贯彻执行，以及对设备的隔爆要求马虎大意，均可能造成失爆。为此应加强理论学问和规程的学习，克服麻痹大意的思想，这是检修人员和技术工作者的责任。3.矿用隔爆型电气设备失爆的预防措施加强隔爆电气设备的综合管理、修理，刚好解除故障，是防止隔爆型电气设备失爆的重要环节。忽视了这一工作，将会损坏设备的防爆性能，使之处于“失爆”状
17、态，就可能发生因电火花引起的瓦斯、煤尘爆炸事故，后果是不行思议的。为此，对隔爆电气设备必需加强管理，细致修理，作到管好、用好、保养好。1)隔爆电气设备的管理(1)下井前的检查 设备出厂，除按规程规定和质量标准的要求，做好绝缘特性试验检查外，下井前，还要作一般检查，检查内容如下：零、部件是否齐全、完整。隔爆外壳是否涂有防腐油漆。大、中修设备必需重新涂防腐油漆(铝制外壳例外)。隔爆外壳、接线箱，底座等是否变形、走样。稍微凹凸不平不能超过完好标准。要通电试运转，看开、停、吸合动作是否灵敏牢靠，运行是否正常，有无杂音。各种进出线咀是否封堵。要有合格的密封胶圈，铁垫圈和档板，放置依次是：最里为密封胶圈，
18、中间为档板，最外是铁垫圈。线咀要拧紧。隔爆面是否有锈蚀和机械伤痕，是否涂有防绣油脂。隔爆面不能有绣，最好进行磷化处理，光滑度要合乎要求。针孔、划痕等机械伤痕不能超过规定。隔爆间隙是否符合要求。对每台设备的隔爆面都要逐一测量。2)搬运中应留意的事项：井下尤其是采掘工作面，因空间较小；起吊，搬运设备条件较差，所以设备装车、卸车，搬运工作比较困难。甚至有的地方全靠人力运输。因此，能否平安的把防爆电气设备运输到运用地点，是保证其防爆性能很关键的一环。在搬运中，要留意以下事项：电气设备装车时，要轻装轻放，不要乱扔乱摔。为避开运输中在车内滚动磕碰，要用木板等物垫好挤好，外露接合面，如采煤机电机的端面、电动
19、机轴头，要用木板或专用铝制外罩加以爱护，以免损伤。低压防爆开关等，要用闭锁螺丝将转盖锁住，避开转盖滑脱，内部进水进灰尘、碰坏隔爆面。在主运输巷道内、用电机车等设备运行时、速度不宜过快，防止掉道碰车，损坏设备。卸车时，不能“大撤把”，要留意不要把线咀、线盒手把，仪表碰坏。临时存放地点不能有积水，淋水。采掘工作面范围内的设备搬运，般接受绞车、推车等运搬设备。巷道有高矮弯直不同状况，极易刮碰设备的突出部分，如轴头、手把、线盒、线咀托架等，而这些部位恰恰是影响隔爆性能的关键部位。螺丝假如刮断，有的在井下可以处理，有的则需上井处理。所以搬运时要有专人护送，随时留意刮碰状况。在坡度大的上山、工作面搬运时，
20、要用绳索拴住，防止自行滑落。3)运用中的管理工作 加强防爆电气设备在运用中的管理工作是特别重要的工作。这一工作，也要依靠群众，细致做好。运行中的隔爆电气设备，四周环境要干燥、整齐，不能积累杂物和浮煤，保持通风良好。顶板要插严背实，有牢靠的支架，防止矸石冒落砸坏设备，有底水的地方，要疏通水沟刚好排出。底扳潮湿时，要用非燃性材质做个台子，把设备垫起来。避不开的淋水，要搭设防水槽，避开淋水浇到电气设备上。设备上的煤尘要刚好打扫。备用的隔爆电气设备、零部件要齐全，螺丝拧紧，大小线咀要有密封胶圈、垫圈，并用档板堵好。外露螺丝要涂油防锈。隔爆面要涂防绣油。使之达到完好标准要求。存放地点要平安、干燥，且便于
21、运输。设备上要接上明显的“备用”标记牌，备用设备的零件不许随意拆用。因急需或倒装需用拆下来未经上井检修的隔爆电气设备时，要在井下现场进行小修。更换老旧螺丝和失效的弹簧垫圈，擦净隔爆腔内的煤尘、电弧、铜末、潮气、修理接线柱丝扣，变形的卡爪，修理或更换烧灼的触头、防爆面除锈、擦拭涂油、并用欧母表测量其三相之间，相地之间的绝缘状况，看是否符合规程要求。用塞尺测量隔爆间隙是否合乎要求，合格后方可运用。不经检修，零件不全，螺丝折断，绝缘、防爆间隙不合要求的设备不准运用。设备运用要合理，爱护要齐全。增加容量要办理手续，要有专人驾驭负荷状况。采掘生产变更很大，产量不均负荷电流忽高忽低，这个问题要加以留意。例
22、如刮板输送机铺设长度要适当；采煤机的牵引速度要合理限制；电钻打眼不要用力过猛；装煤机、装岩机的操作要合理。这样，防止电气设备因过载而烧毁，或因爱护装置失灵而引起冒火，造成重大事故。为了刚好解除设备故障，保证隔爆性能良好，井下运用单位必需在现场准备确定数量的备件和材料。如：各种线嘴线盒、接线柱、绝缘套管、卡爪、接线座、触头、螺丝、弹簧圈、密封胶圈、垫圈、按钮、漆布、胶布、砂布等等。要做到数量足够、质量合格、刚好补充、专人保管。虽然设备是隔爆的，备件是合格的，但假如没有确定的专用工具和合理的操作规程，设备仍旧可能“不防爆”。所以井下电工必需配备专用工具。不常用的特殊工具，如：手摇钻、丝锥、板牙、万
