物质(这包括气体、液体和固体)本身是可燃性的,并能够产生可燃性气体、蒸气或薄雾。可燃性液体又包括:可燃性液体和易燃性液体。
爆炸性气体/粉尘环境出现或预期可能出现的数量达到足以要求对电气设备的结构、安装和使用采用专门措施的区域。
爆炸极限是指可燃性气体(蒸气)与空气形成的混合物,能引起爆炸的最低浓度(爆炸下限)或最高浓度(爆炸上限),爆炸下限和上限中间的浓度范围称爆炸范围。
爆炸性气体的级别是便于Ⅱ类隔爆型电气设备和本质安全型电气设备的制造,根据气体/蒸气的最大试验安全间隙MESG和最小点燃电流比MIC划分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三个等级。
最大试验安全间隙是在8升球形容积内测试的间隙。最小点燃电流比是气体/蒸气的最小点燃电流(MIC)与甲烷的最小点燃电流之比。(我国国家标准GB3836.1、国际电工委员会IEC标准和欧洲EN标准等)
由于MESC和MIC之间在点燃能量上存在着对数关系,所以,大多数气体/蒸气在判定级别的时候,只需上述一种方法即可。
为便于非煤矿(Ⅱ类)防爆电气设备的设计和制造。根据各种气体/蒸气的点燃温度不同,划分为T1、T2、T3、T4、T5、T6 6个组别。
我国国家标准GB3836.1、国际电工委员会IEC标准和欧洲EN标准等均采用上述的分组方法。
1. 粉尘:在大气中可沉淀下来,也可持续悬浮在空气中一段时间的固体微小颗粒,包括纤维和飞絮。
2区:在正常运行时,不可能出现爆炸性气体环境,如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。
按英国专家R.H卡恩迪的概念:0区:每年至少出现1000h;1区:每年在10—1000h;2区:每年在10h以下。
影响区域范围的因素有:可燃性气体释放量、释放速度、释放浓度、通风、障碍物、爆炸下限、闪点、相对密度、液体浓度等。一般应通过计算来确定。
根据可燃性粉尘环境出现的频率和持续时间,把危险场所分为三个区域,它们是:20区、21区和22区。
20区:在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场所及容器内部。。
22区:在异常条件下,可燃性粉尘云偶而出现并且只是短时存在、或可燃性粉尘偶而出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。
爆炸性气体环境中安装的电气设备主要有隔爆型电气设备、增安型电气设备、本质安全型电气设备、正压型电气设备、浇封型电气设备、充油型电气设备、充沙型电气设备、“n”型电气设备和粉尘防爆电气设备等。
GB12476.1-2000 可燃性粉尘环境用电气设备第1部分:用外壳和限制表面温度保护电气设备第1节:电气设备的技术要求
Ⅱ类防爆电气设备按其工作时发热的最高表面温度可分为T1-T6六个温度组别(环境温度-20℃~+40℃)。
粘接材料应保证产品运行过程中的热稳定性,即材料的极限温度值应超过电气设备最高表面温度至少20K。
Ex元件是空外壳,或是与设备一起使用的一个或多个防爆型式的元件和组件。如防爆按钮、防爆指示灯、防爆转换开关、防爆接线端子等。它可以和增安型外壳组成复合型防爆电气产品。在防爆合格证编号后加“U”,就是此类产品。
灯具的光源应有透明保护罩,保护罩应用网孔面积小于50mm×50mm的保护网保护,如果超过此网孔面积,保护罩则认为无保护。
防爆电气设备应在主体部分的明显处设置标志“Ex”或“Ex+防爆型式+类别+温度组别”。标志应清晰和耐久。
隔爆型电气设备是指具有能承受内部的爆炸压力,并能阻止爆炸火焰向周围环境传播的隔爆外壳的电气设备,防爆标志为“d”。。
