第5章 矿用防爆电气设备基本知识

第五章矿用防爆电气设备基本知识电气设备在正常运行或故障状态下可能出现火花、电弧、热表面和灼热颗粒等，它们都具有一定的能量，可以成为引燃引爆瓦斯和煤尘的火源。据统计，电火花是井下瓦斯爆炸的主要火源，占50%左右。而且随着煤矿井下电气化程度的提高及井下电气设备电压等级的提高，电气设备的事故更易发生。为了防止电气设备因温度升高和电火花而引起瓦斯和煤尘爆炸，用于井下环境的电器设备必须是防爆的。第五章矿用防爆电气设备基本知识各类电气设备，对其采取一定的安全措施以后，能保证其在一定的爆炸危险场所实现安全供用电，这种电气设备通称为防爆电气设备。《煤矿安全规程》规定：井下防爆电气设备的运行、维护和修理，必须符合防爆性能的各项技术要求。防爆性能遭受破坏的电气设备，必须立即修理或更换，严禁继续使用。第五章矿用防爆电气设备基本知识第一节矿用防爆电气设备第二节隔爆型电气设备第三节本质安全型电气设备复习思考题第一节矿用防爆电气设备一、矿用防爆电气设备的类别、类型和标志1.防爆类别防爆电气设备按适用环境划分为2大类。Ⅰ类：煤矿用防爆电气设备；用于含有甲烷混合物的爆炸环境。Ⅱ类：工厂用防爆电气设备；用于含有甲烷以外的爆炸气体混合物的爆炸环境。第一节矿用防爆电气设备2.防爆类型由于爆炸性气体混合物爆炸必须具备一定的气体浓度和足够的火花能量，因此，在防爆电气设备中采取的一系列安全措施，都旨在使这两个条件不能同时存在。在这个基础上形成的电气设备防爆类型有隔爆型、增安型、正压型、充油型、充砂型、浇封型、气密型、无火花型、本质安全型、特殊型等10种防爆设备。第一节矿用防爆电气设备（1）隔爆型，具有隔爆外壳的防爆电气设备，是指将所有能产生火花、电弧和危险温度的零部件都放到具有足够强度的壳体内，当壳体内部发生爆炸时，不至于引起外部爆炸性气体混合物爆炸的电气设备。它的代表符号为d。第一节矿用防爆电气设备（2）增安型，是指在正常运行时不产生电火花、电弧和危险温度的电气设备结构上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下出现这些现象的电气设备。它的代表符号为e。第一节矿用防爆电气设备（3）正压型，是指具有正压外壳的电气设备。即外壳内充有保护气体，并保持其压力（压强）高于周围爆炸性环境的压力，以阻止外部爆炸性混合物进入的防爆电气设备。它的代表符号为p。第一节矿用防爆电气设备（4）充油型，是指将可能产生火花、电弧和危险温度的带电零部件浸在油中，使其不能引起油面上爆炸性气体混合物爆炸的电气设备。它的代表符号为o。第一节矿用防爆电气设备（5）充砂型，是指在设备外壳内充填砂粒或其他规定特性的粉末材料，使之在规定的使用条件下，壳内产生的电弧或高温不能点燃周围爆炸性气体混合物爆炸的电气设备。它的代表符号为q。第一节矿用防爆电气设备（6）浇封型，是指将可能产生引爆可燃可爆气体的火花、电弧或危险温度的部分浇封，使它不能点燃周围爆炸性气体混合物的电气设备。它的代表符号为m。（7）气密型，是指用熔化、挤压或胶粘的方法进行外壳的密封，且这种外壳能防止壳外气体进入壳内的电气设备。它的代表符号为h。第一节矿用防爆电气设备（8）无火花型，是指在正常运行条件下不产生火花和电弧，也不产生能够点燃周围爆炸性气体的高温表面或灼热点，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备。它的代表符号为n。