防爆电气设备介绍.docx

防爆电气设备一爆炸性危险场所中安装的电气设备主要有隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、浇封型、充油型、充砂型、“n”型等。一、隔爆型电气设备隔爆型电气设备，用符号“d”表示，是一种专门防爆型式电气设备。广泛应用于存在各种各样的可燃性气体-空气混合物免爆炸性危险场所中。（一）基本原理这种防爆型式的电气设备的防爆安全性能，主要是依靠一种被称作“隔爆外壳”的外壳来保证的。所谓“隔爆外壳”是指这样一种外壳，它允许进入内部的爆炸性气体混合物在外壳内发生燃烧爆炸，但是不允许爆炸生成物从外壳内部通过通往外壳外部的任何通道窜到外壳外部，点燃周围的爆炸性气体混合物。电气设备有了这样的外壳，只要其外壳外表面的最高温度不超过相应的温度组别的温度值，就不会成为周围的爆炸件气体混合物的点燃源。根据此防爆原理，隔爆型电气设备的外壳就必须具有足够的机械强度，能够承受外壳内部爆炸时产生的爆炸压力，不发生严重的变形或损坏；外壳各零部件之间的缝隙，即从外壳内部到外部的各种通道，必须具有合适的机械尺寸，能够降低外壳内部爆炸生成物窜出外壳时所携带的能量，甚至阻止爆炸生成物窜出外壳，从而避免点燃设备周围的爆炸性气体混合物。这种防爆型式的电气设备防爆安全性能可靠，而且制造技术成熟，使用寿命也比较长。但是，由于隔爆结构的原因，这种电气设备的自身重量比较大，笨重，这是它的缺点。（二）隔爆外壳的耐爆性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。在低于最大爆压浓度时，爆炸压力与混合物的浓度成正比；当外壳的容积增大时，其热损失相对减少，爆炸压力相对增高；就外壳的形状而言，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。隔爆型电气设备爆炸时，其内部会产生0.52.0MPa的爆压，将对壳壁产生冲击力。当外壳材质的强度不能满足要求时，会造成破损，所以外壳的抗拉强度及壁厚应达到要求。隔爆型电气设备的外壳材料均用金属材质制成。常用的有钢板、铸钢、铸铝合金、铸铁等材料。当采用铸铁时，其牌号应不低于HT250;当采用铸铝时，应用抗拉强度不低于120MPa,含镁量不低于6%的铜铝合金。当外壳容积不大于0.0IL时，可采用陶瓷材料制造；当外壳容积不大于2.0L时，可采用塑料材料制造，但塑料外壳的结构强度受成型工艺及易自然老化的影响，一般用于外壳容积小于0.1L的隔爆部件。隔爆外壳由于要承受爆压的冲击力，因此其壁厚值相对其他防爆型式的外壳要大。以铸铝壳体为例，容积不大于2.0L的外壳，壳壁厚度应在4.08.0mm之间，法兰厚度应在8.012.0mm之间；铸铝外壳的壁厚由于致密度相对较高，其壁厚可设计得小一点。当容积大于4.0L时，须采用铸钢等黑色金属材料。（三）隔爆外壳的隔爆性由于制造、安装、维护等原因，隔爆外壳不可能是天衣无缝的整体，而是由许多个零部件组成的。零件间的连接缝隙会成为壳内的爆炸产物所通过的路径，引燃周围的爆炸性气体混合物。这些零部件的配合部分称隔爆接合面，其接合缝隙称隔爆接合面间隙。隔爆外壳的隔爆性建立在隔爆接合面对内部的爆炸火焰有冷却作用的理论基础上。隔爆接合面的结构形式有平面式、止口式、锯齿式、曲路式等。操纵杆和轴的配合属于圆筒式结构，它们分别应用于壳体与壳盖的接合处、壳体与操纵杆的接合处、电动机轴伸与端盖的接合处、电缆或导线的引人装置与壳体的接合处、仪表及显示器窗与壳体的接合处等。隔爆接合面的结构应能保证熄灭间隙中的火焰损失至少20%的热量。