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1、第1页/共284页目录前 言第一篇 矿井气体 爆炸性混合物的形成1、我国煤矿井下的基本环境条件2、我国煤矿井下的基本工况条件3、煤矿井下巷道内的气体4、爆炸性混合物的形成第二篇 矿用防爆电气设备的基本要求1、概述2、基本要求3、专用规定4、煤矿安全规程对电气设备的有关规定（摘录）第2页/共284页第三篇 矿用隔爆型电气设备“d”1、隔爆外壳的基本防爆原理2、隔爆型电气设备3、隔爆型电气设备结构第四篇 增安型电气设备“e”1、概述2、通用要求3、专用规定第3页/共284页第五篇 本质安全型电路与本质安全型电气设备“i”1、概述2、本安型电路的防爆原理3、本安型电气设备的结构要求 4、本安型电路设
2、计计算基础第六篇 矿用一般型电气设备“KY”1、概述2、通用技术要求3、专用技术要求4、标志5、铭牌第4页/共284页第七篇 制造与维修1、质量体系2、生产制造的基本条件3、隔爆型电气设备的使用与维修4、增安型电气设备的维修5、本质安全型电气设备的使用与维修第八篇 试验检测1、概述2、防爆性能试验3、电气性能试验第5页/共284页前言煤炭、石油、化学、纺织等工业在国民经济中占很重要的地位，这些行业在生产过程中会产生爆炸性气体蒸汽或爆炸性粉尘，这种场所均称为爆炸性危险场所。按国际IEC标准和我国防爆标志GB3836.1的规定，防爆电气设备分为二类，即I类：煤矿用电气设备；II类：除煤矿外的其他爆
3、炸性气体环境用电气设备。第6页/共284页除I类场所之外，II类场所按爆炸性物质出现的频敏程度、持续时间又划分为“0区”“1区”、“2区”三个等级，其中0区危险程度最大。防爆型式是为防止点燃周围爆炸性混合物而对电气设备结构所采取特定的安全措施，就我国现有制定的强制性国家标准及近几年来的技术状况来说，其防爆型式有：第7页/共284页隔爆型“d”、增安型“e”、本质安全型“i”、正压外壳型“p”、油浸型“o”、充砂型“q”、“n”型、浇封型“m”、特殊型“s”、混合型（上述类型的复合，例dibI）。我国煤矿井下常用的型式以隔爆型、增安型、本质安全型、特殊型及混合型为主，因此本讲义主要包括爆炸性气体
4、环境用电气设备通用要求、隔爆型“d”、增安型“e”及本质安全型“i”四部分。在我国煤矿井下还使用着矿用一般型电气设备“KY”，为此，也一并作基本介绍。第8页/共284页本讲义拟作矿用防爆基本知识、设备使用维护、基本设计的介绍，对科研设计及煤矿电气设备使用人员有一定参考价值，因此也是一本基本培训素材。第9页/共284页第一篇 矿井气体、爆炸性混合物的形成 1 我国煤矿井下的基本环境条件1.1空气成份第10页/共284页在煤矿井下采掘过程中，空气里含有瓦斯（甲烷）、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、二氧化氮、氨及其它碳氢化合物，其中瓦斯（甲烷）含量占85%以上。当空气中的瓦斯（甲烷）含量达到515时，遇
5、上650以上的高温或具有足够能量的火花，便会发生气体爆炸的危险。在采掘过程中还会引起大量煤尘的飞扬，当煤尘粒度在0.751mm以内，其浓度在302000g/m3范围内时，遇上700以上的较大热源，便可能发生爆炸的危险。第11页/共284页这两种爆炸是伴生的，一般在瓦斯爆炸后引起煤尘爆炸，而煤尘爆炸造成的破坏更为严重。因此，煤矿安全规程对煤矿井下的空气成份与井巷中风流速度都作了严格的规定。对采掘设备也有相应的规定，例在综合机械化采掘工作面，规定采煤机、掘进机设立内喷雾降尘装置；对工作面、井下煤仓、溜煤眼、翻罐笼、输送机、装煤机及其它转载地点都规定有外喷雾或喷水措施。第12页/共284页1.2环境
6、温度煤矿井下的气温是随着地层深度和四季季节的变化而有所区别，就同一地点的年平均温度比较稳定，上下温差变化甚微。煤矿安全规程规定生产矿井采掘工作面不得超过26，机电峒室不得超过30。个别地点若超过规定的温度，必须采取降温措施，进风井筒冬季结冰时，必须装设空气预热设备，保持进风口以下空气温度在2以上。第13页/共284页我国防爆标准GB3836.1通用要求中规定电气设备环境温度在2040时能正常运行。以上的规定既考虑煤矿井下矿工有较合适的工作环境，又考虑了电气设备在运行中能基本防止高温散热差及高、低温的热剧变、热老化现象导致绝缘老化、工作寿命短，以确保正常运行。第14页/共284页1.3相对湿度煤
