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防爆电气设备讲义

一  什么是防爆电气设备
利用防爆原理设计的电器元件、仪表、装置等在爆炸危险环境中，控制、调节电气设备或供电线路，保证供电线路正常工作运行的电气设备称之为防爆电气设备。例如煤矿、石油、海洋石油、石油化工和化学工业等环境应用的电器或电气设备。
组成防爆电气设备的元件称之为防爆电器。
1 . 防爆电气设备的分类
防爆电气设备分为三类：Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。
除以上3种类型防爆电气设备外，还有特定爆炸性环境用电气设备：这种电气设备可按一定的爆炸性环境进行试验，将相关信息应记录防爆合格证中，并在电气设备上进行相应标志。
Ⅰ类：煤矿瓦斯气体环境用防爆电气 ，称Ⅰ类防爆电气（矿用防爆电气设备）；
Ⅱ类：除煤矿瓦斯气体之外的其他气体环境（非矿用） ，称Ⅱ类防爆电气；
Ⅲ类：除煤矿以外的爆炸性粉尘环境用的电气设备
2. Ⅱ类防爆电气设备又分为：ⅡA类、ⅡB类、ⅡC类。
ⅡA类：使用环境代表性气体是丙烷；
ⅡB类：使用环境代表性气体是乙烯；
ⅡC类：使用环境代表性气体是氢气；
注：ⅡC类产品可用于ⅡB类、ⅡB类产品可用于ⅡA类产品应用场合；ⅡA类、ⅡB类、ⅡC类防爆电气类别见表1
3. Ⅲ类电气设备分为：ⅢA类、ⅢB类、ⅢC类。
ⅢA类：可燃性飞絮；
ⅢB类：非导电性粉尘；
ⅢC类：导电性粉尘。
4. 常用的防爆电器
a. 防爆配电箱、控制箱、柜
b. 防爆起动器
c. 防爆控制开关
d. 防爆主令电器
e. 防爆接线箱
f. 防爆灯具
g. 防爆连接器
h. 防爆风机
i. 防爆电热器
j. 防爆电磁铁
K. 防爆报警器
L. 防爆其他类
M. 民用防爆类
表1 Ⅰ类、Ⅱ类防爆电气类别表

PS：一个气体灌里面，里面充满气体，把我们的防爆灯放在里面，通电试验，比如给1ma的电流爆炸了，但是壳体没有坏，说明合格，
5. 常用防爆电器的防爆型式分为：
《爆炸性环境》分为若干部分：
GB3836.2-2010 ：气体-隔爆外壳“d” ；
GB3836.3-2010 ：气体-增安型“e” ；
GB3836.4-2010 ：气体-本质安全性“i” ；
GB3836.5-2004 ：气体-正压外壳“p” ；
GB3836.6-2004 ：气体-油浸型“o” ；
GB3836.7-2004 ：气体-充砂型“q” ；
GB3836.8-2003 ：气体-“n”型电气设备 ；
GB3836.9-2006 ：气体-浇封型“m” ；
GB12476.7-2010： 粉尘-正压外壳“pD”
GB12476.4-2010  粉尘-本质安全性“iD”
GB12476.6-2010：粉尘-浇封型“mD”
IEC61241-1：    粉尘-外壳保护型“tD”（GB12476.1-2000)
6. 防爆电器最高表面温度的限制
6.1 Ⅰ类电气设备：
Ⅰ类电气设备按照防爆安全技术规定，最高表面温度不超过：
——150℃当电气设备表面可能堆积煤尘时；
——450℃当电气设备表面不会堆积煤尘时（防粉尘外壳内部）。
6.2 Ⅱ类电气设备：
测定最高表面温度不应超过：
——规定的温度组别（见表2）；
——如果适用，拟使用环境中的具体的点燃温度。

表2  Ⅱ类电气设备的最高表面温度分组

7. 危险区域的划分
a.危险区域
爆炸环境中，大量出现或预期可能出现爆炸性气体、蒸汽或粉尘，要求对电气设备结构、安装和使用采取专门措施的区域。
危险区域划分：
0区(Zone0)：连续或长期出现爆炸性气体环境的区域。
1区(Zone1)：正常运行可能出现爆炸性气体环境的区域。
2区(Zone2)：正常运行不大可能出现爆炸性气体环境的区域，如果出现，只是存在时间很短。
20区(Zone20)：正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现，其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和/或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。
21区(Zone21)：正常运行过程中可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区场所。
22区(Zone22)：在异常情况下，可燃性粉尘云偶尔出现且只是短时间存在、或可燃性粉尘偶尔出现堆积可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。如果不能保证排出可燃性粉尘堆积或粉尘层时，则应划分为21区。
b.非危险区域
爆炸环境中，不会大量出现或预期可能出现爆炸性气体或粉尘，不要求对电气设备结构、安装和使用采取专门措施的区域。