为此，爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备（GB3836.22010）对隔爆接合面的宽度（L）、间隙（或直径差）（i）、法兰至壳体内缘的距离（/）、隔爆面的表面粗糙度（Ra）、隔爆螺纹的精度等都有相应的规定。（四）隔爆型电气设备主要安全注意事项（1）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，造成工艺装置停产，所以对重要的工艺装置所配置的电气设备不能采用隔爆型电气设备。（3）在设计隔爆外壳时，应考虑其耐爆性及隔爆性，所以会造成隔爆外壳的结构尺寸大、重量重，在安装时要注意其机架的稳固。二、增安型电气设备增安型电气设备是一种专门防爆型式的防爆电气设备，用符号“e”表示。它是工业企业中存在可燃性气体场所里使用十分广泛的一种防爆电气设备。（一）增安型电气设备的防爆原理通常认为，当供电的额定电压不超过11kV（交流有效值或直流值）时，在正常运行条件下和（或）认可的过载条件下不会产生火花、电弧和（或）危险温度的电气设备，才允许设计和制造成增安型电气设备。显然，不符合这些条件的电气设备是不允许制成增安型防爆型式的。在上述的限定条件下，增安型电气设备不是使用像隔爆型电气设备中使用的所谓“隔爆外壳''那样进行“防爆''的，而是根据燃烧与爆炸的充要条件，对电气设备的各个部分采用机械的和（或）电气的增强措施，进一步提高它们的安全可靠程度，从而避免产生火花、电弧和（或）危险温度的可能性。也就是说，对电气设备采取和提出一些结构措施和安全要求，使它不可能成为可燃性气体的点燃源。增安型电气设备在机械结构、外壳防护、电气绝缘、导线连接、电气间隙和爬电距离、极限温升等方面都有特辣要求，以保证具有可靠的防爆安全性能。（二）外壳防护的有效性增安型电气设备是依靠外壳的防护措施来保护内部的电气部件的。外壳防护措施不好，粉尘及水分会侵入壳体内的电气绝缘构件上，造成电气设备的过载或短路，产生电火花或电弧，引燃周围的爆炸性气体混合物。外壳防护等级的代码为IP,后面加防外物侵入及防水侵入数字代号，如IP54表示防外物侵入5级，防水侵入4级，意义为壳体内有少量粉尘侵入，但不影响电气设备的正常运行，并且任何方向的溅水对电气设备的正常运行无影响。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#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（如电磁阀线圈），至少应有IP44的外壳防护等级。（三）增安型电气设备主要安全注意事项（1）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，应用是有局限性的。（2）与隔爆型相比，特点是结构轻巧，安装维护方便，因此，经常使用在隔爆增安复合型防爆电气中的接线盒（箱）或隔爆部件的增安外壳结构上。（3）增安型电气设备的外壳不能起到防爆作用，安全程度决定于安装的可靠及维护的好坏，可在1区（部分产品）、2区保炸性气体环境中使用。三、本质安全型电气设备本质安全型（本安型）电气设备是一种内装本质安全电路的设备，包括设备和电路，还可以包括关联设备以及连接电缆，是石油、化工、煤炭等存在可燃性气体的现代工业中应用十分广泛的电气设备，通常用符号“i”表示。这种防爆型式是对电路系统而言的，是利用限制电路能量的方法来实现防爆的。在这种电气设备中，即使电路发生短路、开路、绝缘击穿等故障引起的电气放电以及热效应，都不能够引起爆炸性气体混合物点燃。因而，它从本质上是安全的。所以，在防爆产品选型上，应尽可能选择本质安全型。本质安全型电气设备及关联设备的本质安全部分，按照安全水平的高低，分为两个等级：“ia”级和“ib”级。