7、矿井下湿度大，有淋水是一大特点，相对湿度在95100左右范围内变化，当井下温度在大于25情况下，对电气设备的绝缘性能影响很大。为此，I类电气设备规定必须按国标GBT2423.4标准交变湿热试验方法进行测试，以确保电气设备在恶劣气候条件下能正常运转。第15页/共284页1.4周围空间煤矿井下作业空间狭窄，巷道受顶板压力的作用造成煤块、岩石冒落，使电气设备易遭碰、砸、压，而且煤矿生产作业经常变动，电气设备需要频繁移动。因此，要求矿用电气设备外壳既要防爆，又要在承受强度情况下设计得轻巧，同时电性能满足要求，运行可靠，操作简单，维修方便。第16页/共284页1.5电气设备壳内的环境条件由于电气设备外壳
8、达到防爆要求，因此电气设备在正常运行中壳内温度扩散条件差，尤其对经常频繁起动、停止工作状态有分断大电流现象，其电器件触头的电弧会引起设备内高分子绝缘材料的分解，从而产生有害物质，导致电子、电器元件工作条件的恶化。由于过负荷、过电压等原因，在隔爆外壳中也会出现电弧短路故障，电弧能量使得隔爆外壳中的压力导常升高，甚至造成外壳结构的破坏，这是值得引人注意的。第17页/共284页2我国煤矿井下的基本工况条件2.1供电系统和电压等级煤矿供电系统一般为地面变电所，以10kV或6kV供电下井中央变电所、采区变电所直到工作面配电点，基本属于垂直方式四级供电系统。煤矿井下电气设备的发展伴随着供电电压等级的变化而
9、发展。采区供电电压普遍采用380V、660V、1140V电压等级，综采机械化工作面现已采用3300V电压等级，手动电动工具（例煤电钻）及井下照明均规定采用127V电压等级。第18页/共284页自89年起，煤炭行业发展日产7000吨高产高效综合机械化采掘工作面任务，我国采煤机单机功率已达到500kW以上，整台采煤机装机容量达1000kW以上，由此而使井下采区供电电压由1140V电压等级向3300V电压等级发展。第19页/共284页2.2电压偏差煤矿井下由于开采深度、层次的变化，采煤工作面距离的移动及更换，井下用电负荷经常变化，因此供电电压的波动范围也较大，这就要求矿用电气设备能在75%110%的
10、额定电压下正常工作，同时对电性能提出更高的要求，如：矿用电器的动作特性和电子保护的电压稳定性等。第20页/共284页2.3冲击与振动矿用电气设备从井上到井下各场所的运输过程要承受不同程度的冲击与振动，采、掘、运机械（包括运输机车）用的机械电气设备在设备运行更要承受不同程度的冲击与振动，其振动频率、振幅及时间与正弦振动概念不同，很难以现有标准来判定，电气设备运行不正常与冲击、振动也有很大关系。第21页/共284页2.4安装类别安装类别（过电压类别）主要对低压电器面言，矿用电气设备按GB/T14048.1低压开关设备和控制设备总则的有关规定，基本按III、IV类考虑。第22页/共284页3煤矿井下
11、巷道内的气体把煤层及其围岩涌出的天然气和井下巷道内由于大气氧与煤、岩石、木棚之间化学反应和生物化学反应以及在井下钻眼爆破工作和有机物质燃烧形成的工艺气体，均统称为矿井气体。矿井气体的主要成份是瓦斯，也称甲烷（CH4）及其同系物，煤矿井下最危险的是爆炸性气体。它包括甲烷（98）及其同系物（乙烷、丙烷、丁烷）及其它可燃性气体。井下空气中瓦斯的含量很大程度上取决于地质构造、煤层埋藏深浅程度及开拓方式。第23页/共284页对井下巷道内瓦斯含量主要取决于各种自然因素，例如开采深度、煤层瓦斯含量、煤层中甲烷压力和透气性。一般来说，瓦斯主要的涌出源是顺槽准备巷道的新暴露面和回采工作面经常更新的移动工作面及采
12、落的煤。在通风量不足的情况下，巷道内瓦斯含量会超过“煤矿安全规程”规定的标准。尤其在准备巷道的掘进工作面，回采工作面的采煤机附近和工作面与回风巷道的交界处附近更为严重。第24页/共284页3.1在掘进巷道打眼放炮情况下据有关资料介绍，放炮后大约在半分钟之内，瓦斯浓度由1提高到16；在1分钟之内，瓦斯浓度可提高到30%左右；在315分钟内，瓦斯浓度降低到4.5。当局扇停止通风时，这种巷道瓦斯积聚浓度则随着瓦斯绝对涌出量的增加、瓦斯浓度超限时间的延长、巷道长度及倾角增大而增大。第25页/共284页3.2在回采工作面的采煤机附近落煤带和工作面与回风巷交界处 采煤机落煤带内瓦斯涌出量除了与煤的瓦斯含量
13、有关以外，还与落下的煤和新暴露煤壁的瓦斯逸出量有关，一般认为开采煤层的厚度、工作面风速、煤层瓦斯天然含量和回采工作面平均日推进速度是使最大瓦斯浓度超过工作面各断面平均值的主要因素。第26页/共284页3.3矿井瓦斯等级的划分煤矿安全规程规定，一个矿井中，只要有一个煤（岩）层发现过瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理。矿井瓦斯等级，按照平均日产1t煤涌出瓦斯量和瓦斯形式进行划分，即低瓦斯矿井：10m3及其以下，高压斯矿井10m3以上及煤与瓦斯突出矿井三种。对低瓦斯矿井中，个别采区瓦斯涌出量较大或瓦斯涌出有异常情况时，则该采区应按高瓦斯区进行管理，具体由矿务局定时组织鉴