第一节矿用防爆电气设备（9）本质安全型，是指电路系统中，在正常运行和规定故障状态下产生的电火花、电弧和温度，都不能引起爆炸性气体混合物爆炸的电气设备。它的代表符号为i。（10）特殊型，是指结构上不属于上述各种类型，而采用其他防爆措施的电气设备。它的代表符号为s。第一节矿用防爆电气设备3.防爆标志防爆标志是由防爆总标志(Ex)、类别、类型、级别、组别一起组成。防爆标志除应制作在防爆电气设备的明显处外，还应在名牌的右上方标Ex。因煤矿用隔爆型防爆设备最大试验安全间隙大于或等于1mm，设备最高表面温度150℃，故级别和组别不用标注。第一节矿用防爆电气设备例：

ExdⅠ煤矿用隔爆型防爆设备。ExeⅠ煤矿用增安型防爆设备。ExiⅠ煤矿用本质安全型防爆设备。Exd［ib］Ⅰ煤矿用隔爆兼本质安全型防爆设备。ExsⅠ煤矿用特殊型防爆设备。第一节矿用防爆电气设备二、防爆设备的选型煤矿井下电气设备的选用应符合《煤矿安全规程》的规定，如表。第一节矿用防爆电气设备（1）增安型防爆设备是10种防爆设备中防爆性能最低的防爆设备，煤（岩）与瓦斯突出矿井除井底车场的主泵房内的设备可以使用外，其他地点都不能使用。瓦斯、高瓦斯矿井的井底车场、总进风巷、主要进风巷和采区进风巷可以使用，其他地点不能使用。第一节矿用防爆电气设备（2）本质安全型防爆设备是10种防爆设备中防爆性能最高的防爆设备，当使用环境中瓦斯浓度达到1%时，只有本质安全型防爆设备不用停电，其他类型防爆设备都要停电。第一节矿用防爆电气设备（3）矿用一般型电气设备（KY）是专为煤矿井下条件生产的不防爆的一般型电气设备，只能用于井下无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。矿用一般型也不同于井上一般型电气设备，其基本要求是外壳坚固、封闭、防滴、防溅、防潮性能好，有电缆引入装置，开关手把和门盖之间有连锁装置，能防止外部直接触电和带电开、关。其外壳防护等级一般不低于IP54，外壳明显处有KY标志。第一节矿用防爆电气设备矿用一般型电气设备只能用于架线电机车运输巷道中及沿该巷道的机电设备硐室内（包括照明灯具、通信、自动化装备和仪表、仪器）。外壳防护等级含义：IP表示防护；第一位数字表示防外物等级，如IP54中的5表示防外物5级；第二个数字表示防水等级，如4表示防水4级。防外物和防水等级的数字越大，表示防护性能越好。第二节隔爆型电气设备隔爆型电气设备是防爆电气设备的一种类型，它的防爆标志为ExdⅠ，读作煤矿用隔爆型防爆电气设备，其含义：Ex为防爆总标志，d为隔爆型代号，Ⅰ为煤矿、井下用防爆电气设备。隔爆就是当电气设备外壳内部的爆炸性气体发生爆炸时，不会引起外壳周围的爆炸性气体发生爆炸，凡是具有这种隔爆外壳的电气设备统称为隔爆型电气设备。第二节隔爆型电气设备一、隔爆型电气设备的防爆原理隔爆型电气设备的隔爆原理是间隙隔爆机理，即隔爆是由于法兰间隙的熄火作用和法兰间隙对爆炸产物的冷却作用。当燃烧物进入法兰间隙时，燃烧物产生的热膨胀形成了相对于管壁运动的气流，由于管壁的黏滞阻力，使临近管壁的气体速度下降，使前焰面发生弯曲。第二节隔爆型电气设备当管径进一步减小，直接进入管壁的热量增加，当管壁从灼热燃烧产物导走的热量等于燃烧发出的热量时，火焰面更进一步弯曲，火焰的传播就不可能了，这个直径称为临界熄火直径。隔爆型电气设备有一个特制的隔爆外壳，这种隔爆外壳既能承受其内部爆炸性气体被引爆产生的爆炸压力，又能防止爆炸产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物。