“ia”级本质安全型电气设备的防爆安全水平比“ib”级的高，它可以应用于爆炸性气体环境中的O区。(一)本质安全型电气设备的结构本质安全型电气设备主要是依靠自身的电路参数来保证其防爆安全性能。所以，本质安全型电气设备和关联设备的本质安全部分，原则上不需要外壳进行保护。但是，当这种设备和电路有可能遭受外部侵害，例如机械伤害、电气伤害、潮湿腐蚀、环境污染时，适当的外壳保护还是需要的。通常情况下，这种保护外壳具有IP20的防护等级就可以To(1)外部导线的连接：外部电缆或电线引人本质安全型电气设备的方式有两种：电缆或电线直接连接在它的接线端子上，或者，用插头插座方式插接连接。(2)导线：在本质安全型电气设备和电路中，导线除应该满足电路要求的载流量外，还必须符合相应温度组别的温度要求。也就是说，当导线通过某个电流时，导线的发热温度不应该高于设备温度组别的温度值。(二)结构上的特殊要求(1)接地屏蔽：有时候，在安全电路中需要设置金属屏蔽来为电路或电气元器件提供保，护性隔离。这种屏蔽应该可以可煤接地，而且，屏蔽和相应的连接部分应该能够承受电路有故障情况下可能出现的最大电流。(2)设备及电路的接地：在本质安全型电气设备中有很多部位，例如，设备的金属外壳、金属屏蔽、印刷电路板上有关导线、插接装置的隔离插头和二极管安全栅等，都需要可靠地接地。这些接地，有的是保护性接地，有的是功能性接地。使用接地连接装置进行接地时，通常情况下，对于“ia”级的本质安全型电气设备,连接装置应该具有3个完全独立的插接元件并联组成；对于“ib”级的本质安全型电气设备，连接装置应该具有两个完全独立的插接元件并联组成。插接元件应该牢固地固定在设备的壳体上，所有连接必须接触可靠。（3）继电器：在本质安全型电气设备中有时候使用一种小型继电器。一般情况下，在继电器线圈接到本质安全电路时，它的额定电流不应该超过5A,额定电压不应该超过250V。（4）防止极性反接：在本质安全电路中，为了防止电源（如直流电源、电池或蓄电池组）的极性反接，在电路“入口”处设置防止极性反接保护环节，例如，串接1只二极管，或者采用二极管桥式环节。四、正压型电气设备正压型电气设备，用符号“P”表示，是一种在工业企业爆炸性危险场所中应用比较广泛的电气设备。尤其是一些大型电气设备（装置），例如，大型的电动机、电气控制柜等。在爆炸性危险场所中采用其他防爆型式有困难时，往往采用正压型防爆型式。（一）防爆原理正压型电气设备就是在电气设备内充入具有一定压力的保护性气体，使其内部可能产生火花、电弧和危险温度的电器元器件处于保护性气体之中。这样，这些元器件就不会发生点燃爆炸性气体混合物的危险。这种防爆型式按照保护水平可以分为3个保护等级：PX型正压保护、Py型正压保护和PZ型正压保护。正压保护，实质上并不是仅仅指正压型电气设备，还应该包括与设备连接的保护性气体的输送管道、保护性气体的供气源以及相应的自动检测装置，它是一个系统保护体系。（二）正压型电气设备的通用防爆结构和安全要求1 .通用防爆结构和安全要求正压型电气设备，按照设备的结构、功能和正压保护型式的不同，分为静态正压型电气设备和非静态正压型电气设备。对于非静态正压型电气设备，又可以分为内含释放源的正压型电气设备和不含释放源的正压型电气设备。这些不同类型的正压型电气设备，除有各自的专门要求外，都应该符合下面的通用防爆结构和安全要求。(I)结构材料和结构强度：在正压型电气设备中，设备的外壳被称作所谓的“正压外壳”，是这种防爆型式的一个重要结构。通常情况下，正压外壳采用钢板，例如Q235-A钢板，或者用不锈钢材料制成，也可以使用高强度的塑料制作，但塑料必须具有抗静电性能：正压外壳应该具有足够的机械强度，除设备正常要求的结构强度外，外壳、与其相连的保护性气体输送管道以及连接部件应该在有进排气口封闭的悄况下承受1.5倍的最高正压的压力值，最低也应该承受200Pa的压力而不出现变形或损坏：偎如正压型电气设备在运行过程中内部力可能引起外壳、轮送管道以及相关的连接件发生变形，在正压保护系统中就设置自动安全装置,例如过压压力检测装置，将系统中的过出阪制在不影响防爆型式的程度。