隔爆外壳中产生的爆炸压力受爆炸性气体混合物的浓度、外壳的容积及形状、点火源的位置、接合面间隙、爆炸性气体混合物的初始压力及温度等的影响。爆炸压力与混合物的浓度成正比;外壳的容积增大时,爆炸压力相对增高;非球型容器比球型容器的爆炸压力要低;点火位置偏离中心,其爆炸压力会下降;接合面间隙增大,爆炸压力将下降;爆炸性气体混合物的初始压力及温度提高,爆炸压力将增大。
隔爆型电气设备的外壳材料均用金属材质制成。当外壳容积不大于0.01升时,可采用陶瓷材料制造;当外壳容积不大于0.2升时,可采用塑料材料制造。
铸铝隔爆外壳,容积不大于 2.0升,壳壁厚度应在 4.0-8.0mm之间,法兰厚度应在8.0-12.0mm之间;当容积大于4.0升时,宜采用铸钢或钢板等黑色金属材料。
压力重叠现象:在包含两个或多个空腔以小孔形式连通的外壳内,当一个空腔引爆后,其火焰将向另一空腔传播,由于火焰的前沿面比气体传播速度要慢,另一空腔首先进行气体预压,再进行点燃爆炸,产生的爆压比前一个空腔高数倍,在同一空腔中,当电气部件安装不合理时也会产生压力重叠现象。
外壳不宜制成以小孔连通的多空腔形式,壳内电器元件的安装也应避免将整腔分割成几个小空腔。另外,外壳三维尺寸之比不宜过大。否则壳内会产生压力重叠现象。
隔爆外壳的隔爆性是隔爆接合面对内部的爆炸火焰有冷却作用。能保证熄灭间隙中的火焰,损失至少20%的热量。隔爆接合面的宽度L、间隙(或直径差)i、法兰至壳体内缘的距离l及螺纹隔爆接合面应符合GB3836.2的规定。隔爆面的表面粗糙度Ra应不低于6.3微米,隔爆螺纹的精度应不低于6H/6g。为了防锈防腐,隔爆面的表面应涂204-1油脂。
隔爆接合面的结构形式取决于隔爆的级别(ⅡA、ⅡB、ⅡC),有:平面式、圆筒式、止口式、螺纹式、曲路式以及胶粘密封等型式。
胶粘接合面:隔爆外壳的部件可以直接粘合在外壳壁上,与后者构成不可分的组件,或者粘合到金属框架内,使组件能作为一个整体更换,不损坏粘合。
紧固件应有足够的机械强度,紧固件应有防锈、防松措施,以保证平面式隔爆接合面的间隙。用螺栓紧固时,只需将弹簧垫圈压平即可,不宜拧得太紧。
不透螺孔的深度应保证螺栓和螺孔紧固后,须留有大于2倍防松垫圈厚度的螺纹余量。不透螺孔的周围及底部厚度须不小于螺栓直径的三分之一,但至少有3.0mm的裕度。
透明件主要用于照明灯具的透明罩、仪表窗口、指示灯罩等部位。照明灯具的透明罩用钢化玻璃、高硼玻璃制成;仪表窗口用的透明件采用钢化玻璃和高强度聚碳酸酯塑料制成。能承受规定的冲击试验及外壳耐压试验。
隔爆外壳上固定透明件的方法有胶粘式、衬垫式两种。衬垫式结构只能用于ⅡA、ⅡB级,而胶粘结构可用于ⅡA、ⅡB和ⅡC级。
引入装置是电缆或导线进出电气设备的防爆部件。按其结构分有橡胶密封圈式、填料密封式、带螺纹的电缆引入方式之分。
密封圈的压紧件有压紧螺母式及压盘式两种结构,均用金属材料制成。填料密封式引入装置是在引入装置内充填热固性混合填料,其最小轴向长度应为20mm。带螺纹的电缆引入装置的隔爆螺纹至少有6扣螺纹,并至少有8mm长度。
隔爆外壳上的衬垫有两种形式:防爆用的衬垫,应采用金属或金属包覆的可压缩不燃材料;防护用的衬垫,应采用橡胶或塑料的可压缩不燃材料,且不能计算在隔爆接合面内。3.6 接线盒
隔爆型电气设备的外壳能保证内部引燃爆炸后不会点燃周围的爆炸性气体混合物,其安全程度较高,可用于1区、2区爆炸性气体危险环境。但内部爆炸会损坏电气部件,造成工艺装置的停产,所以对重要的工艺装置所配置的电气设备尽量避免采用隔爆型电气设备。