14、定工作，报上级部门批准执行。第27页/共284页4爆炸性混合物的形成4.1爆炸性气体空气混合物的爆炸界限瓦斯空气混合物的爆炸是大气中氧气与瓦斯在危险高温或足够的火花能量时的自动回速反应，同时伴随着放热，产生二氧化碳气体和水蒸汽，即：CH42O27.52N2CO22H2O7.52N2831.0千卡克分子第28页/共284页在正常条件下，515瓦斯空气混合物是爆炸性混合物。当井下空气中瓦斯含量5或15时，由于在瓦斯含量低的低混合物中瓦斯燃烧时产生的热量不足以维持燃烧，而瓦斯含量高的高混合物中瓦斯过剩，对混合物起冷却作用（瓦斯的热量消耗比空气高1.5倍），两者均使混合物不爆炸。但是，在井下空气中瓦斯
15、含量超过15时，由于瓦斯气体取代氧气，对于人的生命的有危险的。例如，空气中瓦斯气体含量超过43%时，由于氧气不足，人就会发生窒息的危险。第29页/共284页由上可知，5是爆炸下限，15是爆炸上限，它还随着初始压力的上升而提高。任何爆炸性气体混合物都存在着爆炸的下限和上限，现将列举几种名称列表所示。第30页/共284页名称分子式可爆炸极限（体积比）最低引燃能量(mJ)燃点温度(K)下限（）上限（）瓦斯（甲烷）CH45150.282316丙烷C3H82.19.50.252383乙烯C2H42.7340.12557乙炔C2H21.5820.019 2893氢H24.075.60.019 2483氨N
16、H31528二硫化碳CS21.260硫化氢H2S4.345甲苯C7H81.276.752484第31页/共284页4.2电气设备在故障状态下电气绝缘材 料有机成份受热分解气体煤矿井下空气湿度较大，矿井水蒸汽有腐蚀作用，电气设备在长期运行过程中由于煤尘向电气外壳内部不断侵入，会使原有电气材料绝缘性能降低，严重者会导致电气击穿现象；也由于电气保护装置调整不符合要求或者保护失效，电气设备大功率的放电，对绝缘材料产生热作用；第32页/共284页如果带电部件匝间短路或电路系统短路产生 飞弧现象等，这些均是产生可燃性气体的直接原因。众所周知，塑料在持续加热到几百度时，最初是机械性能下降，然后产生材料分解，
17、析出气体和烟雾。所析出的气体中氢气和一氧化碳占主要成份，据有关资料介绍，绝缘材料在电弧电流1400A，电压700V作用下，第33页/共284页在0.20.25秒时间内，在密封钢壳（净容积16升）内发现了可燃性气体，其中氢和一氧化碳含量较大，而外壳内部的压力取决于电流强度和电弧燃烧时间。现以三种树脂在密闭容器内高温分解现象列表所示：第34页/共284页气体高温分解1克树脂产生气体量（cm3）聚酰胺树脂 环氧树脂苯乙烯聚脂共聚物二氧化碳528.319.0一氧化碳10028.2-氢80.6-甲烷56.330.216.9乙炔-2.9-乙烯-8.813.2气体总量288.984.473.8爆炸危险浓度计
18、算下限值（体积比，）7.76.1*2.6*在10分米3空气的容积内足够产生爆炸性气体的经过高温分解的树脂数量2.97.7*3.6第35页/共284页注：*为近似值上述三种树脂中，尽管均有耐高温的特点，但经高温分解，足以达到爆炸危险的浓度，不能忽视。第36页/共284页4.3爆炸性混合物的分类防爆电气设备分为两类，其中煤矿井下用电气设备为I类；除煤矿外其他爆炸性气体环境用电气设备为II类。这是根据使用地点的不同来划分的。煤矿井下爆炸性混合物主要是瓦斯（甲烷）；爆炸危险厂房主要指石油开采、石油炼制、输油系统及化工、纺织、石棉厂房等，由于具有各种各样的爆炸性气体，而这些爆炸性气体在相同的试验条件下，
19、具有不同的试验安全间 隙、不同的最小点燃电流和自燃温度。第37页/共284页根据试验安全间隙和最小点燃电流比将II类电气设备又分为A、B、C三级。其分级标准如下所示：类、级别 MESG(mm)MICR I 1.14 1 IIAmax0.9 MICR0.8 IIB0.9max0.5 0.8MICR0.45 IIC 0.5max 0.45MICR 第38页/共284页各种爆炸性气体或蒸汽与空气的混合物按其引燃温度分为六组：T1、T2T6。分组标准如下表所示：温度组别 最高表面温度 T1 450 T2 300 T3 200 T4 135 T5 100 T6 85第39页/共284页注：引燃温度测定采