第二节隔爆型电气设备正因为隔爆型电气设备的隔爆外壳具有耐爆性和隔爆性，所以被广泛用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。第二节隔爆型电气设备二、隔爆型电气设备防爆性能的要求隔爆型电气设备是具有隔爆外壳的防爆电气设备。隔爆型电气设备必须具有耐爆性和隔爆性能。耐爆性是外壳应有足够的机械强度。隔爆性是指外壳内部发生故障时，产生的火花不能点燃外壳周围爆炸性气体混合物。第二节隔爆型电气设备电气设备的隔爆外壳失去隔爆性或耐爆性称为失爆。已经失爆的任何隔爆型电气设备，都不准在有爆炸性危险环境的场所使用。其原因是：如果失爆电气设备内部发生爆炸，必将因外壳损坏而直接引起壳外的爆炸性气体爆炸；或者从各部缝隙中喷出的高温气体或火焰引起壳外周围爆炸性气体爆炸。第二节隔爆型电气设备煤矿井下常见的电气失爆现象如下：（1）由于隔爆结合面严重锈蚀，有较大的机械伤痕，连接螺钉没有压紧而使隔爆间隙超过规定要求而造成失爆。第二节隔爆型电气设备（2）由于外力作用，如砸、压、挤、碰等原因，使隔爆外壳变形或损坏；隔爆外壳上的盖板、接线嘴、接线盒的连接螺钉折断、螺纹损坏；连接螺钉不齐全，使机械强度达不到规定而失爆。第二节隔爆型电气设备（3）电缆进线、出线口处没有使用合格的密封圈或没有密封圈，不用的电缆接线孔没有使用合格的封堵挡板或没有挡板而失爆。（4）接线柱、绝缘套管烧毁，使两个空腔连通，外壳内部爆炸时产生高的压力使外壳损坏，发生失爆。（5）隔爆外壳焊缝开焊、有裂纹而失爆。第二节隔爆型电气设备检查防爆应以防爆标准为依据，防爆性能低于防爆标准要求的则认为失爆。隔爆型电气设备隔爆结合面的间隙、宽度、粗糙度称为隔爆面防爆三要素。隔爆结合面是隔爆外壳各个部件相对表面配合在一起的结合面，如隔爆型电气设备接线盒的盖、门、启动和停止按钮的轴、接线端子的绝缘套管等部件与主体之间的相对表面都是隔爆结合面。第二节隔爆型电气设备隔爆结合面的宽度和间隙的要求如表。第二节隔爆型电气设备

隔爆结合面平均粗糙度Ra不超过6.3μm。目前，隔爆面多是磷化的，磷化薄膜能防止各种有害气体对金属表面的锈蚀，起到保护隔爆面的作用。隔爆面不得有锈蚀，机械伤痕两侧凸起部分磨平后不得超过下列规定：第二节隔爆型电气设备（1）局部出现的直径不大于1mm、深度不大于2mm的砂眼，在40mm、25mm、15mm宽的隔爆面上，每1cm2范围内不得超过5个；10mm宽的隔爆面上，不得超过2个。（2）产生的机械伤痕，宽度与深度不大于0.5mm；其长度应保证剩余无伤隔爆面有效长度不小于规定长度的2/3。第二节隔爆型电气设备（3）如果隔爆结合面被紧固螺栓孔或类似物的孔分隔,螺栓通孔边缘至隔爆结合面边缘的最小有效长度L1应符合下列规定：当L＜12.5mm时，L1≥6mm；当12.5mm≤L＜25mm时，L1≥8mm；当L≥25mm时，L1≥9mm。第二节隔爆型电气设备（4）电缆引入装置应符合的要求。电缆引入装置的密封圈应符合以下规定：①密封圈非压缩轴向长度：圆形电缆直径不大于20mm，轴向长度最小为20mm;电缆直径大于20mm，轴向长度最小为25mm。②密封圈橡胶必须满足IRHD硬度45～55的要求。第二节隔爆型电气设备③为使密封圈有一定的通用性，以适应不同公称直径的电缆，允许密封圈上切同心槽，密封圈的结构如图所示。