增安型电气设备是指对正常条件下不会产生电弧或电火花的电气设备,进一步采取措施,提高其安全程度,防止电气设备产生电弧、电火花及危险高温的电气设备。防爆标志为“e”。
增安型电气设备的外壳防护等级应符合以下规定:内装裸露带电零件的外壳(如接线连接件),至少应有IP54的外壳防护等级;内装绝缘带电零件的外壳(如电磁阀线 电路的可靠连接
外部电缆进入电气设备后,电气连接件应有足够尺寸,保证与电气设备额定电流相适应的导线可靠连接。连接件应有一定的接触压力,不能在固定位置上自动滑出;连接件不应通过绝缘材料传递接触压力;用作多股导线的连接件须有弹性零件,保证4.0mm2及以下的芯线都有可靠连接。
电气间隙是指两个导电部分之间的最短空间距离;爬电距离是指两个导电部分之间沿绝缘材料表面的最短距离。前者与空气的击穿电压有关,后者与绝缘材料表面闪络电压有关。
电气间隙与导电零件所施加的工作电压有关,电压为AC220V时,最小电气间隙为5.0mm,工作电压为AC380V时,最小电气间隙为6.0mm,工作电压为DC60V时,最小电气间隙为2.1mm。以上的最小电气间隙均比低压电气设备提高1-3mm。
电气设备电气部件的绝缘材料如选择不恰当,或导电零件之间的距离设计得过小,当绝缘材料表面存有灰尘、导电介质时,在电场的作用下,会产生漏电、局部热分解、绝缘材料表面碳化现象。严重时将形成放电通道,产生电火花、电弧及局部发热。
耐泄痕性是指在固体有机绝缘材料表面施加可电离分解污染液或污染杂质时对电场的作用力。电压为AC220V时,最小爬电距离为6.3mm(Ⅱ级材料);工作电压为AC380V时,最小爬电距离为10.0mm(Ⅱ级材料),工作电压为DC60V时,最小爬电距离为2.6mm(Ⅱ级材料)。
绝缘材料耐泄痕性能是指:绝缘材料表面受到污染液或污垢杂质附着后,在两个电极电场的作用下,其表面产生微小火花放电,使得绝缘材料局部受到破坏,绝缘材料抵抗这种破坏的能力。耐泄痕指数直接影响爬电距离的规定值。
限制设备的表面温度是增安型电气设备主要的防爆措施。极限温度是指电气设备或其部件的最高允许温度。
a)电流保护方式由熔断器、断路器、热保护元件组成控制电路。b)温度保护方式将热敏元件埋入绕组内部进行控制的温度保护方式。
2)符合国家相应标准规定的管式双插脚荧光灯。插脚由黄铜制造。灯头和灯座符合具体规定。这样的灯应接成起动和运行无预热阴极的电路;
馈电网络供电的增安型灯具目前我国主要应用以下光源:白炽灯、自镇流高压汞灯、单双插脚荧光灯、节能灯和无极光源等。(光源温度的限制增安型灯具发热温度主要取决于光源表面,大功率光源无法实现增安型结构的设计)取而代之的是“n”型灯具。增安型灯具目前在国际上主要是小功率的荧光灯、节能灯和无极光源,
1)灯管(泡)插头的插座应有隔爆小室,避免灯管(泡)带电更换时,产生的电火花引燃爆炸性气体混合物。
测量仪表及仪表用电流互感器的线圈、连接件等应符合增安型结构的要求。测量仪表应采用经得起过载的电磁式仪表。并应经得起短路电流的试验不损坏。
增安型结构只能适用在正常运行时无电火花及危险高温的电气设备上,与隔爆型相比,具有防护能力较高、结构轻巧,安装维护方便、价格便宜的特点。
增安型电气设备的外壳不能起到防爆作用,具有增安型外壳的接线箱或复合型电器、荧光灯具、配合有合适的热保护装置的SI连续运行的电动机等可在爆炸危险场所1区、2区使用,其他光源灯具只能在2区使用。
本质安全防爆手段:通过合理的选择电气参数,削弱电火花的能量,保证本质安全型设备在正常工作和故障状态下产生的电火花和热效应,都不会点燃爆炸性气体混合物。
1)本质安全电路: 在规定的条件(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。