20、用IEC794的试验方法。（略）可燃性气体、蒸汽级别、温度组别举例见GB3836.1中附录A。实测引燃温度可采用IEC标准方法的测定值，也可对实物通过试验测定。第40页/共284页第二篇 矿用防爆电气设备的基本要求1概述各类矿用防爆电气设备都有专用标准和其它有关标准的规定，但各类矿用防爆电气设备又要执行共同的要求，即爆炸性气体环境用电气设备通用要求(GB3836.1-2000)。只有在两者均满足规定的条件下，才能符合其防爆性能。本篇主要阐述“通用要求”的要点。第41页/共284页2 基本要求2.1温度 (1)矿用电气设备表面考虑到易堆积煤尘，如表面温度大于200时，会发生焖燃现象，因此，允许最
21、高表面温度为150。如果采取措施后能防止煤尘堆积，则允许最高表面温度为450。(2)矿用电气设备的运行环境温度应满足2040。如果环境温度范围不符合，须在铭牌上标明，并以最高环境温度为基准计算电气设备的最高表面温度。第42页/共284页(3)对于总面积不大于10cm2的部件，例如本安型电路使用的晶体管或电阻等，其最高表面温度相对于实测引燃温度具有下列安全裕度时，该部件的最高表面温度允许超过电气设备标志的组别温度。T1、T2、T3组设备为50；T4、T5、T6组设备及I类设备为25第43页/共284页(4)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26，机电
22、峒室的空气温度不得超过30，这组数字仅供产品设计时参考。2.2GB3836.1-2000标准对防潮要求提出具体试验方法和考核标准，规定湿热试验按GB/T2423.4标准进行。试验严酷等级应符合产品相应的现行湿热带电工产品标准的规定，且至少为40、6d。第44页/共284页2.3对外壳的要求对快开门结构：(1)内装电容器时，规定由断电到开门的时间间隔须大于电容器放电至下列剩余能量所需要的时间，充电电压200V，I类电气设备：0.2mJIIB电气设备：0.06mJ，IIC电气设备：0.02mJ；充电电压200V可为上述能量两倍。(2)内装电热器时，由断电至开门的时间间隔须大于电热器温度下降至低于电
23、气设备允许最高表面温度所需的时间。(3)上述、条规定的时间间隔，需设有警告牌标明。第45页/共284页对塑料外壳：标准作出下列规定：(1)塑料应具有不燃性或难燃性。a.规定塑料外壳应用不燃或阻燃材料制成，并应能承受所规定的燃烧性能试验。b.燃烧性能试验按GB11020测量固体绝缘材料暴露在引燃源后燃烧性能试验方法中规定的火焰垂直试样法（FV法）进行，试验结果以不低于FV2级的要求为合格。C.塑料外壳的表面面积大于100cm2时，应设计成在正常使用维护和进行清洁条件下能防止生产引燃危险静电电荷的结构。第46页/共284页(2)外壳就能承受20J的冲击能量及经受热稳定的试验。(3)为保证正常工作时
24、表面不积聚危险的静电，其表面电阻值应不超过1109。塑料外壳上不允许直接制成紧固螺纹。第47页/共284页对轻合金外壳考虑到铝合金与锈铁撞击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，标准中规定携带式或支架式电钻及附带的插销可用抗拉强度不低于120Mpa的轻合金制成，其外壳还须能承受20J的冲击能量试验，试验后不得产生影响防爆性能的变形或损坏。第48页/共284页防爆标准对携带式仪表、灯的外壳采用轻合金材质时，有以下明确的规定：(1)I类携带式或支架式电钻（及其附带的插接装置）、携带式仪器仪表、灯具的外壳，可采用抗拉强度不低于120MPa，能承受GB13813规定的摩擦火花试验方
25、法考核合格的轻合金制成。(2)含轻金属的外壳材质按重量比，铝、钛和镁的总含量不得大于15%，并且钛和镁的总含量不大于6%。第49页/共284页紧固件紧固件是确保电气设备防爆性能的重要零件，设计选用时一般应作如下考虑：(1)紧固用螺栓和螺母附能防松装置。第50页/共284页(2)对要求采用特殊紧固结构时，可采用护圈式结构。a.螺栓头或螺母设在护圈内，要使用专用工具者能拧松取出；b.紧固后的螺栓头或螺母的上平面不得超出护圈高度；c.护圈直径、高度、螺栓通孔直径须符合标准中的规定；d.护圈可设有开口，开口的圆心张角须不大于120度。(3)紧固件应采用不锈材料制造，或经电镀等防锈措施。第51页/共28