密封圈的结构d—电缆公称直径；A—密封圈轴向长度；B—密封圈厚度;D——密封圈外径第二节隔爆型电气设备④密封圈无破损，不得割开使用，电缆与密封圈之间不得包扎其他物体。⑤压紧螺母式引入装置和采用切同心槽密封圈的引入装置，都应在压紧螺母与密封圈之间加设金属垫圈。第二节隔爆型电气设备⑥不用的电缆引入装置应用厚度小于2mm、钢板直径与引入装置内径差不大于2mm的钢板堵死。⑦接线装置压紧电缆后，电缆的压扁量不得超过电缆直径的10%。第二节隔爆型电气设备密封圈外径D与安装密封圈孔径D0之差，应符合表5-3的规定。第二节隔爆型电气设备三、隔爆型电气设备的检查与维护《煤矿安全规程》中规定，井下防爆电气设备的运行、维护和修理，必须符合防爆性能的各项技术要求。使用中的防爆电气设备的防爆性能每日应对外部检查1次，每月对防爆性能检查1次。第二节隔爆型电气设备井下防爆电气设备变更额定值使用和进行技术改造时，必须经国家授权的矿用产品质量监督检验部门检验合格后，方可投入运行。防爆电气设备入井前，应检查其产品合格证、煤矿矿用产品安全标志及安全性能；检查合格并签发合格证后，方准入井。涉及煤矿安全的产品必须有MA标志，并取得安全标志证书。普通便携式测量用仪器、仪表，只准在甲烷浓度1％以下的地点使用。第二节隔爆型电气设备1.隔爆型电气设备应检查的内容（1）防爆结合面的宽度、间隙、粗糙度不超过规定。（2）外壳强度、闭锁装置符合规定。（3）螺栓、螺母、平垫圈、弹垫圈齐全紧固；闭锁装置齐全、完整、可靠。（4）内、外接地装置齐全、无锈蚀、接地线紧固，截面符合要求。第二节隔爆型电气设备2.外接地端子须符合的规定（1）功率大于10kW的电气设备，外接地端子不小于M12。（2）功率在5~10kW的电气设备，外接地端子不小于M10。（3）功率在250W~5kW的电气设备，外接地端子不小于M8。第二节隔爆型电气设备（4）功率不大于250W且电流不大于5A的电气设备，外接地端子不小于M6。（5）接线盒内接线弹簧垫、平垫，齐全、紧固、无毛刺，接地芯线长于导电芯线，在导电芯线被拉脱时，接地芯线仍保持连接。第二节隔爆型电气设备（6）接线端子电气间隙、爬电距离符合规定。（7）保护装置整定值符合规定，动作灵敏可靠。第二节隔爆型电气设备3.防爆电气设备失爆判别标准（1）隔爆外壳应清洁、完整无损并有清晰的防爆标志和MA标志；否则，视为失爆。（2）隔爆外壳有裂纹、开焊或外壳严重变形的（严重变形指变形长度超过50mm，同时凹凸深度超过5mm者）为失爆。第二节隔爆型电气设备（3）防爆开关或母线盒的隔爆壳内外严重脱漆、有锈皮脱落且外壳有明显的锈蚀麻点的为失爆。（4）机械闭锁装置不全、变形损坏，使设备起不到机械闭锁作用的为失爆。第二节隔爆型电气设备（5）防爆室（腔）的观察窗（孔）的透明玻璃板松动、破裂或使用普通玻璃者为失爆。（6）两个隔爆腔之间贯通或绝缘座与主体间隙超限为失爆。第二节隔爆型电气设备（7）隔爆结合面不得有锈蚀及油漆，应涂防锈油或磷化处理。如有锈迹，用棉纱擦净后，留有呈青褐色氧化亚铁（Feo）云状痕迹，用手摸无感觉者仍算合格。第二节隔爆型电气设备（8）用螺栓固定的隔爆结合面，同一部位的螺母、螺栓规格一致。平垫、弹簧垫圈的规格应与螺栓直径相符合。其紧固程度应以压平弹簧垫圈不松动为合格。螺母紧固后，螺栓螺纹应露出1～3个螺距。第二节隔爆型电气设备（9）进线嘴连接紧固，密封良好，符合规定，否则为失爆。高压隔爆开关闲置的接线嘴应符合以下规定：高压隔爆开关闲置的接线嘴应用与线嘴法兰厚度、直径相符的钢垫板封堵压紧。高压隔爆开关压紧螺母式进线装置的要求与低压隔爆开关相同。