在爆炸危险场所(环境)中,应尽量不安装或少安装电气设备,以减少因作为爆炸源的电气设备或电气线路故障而引起的爆炸事故。当必须设置电气设备时,应选择比较适合危险区域的防爆电气设备。在此,我们主要介绍电气设备的防爆原理以及对电气设备采取的防护措施。
常用的防爆型式有:隔爆型“d”、增安型“e”、本质安全型“i”、正压型“p”、油浸型“o”、充砂型“q”、浇封型“m”、“n”型、特殊型“s”。
一种是采取比较有效的措施将电气设备可能会产生的电火花、电弧和危险高温与爆炸性混合物隔离或相对隔离,避免应用环境的点燃爆炸;例如:隔爆型“d”、正压型“p”和浇封型“m”等。
另一种是通过限制电路中的点燃能量来达到防止点燃的目的;例如:本质安全型“i”。
还有一种是采取一系列措施避免电气设备或电路产生电火花、电弧和危险高温;例如:增安型“e”。
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”。隔爆型电气设备具备了良好的隔爆和耐爆性能,被大范围的使用在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”。
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,我们大家都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。
●耐爆性:外壳有充足的机械强度,可承受内部的爆炸压力而不损坏,也不产生一定的影响防爆性能的永久性变形。
●隔爆性:外壳壁上所有与外界相通的接缝和孔隙小于相应的最大试验安全间隙。
隔爆型电气设备按最大试验安全间隙分为A、B、C三类,即ⅡA 、ⅡB 、ⅡC。
隔爆型电气设备的外壳材料一般都会采用金属材质制成。常用的有钢板、铸钢、铸铝合金、铸铁等材料。当采用铸铝时,应用抗拉强度不低于12Mpa,含镁量不低于6%的铝合金。几乎所有的电气设备都可以由隔爆外壳包裹起来,制成隔爆型设备,例如电机、灯具、开关、变压器、接线盒、控制箱、插接装置、仪器仪表、通讯设备、监控装置等,但也有其局限性,那就是外壳容积不能过大。
增安型电气设备的防爆原理是:对那些在正常运行条件下不会产生电弧、火花和危险温度的矿用电气设备,为了更好的提高其安全程度,在设备的结构、制造工艺和技术条件等方面采取一系列措施,从而避免了设备在运行和过载条件下产生火花、电弧和危险温度,实现了电气防爆。增安型电气设备是在电气设备原有的技术条件上,采取了一定的措施,提高其安全程度,但并不是说这种电气设备就比其他防爆型式的电气设备的防爆性能好。增安型电气设备的安全性能达到什么程度,不但取决于设备的自身结构型式,也取决于设备的使用环境和维护的情况。能制成增安型电气设备的仅是那些在正常运行中不产生电弧、火花和过热现象的电气设备,如变压器、电动机,灯具等电气设备。增安型电气设备的标志是“e”。
例如:只有接线端子的接线箱、电流/电压表、电动机、自动电话、声光报警器、电气连接管件和密封件、特定光源的灯具等。
电路的可靠连接:依规定的连接方式连接可靠并有防松措施,增大电气间隙和爬电距离。
限制设备的温升:电气设备正常工作发热不会达到规定的温度组别,但在设备故障情况下会发生温度无限升高,超过设备规定的温度组别。故要进行温度保护。例如:增安型电动机等。
提高绝缘性能:在普通电气设备在允许电压下不导电的材料的基础上,选用高绝缘性能的材料和绝缘工艺。增安型电气设备的在允许电压下不导电的材料目前有三聚氰胺、玻璃纤维增强树脂、尼龙66和聚碳酸酯等。
电气设备的一种防爆型式,它将设备内部和暴露于潜在爆炸性环境的连接导线可能会产生的电火花或热效应能量限制在不能产生点燃的水平。其防爆标志为“Ex i”。
本质安全电路是指在规定的条件下(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。
关联设备:装有本质安全电路和非本质安全电路,而且结构使非本质安全电路不能对本质安全电路产生不利影响的电气设备。一般为安全栅,大多数都用在电网供电的仪器设备。
安全栅是一种限能装置,是一种安全保护性组件,接在本安与非本安电路之间,防止非本安电路产生的危险能量串入本安电路,确保本安电路的安全。
本安型电气设备按最小点燃电流比分为A、B、C三类即ⅡA 、ⅡB 、ⅡC。本安型电气设备保护等级又分为ia、 ib和ic等级。
适用于煤矿瓦斯气体环境用于煤矿的电气设备,当其环境中除甲烷外还可能含有其他爆炸性气体时,应按照Ⅰ类和Ⅱ类相应可燃性气体的要求做制造和试验。该类电气设备应有相应的标志(例如:Ex dⅠ/ⅡB T3或 Ex dⅠ/Ⅱ(NH3))。注:Ⅰ类防爆型式应考虑瓦斯和煤粉的点燃以及地下用设备增加的物理保护的方法。Ⅱ类电气设备按照其拟使用的爆炸性环境的种类可进一步再分类。Ⅱ类电气设备的再分类,标志分别为A、B、C:
以上分类的依据,对于隔爆外壳电气设备是最大试验安全间隙(MESG),对于本质安全型电气设备是最小点燃电流比(MICR)。
最大试验安全间隙(MESG)——指在规定的试验条件下,一个壳体充有一定浓度的被试验气体与空气的混合物,点燃后,通过25mm长的接合面均不能引燃壳体爆炸性气体混合物的外壳接合面之间的最大间隙。
最小点燃电流(MIC)——在规定的试验装置上,用直流24V、95mH电感的火花进行3000次点燃试验时,能够点燃可燃性气体混合物的最小电流。此电流降低5%即不能点燃。
最小点燃电流比(MICR)——各种可燃性气体(或蒸气)与空气的混合物的最小点燃电流对甲烷与空气混合物的最小点燃电流的比值。
注:以上分类的依据,对于隔爆外壳电气设备是最大试验安全间隙(MESG),对于本质安全型电气设备是最小点燃电流比(MICR)。
标志ⅡB的设备可适用千ⅡA设备的使用条件,标志ⅡC类的设备可适用于ⅡA和ⅡB类设备的使用条件。
Ⅲ类电气设备按照其拟使用的爆炸性粉尘环境的特性可进一步再分类。Ⅲ类电气设备的再分类:
注:标志ⅢB的设备可适用于ⅢA设备的使用条件,标志ⅢC类的设备可适用于ⅢA或ⅢB类设备的使用条件。