26、4页联锁装置根据标准规定，联锁装置就设计成使用非专用工具不能解除其联锁功能的结构。对于螺钉紧固结构的设备，安设联锁装置确实有困难，可考虑设警告牌来替代。绝缘套管(1)绝缘套管应采用吸湿性较小的材料制成，对于电压高于127V的电气设备，不得采用酚醛塑料制品。现将几种固体电工绝缘材料的吸水性能经试验后列表如下：第52页/共284页项目试验方法BMC-M上塑33-3电气酚醛比重g/cm3GB1033-701.82.01.81.45成型收缩率GB1404-780.10.30.40.80.61.0吸水性mg/cm20.21.00.8耐电弧性SGB1411-78180180-相对泄痕指数分级GB4207-
27、84GB3836.3abd马丁耐热GB1035-70160140120抗弯强度N/cm2GB1042-79780468606860冲击强度N.cm/cm2GB1043-7919644.158.8体积电阻.cmGB1410-78101410121010击穿强度kV/mmGB1408-78121212燃烧性级UL-94V-0第53页/共284页由表内数据可知，a级低收缩不饱和聚酯料团性能优于其它材料，可提高电气设备在井下潮湿环境中的使用安全性。(2)当绝缘套管与连接件接线过程中承受力矩作用时，须能承受所规定的连接件扭转试验，结果为连接件与绝缘套管不得转动和损坏。第54页/共284页连接件与接线空腔
28、(1)电气连接件：a.保证连接可靠；b.具有足够的机械强度和发热截面，足够的电气间隙、爬电距离；c.在振动、温度变化影响下，不产生松动或者接触不良等现象。第55页/共284页(2)接线空腔：凡正常运行时产生火花、电弧或危险高温的电气设备，其功率大于250W或电流5A者，均须采用接线空腔。设计时应考虑：a.接线、拆线操作方便；b.盒内要留有电缆芯线弯曲半径的空间；c.接线后裸露带电体之间及每相对任何壳体之间的电气间隙、爬电距离都要符合相应电压等级规定的数值；d.为防止万一出现电弧闪络现象，接线盒内壁应涂以耐电弧瓷漆。第56页/共284页引入装置引入电气设备的电缆或导线（包括橡套电缆、铠装电缆）的
29、引入装置有三种方式，即密封圈式、浇铸固化填料密封式及金属密封环式。(1)密封圈式a.密封圈式中分为压盘式与压紧螺母式,两种，这两种引入装置都须具有防松与防止电缆拔脱的措施。b.引入橡套电缆时，其电缆入口处须制成喇叭状，要求内缘应平滑。第57页/共284页c.引入高压电缆时，引入装置（或接线盒）须留有放置电缆头的空间。d.密封圈须能承受标准中所规定的老化试验。e.密封圈的非压缩轴向长度需符合标准中的规定。f.引入装置一般应加设金属垫圈，以增大接触面积。g.当引入装置超过一个时，须备有公称厚度不小于2mm的钢质堵板，以防止在不引入电缆时，形成对外通孔，同时也作为防爆的措施之一。第58页/共284页
30、h.在额定工作状态下，如电缆引入口处的温度高于70或电缆芯线分支处的温度高于80时，须在接线盒内部设置铭牌，标明温度，以便选配相就的电缆。i.引入装置还须能承受专门规定的夹紧试验。第59页/共284页(2)浇铸固化填料密封式：A.须设置防止电缆拔脱装置，并须敷设电缆保护管。B.填料须符合下列要求：(a)具有不燃性或难燃性；(b)不必加热即可填充；(c)填充后，在常温下短时间内即可固化；(d)固化后，不产生有害的裂纹，且软化的温度不低于95；(e)不得对电缆护套产生不良影响；第60页/共284页C.填料的填充深度须大于电缆引入口孔径的1.5倍（最小40mm），并应有表示所需填充量的标记。(3)金
31、属密封环式：主要用于IIA、IIB电气设备。（略）第61页/共284页接地一般电气设备均须设外接地装置，接线空腔内部（当采用直接引入方式时，则在主空腔内部）须设有专用的内接地螺栓。对于携带式和移动式电气设备，可不设外接地装置，但必须采用有接地芯线或等效接地芯线的电缆。对于无必要接地或不允许接地的电气设备，可不设内、外接地螺栓。具体规定如下：第62页/共284页(1)应设内、外接地的设备，须标志接地符号。(2)电气设备非接地连接件应能至少与截面积为4mm2接地线有效连接。(3)本质安全型设备和仪器仪表类，外接地螺栓能压紧接地芯线即可。(4)接地螺栓应用不锈材料制造，或进行电镀等防锈处理。第63页
32、/共284页接线(1)连接件和接地端子应具有足够的机械强度，并保证连接可靠，虽受温度变化振动等影响，也不应发生接触不良现象。(2)如采用铝芯电缆，则须采取过渡接头，以免发生电解腐蚀现象。第64页/共284页3专用规定3.1电动机(a)外扇冷电动机，通风孔的防护等级：进风口IP20；出风口IP10。(b)立式电动机，外物不得垂直落入通风孔。(c)风扇、风扇罩、隔板须有足够的机械强度，并保证可靠的固定，同时能承受冲击试验。第65页/共284页(d)正常工作状态下，风扇距、风扇罩、隔板及其紧固件的间距须不小于风扇直径的1，但最小为1mm。(e)如风扇为塑料材质，其电阻值须不大于1109。(f)风扇如