(2)正压外充的门和被子：正压型电气设备的门和盖子与电气回路进行联锁。这种联锁，当门或盖子开启时，应该自动切断正压系统中未按相应防爆型式进行防爆处理的电气元器件的电源；当门或盖子没有可靠关闭之前，不能重新对这些元器件供电。对于静态正压型电气设备，门或盖子必须使用专门工具才能够开启，而且还应该在它的外壳明显部位设置警告标志：“警告！严禁在危险场所开启！此外，在正压型电气设备上，尤其是I类设备上，使用的紧固件应该是特殊紧固件。为了防止因内部压力过大在开启门或盖子的时候出现伤害事故，采用了双位紧固件，或者其他的特殊缓动措施。(3)保护性气体的进气口和排气口：正压型电气设备上保护性气体的进气口和排气口的位置，是根据保护性气体的相对密度来设置的。当保护性气体的相对密度比空气大时，进气口开设在外壳的上部，排气口开设在外壳的下部；当保护性气体的相对密度比空气小时，进气口开设在外壳的下部，排气口开设在外壳的上部。不管进气口或排气口是在外壳的上部或下部，进气口和排气口都设置在外壳的相对侧。这样的布置便于保护性气体的流动和吹扫换气。进气口（或排气口）的面积，一般情况下按每1000cm3正压外壳容积不小于ICm3来计算。这样计算得出的进气口总面积，就可以保证正压外壳得以充分地吹扫（换气）。（4）正压外壳内设置导流板：为了保证正压外壳得到充分的吹扫气流通过正压外壳内的每个角落，正压外壳被分割成几个小的空腔，采用导流板来改善保护性气体的吹扫效果，小空腔上还单独设置一些进气孔，增加吹扫的通道。（5）火花和炽热颗粒挡板：当正压型电气设备的排气口设置在爆炸性气体环境中时.，在它的外壳内设置了一些挡板，防止外壳内的炽热颗粒和可能的放电火花通过外壳的排气口窜出外壳，飞到周围爆炸性气体环境中。外壳内不产生炽热颗粒的，就不设置这种挡板。另一种情况，即当外壳内的触头工作电压不大于275V（交流）或60V（直流），工作电流不大于10A,而且触头还安装有灭弧罩时，正压外壳的排气口可不设置火花和炽热颗粒挡板。为了防止火花和炽热颗粒从排出的气流中飞出，在它的气流流通方向上至少发生8次90。的方向改变。（6）正压外壳的防护要求：在正压型电气设备内，为了保持正常工作时内部压力高于外部压力的正压，除必要的进气口和排气口以外，正压外壳应尽可能地保持密封状态，防止保护性气体发生泄漏，降低外壳内的压力。在通常情况下，正压外壳的防护等级不应该低于IP4X,对于使用在潮湿和充满煤尘的场所的电设备，防护等级不应该低于IP44o2 .电气间隙、爬电距离和极限温度（1）电气间隙和爬电距离：在正压型电气设备中使用的电气绝缘材料，和其他防爆型式的防爆电气设备中使用的绝缘材料相比，没有原则的区别，电气间隙和爬电距离也应该是一样的。但是，对于I类电气设备，假如额定电流大于16A的话，例如在断路器、接触器或隔离开关中，这种电流在开、关时可能产生电弧，所用的绝缘材料根据相关标准另有要求。（2）极限温度：正压型电气设备的温度组别应符合各种防爆型式电气设备的统一规定，但是，因正压保护等级的不同而不同，温度级别的确定方法亦不尽相同。对于PX型保护等级和Py型保护等级：在确定电气设备的温度组别时，既考虑设备外壳外表面的最高表面温度，还要考虑设备内部零件的最高表面温度，按照这两个温度中最高的作为确定温度组别的温度值。对于正压型电气设备内的一些小元件（表面积不超过IOCm2）,当它的最高表面温度低于相应的可燃性气体的点燃温度一定值时，其最高表面温度可以高于温度组别的温度值；另外,当设备内部发热元件在开启门或盖子之前能够冷却到温度组别规定温度值以下时，其最高表面温度也可以超过温度组别的规定值。