二 设备保护级别
EPL
根据设备成为点燃源的可能性和爆炸性气体环境，爆炸性粉尘环境及煤矿甲烷爆炸性环境所具有的不同特征而对设备规定的保护级别。
Ma级 EPL Ma：
安装煤矿甲烷爆炸性环境中的设备，具有“很高”的保护级别，该级别具有足够的安全性，使设备在正常运行、出现预期故障或罕见故障，甚至在气体突然出现设备仍带电的情况下均不可能成为点燃源。
Mb级 EPL Mb：
安装煤矿甲烷爆炸性环境中的设备，具有“高”的保护级别，该级别具有足够的安全性，使设备在正常运行中或在气体突然出现和设备断电的的时间内出现的预期故障条件下均不可能成为点燃源。
Ga级 EPL Ga：
爆炸性气体环境用设备，具有“很高”的保护级别，在正常运行、出现预期故障或罕见故障不是点燃源。
Gb级 EPL Gb：
爆炸性气体环境用设备，具有“高”的保护级别，在正常运行或预期故障条件下不是点燃源。
Gc级 EPL Gc：
爆炸性气体环境用设备，具有“一般”的保护级别，在正常运行中不是点燃源、也可采取一些附加保护措施，保证在点燃源期经常出现的情况下（例如灯具的故障）不会形成有效点燃。
Da级 EPL Da：
爆炸性粉尘环境用设备，具有“很高”的保护级别，在正常运行、出现预期故障或罕见故障条件下不是点燃源。
Db级 EPL Db：
爆炸性粉尘环境用设备，具有“高”的保护级别，在正常运行或出现的预期故障条件下不是点燃源。
Dc级 EPL Dc：
爆炸性粉尘环境用设备，具有“一般”的保护级别，在正常运行过程中不是点燃源，也可采取一些附加保护措施，保证在点燃源期经常出现的情况下（例如灯具的故障）不会形成有效点燃。
标志举例
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 防爆电气设备的设计
1. 防爆灯具的设计（以下简称灯具）
设计防爆灯具的基本要求：
a.灯具使用场所、用途、照度、使用寿命；
b.灯具额定电压、频率、功率；
c.根据灯具额定工作电流选择电缆，设计灯具出线口；
d.根据光源设计灯具的结构（考虑电气间隙、爬电距离要求）；
e.灯具的固体绝缘材料耐起痕性；
f.荧光灯设计，灯管与透明罩的距离需≥5㎜；
g.其他灯的光源与透明罩的距离需符合表3的规定；
h.内部光源的最高表面温度＜引燃试验温度50K；
I.灯头边缘和灯泡焊接部位的温度＜195℃；
j.灯具的应急转换，应急时间≥90min(可根据情况协商）；
k.防爆灯的防护网目＜2500m㎡
l.透明件应能承受热聚变试验；
m.透明件应能承受机械冲击试验。（4J/无防护网，2J/有防护网）
n.灯具外壳设计时一定要考虑光源的散热条件，尽量延长光衰时间。
o.灯具外壳材料根据防爆产品工作环境与防爆型式而定。
p.采用螺口灯头时：
——灯头底部的接触通过具有至少15N力的弹性或弹簧接触面，并且
——对灯头通过至少2扣螺纹或一个或多个具有至少30N总接触力的弹簧件。
表3  灯泡与保护罩之间的最小距离

