防爆電氣設備講義

一??什么是防爆電氣設備
利用防爆原理設計的電器元件、儀表、裝置等在爆炸危險環(huán)境中，控制、調節(jié)電氣設備或供電線路，保證供電線路正常工作運行的電氣設備稱之為防爆電氣設備。例如煤礦、石油、海洋石油、石油化工和化學工業(yè)等環(huán)境應用的電器或電氣設備。
組成防爆電氣設備的元件稱之為防爆電器。
1?.?防爆電氣設備的分類
防爆電氣設備分為三類：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。
除以上3種類型防爆電氣設備外，還有特定爆炸性環(huán)境用電氣設備：這種電氣設備可按一定的爆炸性環(huán)境進行試驗，將相關信息應記錄防爆合格證中，并在電氣設備上進行相應標志。
Ⅰ類：煤礦瓦斯氣體環(huán)境用防爆電氣?，稱Ⅰ類防爆電氣（礦用防爆電氣設備）；
Ⅱ類：除煤礦瓦斯氣體之外的其他氣體環(huán)境（非礦用）?，稱Ⅱ類防爆電氣；
Ⅲ類：除煤礦以外的爆炸性粉塵環(huán)境用的電氣設備
2.?Ⅱ類防爆電氣設備又分為：ⅡA類、ⅡB類、ⅡC類。
ⅡA類：使用環(huán)境代表性氣體是丙烷；
ⅡB類：使用環(huán)境代表性氣體是乙烯；
ⅡC類：使用環(huán)境代表性氣體是氫氣；
注：ⅡC類產(chǎn)品可用于ⅡB類、ⅡB類產(chǎn)品可用于ⅡA類產(chǎn)品應用場合；ⅡA類、ⅡB類、ⅡC類防爆電氣類別見表1
3.?Ⅲ類電氣設備分為：ⅢA類、ⅢB類、ⅢC類。
ⅢA類：可燃性飛絮；
ⅢB類：非導電性粉塵；
ⅢC類：導電性粉塵。
4.?常用的防爆電器
a.?防爆配電箱、控制箱、柜
b.?防爆起動器
c.?防爆控制開關
d.?防爆主令電器
e.?防爆接線箱
f.?防爆燈具
g.?防爆連接器
h.?防爆風機
i.?防爆電熱器
j.?防爆電磁鐵
K.?防爆報警器
L.?防爆其他類
M.?民用防爆類
表1?Ⅰ類、Ⅱ類防爆電氣類別表

PS：一個氣體灌里面，里面充滿氣體，把我們的防爆燈放在里面，通電試驗，比如給1ma的電流爆炸了，但是殼體沒有壞，說明合格，
5.?常用防爆電器的防爆型式分為：
《爆炸性環(huán)境》分為若干部分：
GB3836.2-2010?：氣體-隔爆外殼“d”?；
GB3836.3-2010?：氣體-增安型“e”?；
GB3836.4-2010?：氣體-本質安全性“i”?；
GB3836.5-2004?：氣體-正壓外殼“p”?；
GB3836.6-2004?：氣體-油浸型“o”?；
GB3836.7-2004?：氣體-充砂型“q”?；
GB3836.8-2003?：氣體-“n”型電氣設備?；
GB3836.9-2006?：氣體-澆封型“m”?；
GB12476.7-2010：?粉塵-正壓外殼“pD”
GB12476.4-2010??粉塵-本質安全性“iD”
GB12476.6-2010：粉塵-澆封型“mD”
IEC61241-1：????粉塵-外殼保護型“tD”（GB12476.1-2000)
6.?防爆電器最高表面溫度的限制
6.1?Ⅰ類電氣設備：
Ⅰ類電氣設備按照防爆安全技術規(guī)定，最高表面溫度不超過：
——150℃當電氣設備表面可能堆積煤塵時；
——450℃當電氣設備表面不會堆積煤塵時（防粉塵外殼內部）。
6.2?Ⅱ類電氣設備：
測定最高表面溫度不應超過：
——規(guī)定的溫度組別（見表2）；
——如果適用，擬使用環(huán)境中的具體的點燃溫度。

表2??Ⅱ類電氣設備的最高表面溫度分組

7.?危險區(qū)域的劃分
a.危險區(qū)域
爆炸環(huán)境中，大量出現(xiàn)或預期可能出現(xiàn)爆炸性氣體、蒸汽或粉塵，要求對電氣設備結構、安裝和使用采取專門措施的區(qū)域。
危險區(qū)域劃分：
0區(qū)(Zone0)：連續(xù)或長期出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域。
1區(qū)(Zone1)：正常運行可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域。
2區(qū)(Zone2)：正常運行不大可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域，如果出現(xiàn)，只是存在時間很短。
20區(qū)(Zone20)：正常運行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內部。
21區(qū)(Zone21)：正常運行過程中可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)場所。
22區(qū)(Zone22)：在異常情況下，可燃性粉塵云偶爾出現(xiàn)且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾出現(xiàn)堆積可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排出可燃性粉塵堆積或粉塵層時，則應劃分為21區(qū)。
b.非危險區(qū)域
爆炸環(huán)境中，不會大量出現(xiàn)或預期可能出現(xiàn)爆炸性氣體或粉塵，不要求對電氣設備結構、安裝和使用采取專門措施的區(qū)域。