高压隔爆开关接线盒引入铠装电缆后，应用绝缘胶灌至电缆三叉以上，其深度须大于电缆引入口孔径的1.5倍（最小40mm）。第二节隔爆型电气设备3.防爆电气设备失爆判别标准（1）隔爆外壳应清洁、完整无损并有清晰的防爆标志和MA标志；否则，视为失爆。（2）隔爆外壳有裂纹、开焊或外壳严重变形的（严重变形指变形长度超过50mm，同时凹凸深度超过5mm者）为失爆。第三节本质安全型电气设备一、本质安全型电气设备的定义通过限制电气设备电路的各种参数，或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆，这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从本质上就是安全的，故称为本质安全型。采用本质安全电路的电气设备称为本质安全型电气设备。第三节本质安全型电气设备全部电路都是本质安全电路的电气设备为单一式本质安全型电气设备。局部电路为本质安全电路的电气设备为复合式本质安全型电气设备。目前井下用得最多的复合式本质安全型电气设备，是隔爆兼本质安全型电气设备。第三节本质安全型电气设备在设备的电气系统中，与本质安全电路有电气连接并可能影响安全性能的那部分非本质安全电路的电气设备称为关联电气设备。关联电气设备可以是各类防爆形式，也可以是矿用一般型，这取决于关联设备的使用场所。第三节本质安全型电气设备二、本质安全型电气设备的划分1.本质安全型电气设备的类别按本质安全型电气设备的使用范围分为两类。Ⅰ类为煤矿井下用本质安全型电气设备；Ⅱ类为工厂用本质安全型电气设备。第三节本质安全型电气设备2.本质安全型电气设备的等级本质安全型电气设备及其关联设备，按其使用场所和安全程度不同分为ia、ib两个等级。第三节本质安全型电气设备ia等级电路在正常工作、一个故障和两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。正常工作时，安全系数为2；一个故障时，安全系数为1.5；两个故障时，安全系数为1。第三节本质安全型电气设备ib等级电路在正常工作和一个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。正常工作时，安全系数为2；一个故障时，安全系数为1.5。第三节本质安全型电气设备ia等级本质安全型电气设备安全程度高于ib等级的本质安全型电气设备。在连续存在爆炸性气体混合物的场所中，应使用ia等级的防爆电气设备，如煤矿瓦斯抽放管路。煤矿井下一般场所使用ib等级的防爆电气设备。第三节本质安全型电气设备ia等级本质安全型电气设备和ib等级的本质安全型电气设备的差异，ib等级的本质安全型电气设备是双重化，ia等级的本质安全型电气设备是三重化。第三节本质安全型电气设备3.本质安全型电气设备的电源本质安全电源有2种基本类型：独立电源和外接电源。独立电源最常用的是干电池和蓄电池。干电池和蓄电池必须接入限流电阻，限流电阻应采用金属膜电阻、线绕被覆层电阻。电池或蓄电池与限流电阻应胶封为一体构成本安组件，具有防止电池或蓄电池直接短路的措施，并置于IP54防护外壳或隔爆外壳中。第三节本质安全型电气设备外接电源大多数从动力电源引入，经整流、稳压（稳流）等处理后供电，都设计成隔爆兼本质安全型。本质安全电路必须设有过流、过压和短路保护电路。各种保护电路必须是双重化，即使一组损坏另一组保护电路仍起保护作用。第三节本质安全型电气设备