33、用轻合金制成，标准中规定轻合金按重量比，铝、钛和镁的总含量不得大于15%，且钛和镁的总含量不大于6%。第66页/共284页3.2开关及控制器：a.电磁起动器中的隔离开关，通断能力低于AC3负荷时，须在电气上或机械上与接触器联锁。b.设有短路、漏电保护的开关，保护装置动作机构须采用手动复位的形式。其复位装置须具有特殊紧固件，或可设在有保护装置的外壳内部。c.控制器手柄如有可拆卸式，须保证在停止位置上才可卸下。第67页/共284页3.3灯具：a.透明件须能承受规定的冲击试验与热剧变试验；b.应设置断电开源后才能打开透明件的联锁装置或可用有“严禁带电打开”字样的警告牌代替；c.金属保护网与外壳须可靠
34、固定，网孔面积与网条尺寸应符合规定要求。第68页/共284页4 煤矿安全规程对电气设备的有 关规定（摘录）4.1 第440条规定，煤矿地面、井下的各种电气设备、电力和通信系统等的设计、安装、验收、运行、检修、试验及安全等工作，可参照执行有关部门的现行规程，遇有与本规程相抵触处，应按本规程的规定执行。4.2 第443条规定，严禁井下配电变压器中性点直接接地。4.3 第444条规定，井下电气设备的选用，应符合下表要求。第69页/共284页使用场所类别煤(岩)与瓦斯突出的矿井和瓦斯喷出区域瓦斯矿井井底车场、总进风道或主要进风道翻车机峒室采区进风道总回风道、主要回风道、采区回风道、工作面低瓦斯矿井*高
35、瓦斯矿井一、高低压电机和电气设备*矿用防爆型（矿用增安型除外）矿用一般型矿用一般型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型（矿用增安型除外）二、照明灯具矿用防爆型三、通信、自动化装置和仪器、仪表第70页/共284页注：*使用架线式电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电峒室内可采用矿用一般型电气设备（包括照明灯具、通信、自动化装备和仪器、仪表）。*煤（岩）与瓦斯突出矿井的井底车场的主泵房内，可使用矿用增安型电动机。第71页/共284页4.4 第448条规定，井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求：一、高压，不应超过10000V；二、低压，不应超过1140V；三、照明、手持式电气设备的额定
36、电压和电话、信号装置的额定供电电压，都不应超过127V。四、采区电气设备使用3300V供电时必须制定专门的安全措施，远距离控制线路的额定电压，不应超过36V。第72页/共284页4.5 第454条规定，峒室外严禁使用油浸式低压电气设备。40kW及以上的起动频繁的低压控制设备，应使用真空电磁起动器控制。4.6 第455条规定，井下高压电动机、动力变压器的高压侧，应有短路、过负荷和欠电压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路和过负荷及漏电保护装置，低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁的保护及远程控制装置。第73页/共284页4.7 第457条规定，矿井
37、地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，应装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置或有选择性的检漏保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离起动和停止煤电钻的综合保护装置。第74页/共284页第三篇 矿用隔爆型电气设备“d”第75页/共284页具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备。隔 爆外壳作为一种防爆型式至今已获得了广泛的应用，在结构型式上计有7580%用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的煤矿井下的矿用电气设备均采用了这种防爆型式，它对