二?設備保護級別
EPL
根據(jù)設備成為點燃源的可能性和爆炸性氣體環(huán)境，爆炸性粉塵環(huán)境及煤礦甲烷爆炸性環(huán)境所具有的不同特征而對設備規(guī)定的保護級別。
Ma級?EPL?Ma：
安裝煤礦甲烷爆炸性環(huán)境中的設備，具有“很高”的保護級別，該級別具有足夠的安全性，使設備在正常運行、出現(xiàn)預期故障或罕見故障，甚至在氣體突然出現(xiàn)設備仍帶電的情況下均不可能成為點燃源。
Mb級?EPL?Mb：
安裝煤礦甲烷爆炸性環(huán)境中的設備，具有“高”的保護級別，該級別具有足夠的安全性，使設備在正常運行中或在氣體突然出現(xiàn)和設備斷電的的時間內出現(xiàn)的預期故障條件下均不可能成為點燃源。
Ga級?EPL?Ga：
爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“很高”的保護級別，在正常運行、出現(xiàn)預期故障或罕見故障不是點燃源。
Gb級?EPL?Gb：
爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“高”的保護級別，在正常運行或預期故障條件下不是點燃源。
Gc級?EPL?Gc：
爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“一般”的保護級別，在正常運行中不是點燃源、也可采取一些附加保護措施，保證在點燃源期經(jīng)常出現(xiàn)的情況下（例如燈具的故障）不會形成有效點燃。
Da級?EPL?Da：
爆炸性粉塵環(huán)境用設備，具有“很高”的保護級別，在正常運行、出現(xiàn)預期故障或罕見故障條件下不是點燃源。
Db級?EPL?Db：
爆炸性粉塵環(huán)境用設備，具有“高”的保護級別，在正常運行或出現(xiàn)的預期故障條件下不是點燃源。
Dc級?EPL?Dc：
爆炸性粉塵環(huán)境用設備，具有“一般”的保護級別，在正常運行過程中不是點燃源，也可采取一些附加保護措施，保證在點燃源期經(jīng)常出現(xiàn)的情況下（例如燈具的故障）不會形成有效點燃。
標志舉例
Ex?de?ⅡB?T3?Gb?或?Ex?db?eb?ⅡB?T3?…………例1
Ex?ma?ⅢC?T?120℃?Da??或??Ex?ma?ⅢC?T?120℃??IP68……例2
三?防爆電氣設備的設計
1.?防爆燈具的設計（以下簡稱燈具）
設計防爆燈具的基本要求：
a.燈具使用場所、用途、照度、使用壽命；
b.燈具額定電壓、頻率、功率；
c.根據(jù)燈具額定工作電流選擇電纜，設計燈具出線口；
d.根據(jù)光源設計燈具的結構（考慮電氣間隙、爬電距離要求）；
e.燈具的固體絕緣材料耐起痕性；
f.熒光燈設計，燈管與透明罩的距離需≥5㎜；
g.其他燈的光源與透明罩的距離需符合表3的規(guī)定；
h.內部光源的最高表面溫度＜引燃試驗溫度50K；
I.燈頭邊緣和燈泡焊接部位的溫度＜195℃；
j.燈具的應急轉換，應急時間≥90min(可根據(jù)情況協(xié)商）；
k.防爆燈的防護網(wǎng)目＜2500m㎡
l.透明件應能承受熱聚變試驗；
m.透明件應能承受機械沖擊試驗。（4J/無防護網(wǎng)，2J/有防護網(wǎng)）
n.燈具外殼設計時一定要考慮光源的散熱條件，盡量延長光衰時間。
o.燈具外殼材料根據(jù)防爆產(chǎn)品工作環(huán)境與防爆型式而定。
p.采用螺口燈頭時：
——燈頭底部的接觸通過具有至少15N力的彈性或彈簧接觸面，并且
——對燈頭通過至少2扣螺紋或一個或多個具有至少30N總接觸力的彈簧件。
表3??燈泡與保護罩之間的最小距離