1.1 灯具使用场所、用途、照度、使用寿命
1）场所
a. 灯具使用在爆炸性环境中的区域；
气体：0区(Zone0)：1区(Zone1)：2区(Zone2)：
粉尘：20区(Zone20)：21区(Zone21)：22区(Zone22)：
b.灯具类别：
矿用：Ⅰ类
厂用：Ⅱ类
粉尘：Ⅲ类
c. 灯具的防护：
d. 防护等级：IPXX；(前X：固体颗粒，后X：液体液滴）
e. 防腐等级：W，WF，WF1；（户外防腐，中等防腐，强防腐）
f. 灯具的特殊要求：潜水、特殊环境（海洋）防振；
2）用途
灯具的用途：照明、信号、报警、光感应。
a.照明:一般照明，泛光照明，投光照明。
b.信号:信号指示；
c.报警:以光闪作为警示；
d.光感应：自动化光计数传感。
3）照度
照度E[lx]=落在物体表面上的光通量[lm]/被照明物体表面积[㎡]；
光效η[lm/W]=发出的光通量[lm]/耗电量[W]；
亮度L[cd/m]=光强[cd]/被观察发光表面面积[m2];
光强[l]=特定方向上的光通量[lm]/特定方向上的球面角[Ω(sr)]
4) 使用寿命(择自样本，供参考）
使用寿命：灯具实际使用时间h；
白炽灯：100-300W平均使用寿命1000-1500h；
高汞灯：50-400W 平均使用寿命 3500-6000h；
自汞灯：125-450W平均使用寿命 3000h；
金卤灯：70-400W 平均使用寿命 5000-10000；
高纳灯：50-400W 平均使用寿命 18000-24000.
1.2 灯具的额定电压、频率、功率
额定电压：直流/交流，
额定功率：W
频率：50/60Hz
1.3 根据灯具额定工作电流选择电缆，设计灯具出线口
灯具额定工作电流等于灯具的功率与灯具额定电压比；
例如，荧光高汞灯功率400W，额定电源电压220V,需要多少平方电缆线？
解：首先求出荧光高汞灯正常工作的工作电流：
I=功率W/额定电压V  （光源工作电压135V,镇流器额定工作电压85V)
I= 400W/135V
I=2.96A
2.96A×1.2=3.55A   （1.2是安全系数）
可根据电流3.55A的数据，从表4可查出电缆电流导体载荷截面，选0.5～1mm2 中0.5mm2 软导体，再从电缆选型样本查出电缆外径。若用RV聚氯乙烯绝缘软电缆(查上海特种电缆样本）3.55A电流可选取RV聚氯乙烯绝缘软电缆2×0.5+1,如果没有，可用三芯电缆，就选3×0.75电缆外径最大为8mm。
根据电缆外径最大为8mm，防爆灯具电缆出线口为3/4∥,相应的密封圈、压紧螺母，垫圈均与压紧螺母G3/4配套使用。

1.4 接线端子与电流导体载荷截面见表4
表4  接线端子与电流导体载荷截面

2. 防爆配电箱（控制箱）的设计
2.1设计防爆配电箱的基本要求
a.设计防爆配电箱（控制箱）要符合设备类别、组别要求；
b.设计防爆配电箱（控制箱）符合使用的环境、场合要求；
c.设计防爆配电箱（控制箱）设备应承受抗冲击试验,过压试验（静压）试验；
d.设计防爆配电箱（控制箱）设备外壳采用塑料材质，该材质在最高环境温度条件下使用时，塑料材质对应20000h点的温度指数TI或RTI(机械冲击）应比塑料外壳或外壳的塑料部件最热点的温度至少高20K.
e.设计防爆配电箱（控制箱）设备外壳采用塑料材质，表面绝缘电阻不大于109  Ω
f.设计防爆配电箱（控制箱）设备外壳采用塑料材质,表面积不大于表5的规定；
表5表面积限制

g.设计防爆配电箱（控制箱）Ⅱ类电气设备外壳材质不超过下列要求：
EPL Ga：10%的铝、镁、钛和锆，7.5%镁、钛和锆；
EPL Gb：7.5%镁和钛；
EPL Gc：除风扇、风扇罩和通风孔挡板应符合EPL Gb的要求外，无其他要求。
h.设计防爆配电箱（控制箱）外壳（隔爆型）隔爆结合面宽度、结合面上的孔距、间隙、（三要素）要符合要求，隔爆螺纹啮合螺纹≥5。
i.设计防爆配电箱（控制箱）外壳粘结结合面的宽度：
当V≤10cm3, 不小于3mm；
当10cm3,＜V≤100cm3, 不小于6mm；
j.设计防爆配电箱（控制箱）隔爆外壳的引入装置公制螺纹孔的公差等级规定6H以上；
2.2 设计防爆配电箱（控制箱）对电器元件的要求
a.隔爆型外壳内电器元件必须有“3C”认证，产品合格证，产品说明书
b.增安型外壳内有产生火花和电弧的电器元件必须是隔爆元件，并具有产品防爆合格证的同时还要由该产品生产许可证。
2.3 设计防爆配电箱（控制箱）对电器元件–断路器的要求
a 防爆配电箱（控制箱）断路器有主回路断路器和分支回路断路器；