23、能套管、万能表、兆欧表等，也要以工作面、片为单位准备一套。要教化电工按操作规程办事，努力提高技术水平，工作符合质量标准。4)设备上井拆下不用的隔爆电气设备，要刚好组织运往井上，进行检修，积压久了，会造成设备锈蚀、损坏，给检修工作带来困难，甚至使某些隔爆部位难以修复而失爆。拆下的设备，不要以为不用就忽视对它的疼惜，要保持零部件齐全，不准随意拆套，力求达到“完好”。下运、装车、上井，要由专人来做，不能连滚带摔，碰坏零件。也不能图灵活，将设备拆散上井。有些部位仍要加以爱护，使其完整无缺。(三)本质平安型电气设备1.本质平安型电气设备的防爆原理、防爆级别及性能1)防爆原理本质平安型电气设备的防爆原理是
24、：通过限制电气设备电路的各种参数，或实行爱护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃四周环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是平安的，故称为本质平安型(以下简称本安型)。接受本安电路的电气设备称为本质平安型电气设备。本质平安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本质平安电路组成的，如便携式仪表多为单一式。复合式本质平安型电气设备是指电气设备的部分电路是本质平安电路，另一部分是非本安电路，如隔爆兼本质平安型电源。2)防爆级别本安型
25、电气设备依据平安程度的不同分为ia和ib两个等级。ia等级是指电路在正常工作和个或二个故障时，都不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备；当正常工作时，平安系数为2；一个故障时，平安系数为1.5，两个故障时，平安系数为1。ib等级是指正常工作和个故障时，不能点燃炸性气体混合物的电气设备；当正常工作时，平安系数为2；一个故障时，平安系数为l.5。从平安等级划分标准中可以看出，ia等级的本质平安型电气设备的平安程度高于ib等级。从技术要求上看，ia等级的本质平安型电气设备比ib等级的本质平安型电气设备要求更高更严。本质平安型电气设备的标记为“i”。标记全称为：“ExiI”。3）性能本质平安型电路是设计制
26、造本质平安型电气设备的关键所在。所谓本质平安电路是指在电路设计时通过合理地选择电气参数，使电路在规定的试验条件下，无论是正常工作或是在规定的故障状态下产生的电火花和热效应都不能点燃额定的爆炸性混合物的电路。上述“规定的试验条件”是指在考虑了各种最不利因素(这包括确定的平安系数、试验介质的浓度等)的试验条件。“电火花”是指电路中触点动作火花包括按钮、开关、接触器接点、各种限制接点等所产生的火花，以及电路短路、断路或接地时所产生的电火花，也包括静电和摩擦产生的火花。“热效应”是指电气元件、导线过热形成的表面温度及热能量和电热体的表面温度及热能量。“正常工作”是指本质平安型电气设备在设计规定的条件下
27、工作。“规定的故障状态”是指除“牢靠元件或组件”外，全部与本质平安性能有关的电气元件损坏或电路连接发生的故障，诸如电气元件短接、晶体管或电容击穿、线圈匝间短路等均为规定的故障状态。“牢靠元件或组件”是指在运用、存储和运输期间不会出现影响本质平安电路平安性能的故障的元件或组件 4）本质平安型电气设备的特点本安型电气设备分单一式和复合式两种，单一式本质平安型电气设备的外壳可接受金属、塑料及合金制成。外壳必需具有确定的强度，并具备确定的防尘、防水、防外物实力。对一般环境运用的设备，其防护等级不低于IP20。对用于有腐蚀没气体的环境的外壳，应具有防化学腐蚀实力。对用于采掘面工作的电气设备，其外壳防护等
28、级应达到IP54。运用塑料外壳时要防止产生静电，且塑料外壳的材质要接受不燃性或难燃性材料制成。接受合金外壳的材质中的含镁量不超过0.5，以防止由于摩擦产生危急火花。本安型电气设备的电源有两种：独立电源和外接电源，独立电源是指干电池、蓄电池、光电池和化学电池等。外接电源是指经电网引入、经电源变压器供电的电源。常用的独立电源是干电池和蓄电池，这是电阻性电路的电源。假如电池的实际最大短路电流不超过最大平安电流，那么电池可作为本质平安电源干脆运用。假如最大短路电流超过了设计允许值，则应串联限流电阻后方能运用。煤矿井下运用的本安型电气设备的电源大多数是从电网引入经电源变压器变压整流后的电源，一般为隔爆兼
29、本质平安型。对于电源变压器的输人绕组应设有熔断器或断路爱护装置，变压器铁心要接地。变压器的本安电路接线端子与非本安端子应分两侧布置，以防碰触和击穿，其电气间隙和爬电距离应符合具体规定。电源变压器绕组的分布可接受不同的方式：向本安电路供电的绕组与其他绕组内外分布，但在两种绕组间要实行加强绝缘的措施，并按规定进行变压器的绝缘耐压试验；向本安电路供电的绕组与其他绕组内外分布，但在两绕组间要用铜质接地屏蔽层隔离，屏蔽层可用铜导线绕组或铜箔，且屏蔽层要一端接地，屏蔽层厚度应符合具体规定。本质平安型电气设备结构简洁、体积小、重量轻；制造、修理便利、投资少；平安性能牢靠。本安型是一种比较志向的防爆设备。在满足技术要求的状况下，应优先选用。