1.1?燈具使用場所、用途、照度、使用壽命
1）場所
a.?燈具使用在爆炸性環(huán)境中的區(qū)域；
氣體：0區(qū)(Zone0)：1區(qū)(Zone1)：2區(qū)(Zone2)：
粉塵：20區(qū)(Zone20)：21區(qū)(Zone21)：22區(qū)(Zone22)：
b.燈具類別：
礦用：Ⅰ類
廠用：Ⅱ類
粉塵：Ⅲ類
c.?燈具的防護：
d.?防護等級：IPXX；(前X：固體顆粒，后X：液體液滴）
e.?防腐等級：W，WF，WF1；（戶外防腐，中等防腐，強防腐）
f.?燈具的特殊要求：潛水、特殊環(huán)境（海洋）防振；
2）用途
燈具的用途：照明、信號、報警、光感應。
a.照明:一般照明，泛光照明，投光照明。
b.信號:信號指示；
c.報警:以光閃作為警示；
d.光感應：自動化光計數(shù)傳感。
3）照度
照度E[lx]=落在物體表面上的光通量[lm]/被照明物體表面積[㎡]；
光效η[lm/W]=發(fā)出的光通量[lm]/耗電量[W]；
亮度L[cd/m]=光強[cd]/被觀察發(fā)光表面面積[m2];
光強[l]=特定方向上的光通量[lm]/特定方向上的球面角[Ω(sr)]
4)?使用壽命(擇自樣本，供參考）
使用壽命：燈具實際使用時間h；
白熾燈：100-300W平均使用壽命1000-1500h；
高汞燈：50-400W?平均使用壽命?3500-6000h；
自汞燈：125-450W平均使用壽命?3000h；
金鹵燈：70-400W?平均使用壽命?5000-10000；
高納燈：50-400W?平均使用壽命?18000-24000.
1.2?燈具的額定電壓、頻率、功率
額定電壓：直流/交流，
額定功率：W
頻率：50/60Hz
1.3?根據(jù)燈具額定工作電流選擇電纜，設計燈具出線口
燈具額定工作電流等于燈具的功率與燈具額定電壓比；
例如，熒光高汞燈功率400W，額定電源電壓220V,需要多少平方電纜線？
解：首先求出熒光高汞燈正常工作的工作電流：
I=功率W/額定電壓V??（光源工作電壓135V,鎮(zhèn)流器額定工作電壓85V)
I=?400W/135V
I=2.96A
2.96A×1.2=3.55A???（1.2是安全系數(shù)）
可根據(jù)電流3.55A的數(shù)據(jù)，從表4可查出電纜電流導體載荷截面，選0.5～1mm2?中0.5mm2?軟導體，再從電纜選型樣本查出電纜外徑。若用RV聚氯乙烯絕緣軟電纜(查上海特種電纜樣本）3.55A電流可選取RV聚氯乙烯絕緣軟電纜2×0.5+1,如果沒有，可用三芯電纜，就選3×0.75電纜外徑最大為8mm。
根據(jù)電纜外徑最大為8mm，防爆燈具電纜出線口為3/4∥,相應的密封圈、壓緊螺母，墊圈均與壓緊螺母G3/4配套使用。

1.4?接線端子與電流導體載荷截面見表4
表4??接線端子與電流導體載荷截面

2.?防爆配電箱（控制箱）的設計
2.1設計防爆配電箱的基本要求
a.設計防爆配電箱（控制箱）要符合設備類別、組別要求；
b.設計防爆配電箱（控制箱）符合使用的環(huán)境、場合要求；
c.設計防爆配電箱（控制箱）設備應承受抗沖擊試驗,過壓試驗（靜壓）試驗；
d.設計防爆配電箱（控制箱）設備外殼采用塑料材質，該材質在最高環(huán)境溫度條件下使用時，塑料材質對應20000h點的溫度指數(shù)TI或RTI(機械沖擊）應比塑料外殼或外殼的塑料部件最熱點的溫度至少高20K.
e.設計防爆配電箱（控制箱）設備外殼采用塑料材質，表面絕緣電阻不大于109??Ω
f.設計防爆配電箱（控制箱）設備外殼采用塑料材質,表面積不大于表5的規(guī)定；
表5表面積限制

g.設計防爆配電箱（控制箱）Ⅱ類電氣設備外殼材質不超過下列要求：
EPL?Ga：10%的鋁、鎂、鈦和鋯，7.5%鎂、鈦和鋯；
EPL?Gb：7.5%鎂和鈦；
EPL?Gc：除風扇、風扇罩和通風孔擋板應符合EPL?Gb的要求外，無其他要求。
h.設計防爆配電箱（控制箱）外殼（隔爆型）隔爆結合面寬度、結合面上的孔距、間隙、（三要素）要符合要求，隔爆螺紋嚙合螺紋≥5。
i.設計防爆配電箱（控制箱）外殼粘結結合面的寬度：
當V≤10cm3,?不小于3mm；
當10cm3,＜V≤100cm3,?不小于6mm；
j.設計防爆配電箱（控制箱）隔爆外殼的引入裝置公制螺紋孔的公差等級規(guī)定6H以上；
2.2?設計防爆配電箱（控制箱）對電器元件的要求
a.隔爆型外殼內電器元件必須有“3C”認證，產(chǎn)品合格證，產(chǎn)品說明書
b.增安型外殼內有產(chǎn)生火花和電弧的電器元件必須是隔爆元件，并具有產(chǎn)品防爆合格證的同時還要由該產(chǎn)品生產(chǎn)許可證。
2.3?設計防爆配電箱（控制箱）對電器元件–斷路器的要求
a?防爆配電箱（控制箱）斷路器有主回路斷路器和分支回路斷路器；