38、促进煤矿生产过程电气化，对保证煤矿井下安全生产起到了决定性的作用。隔爆外壳是电气设备的一种防爆型式，其外壳能承受住通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物的内部爆炸而不损坏，并不会引起外部由一种、多种相应防爆级别气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。本篇主要介绍隔爆防爆机理、电气设备隔爆外壳的结构要求及电弧短路故障状态下对隔爆性能影响等内容。第76页/共284页1 隔爆外壳的基本防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
39、时所产生的爆炸压力，而外壳不被破坏；第77页/共284页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工作场所。隔爆性电气设备的标志为“d”。第78页/共284页隔爆型电气设备除电气部分外，主要结构包 括隔爆外壳及一些附在壳上的零部件，如衬垫、透明件、电缆（电线）引入装置及接线盒等。根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
40、本身不产生破坏和危险变形的能力。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，不会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，对隔爆外壳的形状、材质、容积、结构等均有特殊的要求。第79页/共284页2 隔爆型电气设备隔爆型电气设备主要在煤矿井下爆炸危险工作场所使用，其使用环境场地狭窄，搬运困难，并有岩石、煤块冒落、撞击的危险，其外壳不仅要具有耐爆性，还应具有足够机械强度，才能保证设备外壳在发生内部爆炸或受到外物撞击时，外壳不发生严重变形或损坏。为此，常在煤矿井下采掘工作面工作的隔爆型电气设备的隔爆外壳必须采用钢板或铸钢构成，但其他零部件或装配后冲击不到的或容积不超过2
41、L的电气设备，可用HT250灰铸铁制成。第80页/共284页对于I类非采掘工作面用隔爆外壳也可以用HT250灰铸铁制成。对于容积不大于2L的外壳，也可以采用工程塑料制成，这种材料具有易成型、易切削加工，比重轻、易于制造等优点，但使用这种材料作隔爆外壳时必须注意到塑料在高温下易发生分解和变形的性质。因此，在具有大量热源和能发生大电弧的电气设备上不宜使用塑料外壳。第81页/共284页隔爆外壳的几何形状是多样的，大量的理论研究和实践证明：在相同容积、不同形状的隔爆外壳中，非球形外壳中的爆炸压力比球形外壳中压力低，即球形外壳的爆炸压力最大，而长方体外壳爆炸压力最小，外壳内的爆炸压力是随着容器形状的不同
42、而改变。这是因为随着外形散热表面积的增大而降低了爆炸压力。因此，隔爆外壳以采用长方形外形为宜，这样可以提高外壳的耐爆能力。第82页/共284页隔爆外壳的容积也是设计隔爆外壳的关键。理论和实践都证明：在其他条件都一定的情况下，隔爆外壳的容积与外壳内的爆炸压力无关，容积对压力的影响不大。因此在设计制造隔爆外壳时就可以在满足设备技术要求的前提下，尽量减小隔爆外壳的体积，既保证了外壳的耐爆性又减小了体积、减轻了质量，更便于在煤矿井下特殊环境中使用。第83页/共284页一般隔爆外壳大都是由两个或两个以上的空 腔组成，且空腔间是连通的，因此在外壳内爆炸性混合物发生爆炸时将会产生压力重叠现象，也就是当一个空
43、腔里的爆炸性混合物爆炸时，会使另一个空腔里的爆炸性混合物受到压缩，而使压力增高。如果这个空腔再爆，将会出现过压现象，形成多空腔压力重叠，隔爆外壳的耐爆性将受到威胁。因此，在设计制造隔爆外壳时应尽量避免采用多空腔结构，如果无法避免这种结构则应尽量增大各空腔间联通孔的面积。第84页/共284页因为多空腔压力重叠的过压大小与两空腔容 积比以及连通孔断面积有关。当两空腔容积比一定时，连通孔断面积越大，过压就愈小，从而增加外壳的耐爆性能。另外，外壳的长、宽、高尺寸之比也不要过大，以免造成外壳内的压力重叠现象。隔爆型电气设备的隔爆外壳不但具有耐爆性还应具有隔爆性。隔爆外壳如何实现隔爆作用，这是研究隔爆型电
44、气设备的关键。我们知道，由于加工、制造、使用、维修等方面的需要，无论何种形状的隔爆外壳，都不可能是一个“天衣无缝”的整体，而是由几部分和各种零件构成的。第85页/共284页各部分以及零件之间都需要联接，而联接的 缝隙势必会成为外壳内的爆炸性产物穿过的途径。如果对这些联接的间隙不作特殊规定和技术要求，那么穿过间隙的壳内爆炸产物就要引燃壳外周围爆炸性混合物，其后果不堪设想。为了阻止壳内爆炸性混合物爆炸生成物引燃壳外周围的爆炸性混合物，就必须在外壳的各接合处，也就是联接间隙采取一些特殊有效的措施，实现外壳隔爆性能。通常把互相联接的接合面称为“隔爆接合面”，简称“隔爆面”。第86页/共284页而隔爆面