3)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。
成仅含有一个等效参数的简单电路时,就可以分别考虑其正常工作和故障状态下的电压、电流对点燃情况的影响,应用最小点燃曲线来计算电路的本质安全性能。
2.2 查最小点燃曲线)确定电路类型(R、C、L),并考虑最不利的因素(电源的波动、元件的容差),确定电气参
3)对应不同的电路类型,根据防爆级别不同,查相应的最小的点燃曲线,使考虑安全系数后的电压(Uk)或电流值(Ik)小于最小点燃电压(Umin)或最小点燃电流(Imin)值。
评价一个用于Ⅰ类场所本质电路的安全性能。电路由一个30V电池组与可靠元件10KΩ电阻、10uf电容器连接组成的。(在该示例中,30V和10uf值取最大值, 10KΩ电阻值取最小值)
电容电路的本安措施:尽可能降低电源电压或电容值,当仍达不到要求时,可将电容串接可靠电阻并浇封为一体。
假定由一个ⅡC电路,是由一个20V电池组与可靠元件300Ω限流电阻组成的电源,并向一个1100Ω、100mH的电感器馈电,评价该电路的本安性能。
该示例中,300Ω和1100Ω取为最小值,100mH取为最大值,电池组的最高电压假定为22V。电源电路:
电感电路的本安措施:尽量减小电路的电感量或电流值,当仍达不到要求时,电感两端可并接分流保护性元件,而且要双(三)重化,并与电感浇封为一体.
例如,涉及IIC类气体(如氢气)时,对标准24VDC供电的回路(如变送气,电气转换器,电磁阀等)通常设定限压值为28V。依此限压值查电压电流引爆曲线倍的保险系数,可确定此时的限流值,可确定此时的限流值应为119mA。依28V 限压值并考虑 1.5倍的保险系数后查电压电容引爆曲线,可确定回路电容值应限制在0.13μF。依119mA限流值并考虑1.5倍的保险系数后查电流电感引爆曲线,可确定回路电感值应限制在2.55mH。
一般Ⅰ类外壳不低于IP54,Ⅱ类不低于IP20,但也应与环境条件相适应,对于恶劣环境,应适当提高防护等级。例如户外,一般不低于IP54。
3.2.1 接线)同一接线盒内,本安与非本安接线mm,否则应加绝缘板或接地金属板进行隔离。而且本安接线端子应为浅蓝色或有本安标记。
另外,接线端子之间的电气间隙在按GB3836.4图1测量时,连接外部导体的裸露导电部件之间的电气间隙应不小于6mm。连接到端子的外部导体的裸露导体部件和接地金属或导体部件之间的最小电气间隙应不小于3mm。
3.2.3内部导线(由制造厂完成的内部布线)本安与非本安导线)本安导线V绝缘介电强度试验,非本安导线V绝缘介电强度试验。
充电电池的接口,为防止电池对外短路放电,也应加阻塞二极管保护,(ib等级加二个,ia等级加三个)
1)当电路中某一元件或参数过大,达不到本安性能时,可接入保护性元件,并用环氧树脂或硅胶等浇粘剂浇注为一体,组成本安组件。
4)降低元件或导线)浇封材料应具有足够的热稳定性,即浇封材料允许的工作温度应高于元器件的最高表面温度。
印刷线路板表面应有绝缘涂层,当涂层的涂覆不少于二次时,其爬电距离不小于BG3836.4表4中第六行的规定。假如小于表4相应规定值的1/3时,则视为短路。
3.6.5变压器本安供电绕组的出线端子与其他端子分两侧布置,电气间隙和爬电距离应满足GB3836.4表4中规定的要求。
任何与本安性能有关的元件,在正常工作和故障状态下,电压、电流、功率不得超过其额定值得2/3。
电池需要串联限流电阻时,对于关联设备,不要求整体部件;对于在危险场所使用时,电池与限流电阻应封装为一体,构成成套替换单元;
充电电池的外部接口,为防止充电触点短路或电池对外放电,应加阻塞二极管保护,(ib 等级加二个,ia等级加三个)