此外，当正压型电气设备的正压保护突然中断时，电气设备还应该具有一定的保护能力，防止在内部发热元件没有冷却到允许的最高温度之前接触可燃性气体。对于一些特殊设备，人们往往采用备用的通风系统来防止正压保护系统的突然中断，一旦中断，备用系统马上自动启动。对于PZ型保护等级，正压型电气设备的温度组别仅仅以正压外壳外表面的最高表面温度为依据来确定。此外，正压保护突然中断时，正压型电气设备还应设置其内部带电部件的自身保护。3 .保护系统中自动安全装置的防爆型式对于正压型电气设备来说，除正压外壳外，对正压保护系统的实时监测，是保证这种防爆型式防爆安全性能的一项十分重要的安全措施。这是正压型电气设条的一个觅要特征。在正压保护系统中，检测正压系统工况的监测单元（装置）本身不应该成为可燃性气体的点燃源，它应该符合某种防爆型式的要求，或者把它安装在非爆炸性危险场所中。各种自动安全装置是正压保护系统必需的伺服单元，它们应该在正压保护系统投入工作之前、运行之中和停止工作之后都提供可靠的“服务因而，自动安全装置的电源不应该和主电路共用1个电源，至少应该设置在主回路的隔离开关之前。（三）保护性气体（1）气体种类：在正压型电气设备中使用的保护性气体，是一种非可燃性的气体，它自身不会被点燃，不会影响正压外壳、输送管道以及连接件的可靠性，不会影响电气设备的正常运行。如氮气等一些惰性气体，可以作为保护性气体。在用惰性气体作为保护性气体时，应防止其泄漏，并警告作业人员注意窒息的危险。（2）气体温度：在正压外壳的进气口处，保护性气体的温度，通常情况下不应该超过4（C。但是，在一些特殊情况下，保护性气体的温度可以较高些，或较低些，此时，应该把最高温度或最低温度标志在正压型电气设备的外壳上。有时候，还应该考虑如何避免因温度过高或过低而出现的凝露或结冰，以及温度高低交替变化引起的“呼吸”作用。（四）静态正压型电气设备的安全措施和安全要求（1）具有静态正压外壳的正压型电气设备，除应该符合正压型电气设备的一般要求外，还应该符合下列要求和规定：正压外壳内部不应该包含可燃性物质的内释放源；正压外壳内充人的保护性气体应该采用惰性气体，其中氧气的体积分数不应该超过1%;充入惰性气体的作业应该在非危险场所进行；在正压外壳上应该设置自动安全装置，例如压力传感器。对于PX型和Py型保护等级的设备，应该设置2台这样的装置；对于PZ型保护等级的设备，可以只设置1台。当正压外壳内的压力下降到规定值时，自动安全装置应该可靠地发出报警信号（声、光信号），并自动切断主回路的电源；在不利运行条件下，正压外壳内的正压值必须高于外部压力50Pao（2）内含释放源的正压型电气设备的安全措施和安全要求：在现代化工企业和其他存在可燃性气体或易燃性液体的生产环境中，由于工艺流程的需要，往往有一些含可燃性气体或易燃性液体的工艺管道要通过一些电气装置（设备），这些工艺管道在正压型电气设备中就可能是一种内释放源。通常情况下，能够形成内释放源的正压型电气设备内的工艺管道部分被称为内置系统。根据内置系统的结构可靠性和控制系统的设置状态，可以把内置系统分为无故障内置系统和有故障内置系统。因而，人们也把正压外壳内的内释放情况分为无释放工况和有限释放工况。为保证包含内释放源的正压型电气设备的运行安全性，一般要求采用下述正压保护技术：泄漏补偿式正压保护，即对正压外壳供给一定数量的保护性气体，以补偿正压外壳及其连接的输送管道发生的任何泄漏，从而保持外壳内所需的正压值；连续稀释式正压保护，即在正压外壳吹扫之后，连续以规定流量的保护性气体输人正压外壳内，以使外壳内可燃性气体的浓度始终保持在它的爆炸下限以下。