45、之间的间隙称为“隔爆接合面间隙”，简称“隔爆间隙”。隔爆间隙的大小是隔爆外壳能否隔爆的关键。通常隔爆面是采用法兰连接的隔爆保护方式。隔爆结合面间隙有多种结构：平面形结构（开关大盖与壳体、接线盒与壳体），止口形结构（电动机端盖与机座、转轴与转孔），平面加圆筒形结构（煤电钻接线盒盖与接线盒），曲路结构，锯齿型结构，螺纹结构，衬垫结构（照明灯罩与金属外壳），微孔结构（分析仪器传感器用铜基、不锈钢基粉尘冶金片，不锈钢球隔爆结构、发泡不锈钢板），金属网隔爆结构（多层铜网、不锈钢网）等，如图1-23所示。第87页/共284页利用外壳的间隙进行隔爆的理论与金属网对火焰熄灭作用原理相仿。隔爆外壳的隔爆作用是利
46、用外壳的法兰间隙来实现隔爆的。为什么法兰间隙能实现隔爆，现在理论研究上仍有两种观点：一种观点认为，法兰间隙对壳内爆炸生成物（火焰）有熄火作用，火焰在狭窄的法兰间隙中自动熄灭，因此法兰间隙有隔爆作用，另一种观点则认为，法兰间隙不仅能熄灭壳内火焰而且还能降低壳内爆炸生成物的温度，而这些生成物是有传爆危险的，所以法兰间隙能起到隔爆作用。第88页/共284页总之，理论的研究和实践都证明了利用隔爆外壳的法兰间隙能起到隔爆作用。既然法兰间隙能起隔爆作用，那么间隙的大小与隔爆作用的大小又存在什么关系呢？研究证明：法兰间隙越大，穿过间隙的爆炸产生物能量就越多，传爆性就越强，隔爆性能就越差。相反，法兰间隙越小，
47、传爆性就越弱，隔爆性能就越好。第89页/共284页法兰隔爆面的长度也和法兰间隙的隔爆性紧密相关。隔爆面越长，传爆的可能性就愈小，隔爆面越短，传爆的可能性就越大。为了能使隔爆外壳具有最佳隔爆性，人们对外壳法兰间隙的大小与隔爆性能进行了试验研究，试验得出：最大不传爆间隙就是最大试验安全间隙，不同的爆炸性混合物的最大试验安全间隙不同（当法兰间隙的长度为25mm）。既然法兰最大安全间隙对隔爆有如此重要的作用，那么影响最大安全间隙又有哪些因素呢？研究证明，第90页/共284页影响最大试验安全间隙的因素有：爆炸性混合物的浓度；隔爆法兰的长度及其表面加工粗糙度；隔爆外壳的容积；爆炸混合物的初始压力、温度和湿
48、度；点火源到隔爆间隙内缘的距离；爆炸性混合物的流动状态等诸多因素。下面逐一研究这引些因素对最大安全间隙影响的程度。第91页/共284页2.1 爆炸性混合物浓度的影响。最大安全间隙试验时使用的爆炸性混合物的浓度是最危险的浓度，当这种爆炸性混合物浓度高于或低于最危险浓度时（最大安全间隙试验中所采用的浓度），都会使试验安全间隙增大。爆炸性混合物浓度对最大试验安全间隙的影响是非线性关系变化的。第92页/共284页2.2 隔爆法兰长度的影响。法兰长度下降；安全间隙下降，法兰长度上升，试验安全间隙增大。当法兰长度从零增加到15mm时，试验安全间隙增长很快。但当法兰长度再度增大时，试验安全间隙只能增大到这种
49、爆炸性混合物的熄灭距离。如果再增大法兰面的间隙，爆炸性混合物的爆炸生成物将穿过间隙向壳外周围传播，那么外壳也就失去了隔爆作用。第93页/共284页2.3 隔爆外壳法兰表面加工粗糙度的影响。法兰表面加工粗糙度只要不影响间隙的宽度，即只要保持法兰表面平整，不会造成间隙宽度畸形，法兰表面略粗糙一些，对隔爆性能没有大的影响。一般认为要求隔爆面加工粗糙度Ra不超过6.3um。2.4 隔爆外壳的容积对最大试验安全间隙的影响。在壳内点火源位置一定的前提下，隔爆外壳容积的改变对最大试验安全间隙影响是不大的。第94页/共284页2.5 爆炸性混合物的压力和温度对最大安全间隙的影响。爆炸性混合物压力提高，最大试验
50、安全间隙将下降；爆炸性混合物温度的提高更易爆炸，将会使试验安全间隙下降。2.6 爆炸性混合物湿度的影响。随着爆炸性混合物湿度的提高，间隙的传爆的可能性减小，最大试验安全间隙将随之增大。第95页/共284页2.7 隔爆外壳内点火源位置对试验安全间隙的影响。对于快速反应的爆炸性混合物，壳内点火源位置对试验安全间隙的影响不大。但对于反应缓慢的爆炸混合物，点火源对最大试验安全间隙有较大影响。点火源位置偏离中心，最大试验安全间隙将随之增大。第96页/共284页3隔爆型电气设备结构隔爆型电气设备主要包括壳体与盖，及附属其外壳上的防爆部件，主要有电缆及导线的引入装置、接线盒、透明件、衬垫等。第97页/共28