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防爆电气应用知识讲座
防爆电气应用知识讲座
2008年4月18日
电气设备正常运行或故障状态下可能出现的火花、电弧、热表面等，它们都具有一定的能量，可以成为点燃矿井瓦斯和煤尘的点火源。
因此，煤矿井下使用防爆电气设备，对防止瓦斯、煤尘爆炸事故具有重要的意义。
第一节电气防爆
一、防爆电气设备的类型、级别、组别及标志
（一）防爆电气设备的类型
采取安全技术措施以后，能够保证其在一定的爆炸危险场所实现安全供用电的电气设备通称为防爆电气设备。
防爆电气设备的类型很多，按其使用环境的不同，一般分为两大类：
Ⅰ类：
煤矿井下使用的防爆电气设备，主要用于有瓦斯爆炸性的作用环境。
Ⅱ类：
工厂使用的防爆电气设备，主要用于除瓦斯以外的各种各样爆炸性气体中或可燃物的化工厂、石油开采等作用环境。
1983-2000年，国家标准局先后颁布了10种防爆电气设备类型，其国标为GB3836-2000。
1．隔爆型电气设备。
具有隔爆外壳的电气设备叫隔爆型电气设备。
是将正常工作或事故状态下可能产生火花的部分放在一个或分放在几个外壳中，这种外壳除了将其内部的火花、电弧与周围环境中的爆炸性气体隔开外，当进入壳内的爆炸性气体混合物被壳内的火花、电弧引爆时外壳不致被炸坏，也不致使爆炸物通过连接缝隙引爆周围环境中的爆炸性气体混合物。
隔爆电气设备具有良好的耐爆性和隔爆性，其标志为“d”。
2．增安型电气设备。
是一种在正常运行条件下不会产生电弧、火花和危险温度的矿用电气设备。
为了提高其安全程度，在设备的结构、制造工艺以及技术条件等方面采取一系列措施，从而避免了设备在运行和过载条件下产生火花、电弧和危险温度，实现了电气防爆。
增安型电气设备的安全性能达到什么程度，不但取决于设备的自身结构形式，也取决于设备的使用环境和维护的情况。
能制成增安型电气设备的仅是那些在正常运行中不产生电弧、火花和过热现象的电气设备，如变压器、电动机、照明灯具等电气设备。
增安型电气设备的标志是“e”。
3．本质安全型电气设备。
是在正常工作或规定的故障状态下，产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。
全部采用本质安全电路的电气设备称为本质安全型电气设备。
本质安全型电气设备的标示为“i”。
（是通过限制电路的电气参数，进而限制放电能量实现电气防爆的。
所以它不需要专门的隔爆外壳，这就大大缩小了设备的体积和重量，简化了设备的结构。
）
4．正压型电气设备。
是将电气设备置入外壳内（壳内无可燃性气体释放源），将壳内充入保护性气体，并使壳内保护气体的压力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壳内，实现电气设备的防爆。
正压型电气设备的标志为“p”。
5．浇封型电气设备。
是将电气设备有可能产生点燃爆炸性混合物的电弧、火花或高温的部分浇封在浇封剂中，避免这些电气部件与爆炸性混合物接触，从而使电气设备在正常运行或认可的过载和故障情况下均不能点燃周围的爆炸性混合物。
浇封型电气设备有整台设备浇封的，也有部件浇封的。
对于采取浇封防爆措施的浇封型部件不能单独在爆炸性环境中使用，必须与使用该部件的防爆电气设备组合后才能在爆炸性环境中使用。
常用的浇封型电气设备或浇封型部件主要有电池、蓄电池、熔断器、电压互感器、电机和变压器绕组、电缆接头等。
浇封型电气设备的标志为“m”。
6．气密型电气设备
是将电气设备或电气部件置入经气密的外壳内。
这种外壳能防止壳外部可燃性气体进入壳内。
气密型电气设备的标志为“h”。
7．充砂型电气设备
是在电气设备的外壳内填充石英砂粒，将设备的导电部件或带电部分埋在石英砂防爆填料层之下，使之在规定的条件下，在壳内产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或石英砂材料表面的温度都不能点燃周围爆炸性混合物。
充砂型电气设备的标志为“q”。
8．无火花型电气设备。
在正常状态或故障状态下，产生的电火花都不会点燃周围爆炸性混合物的电气设备，无火花型电气设备的标志为“n”。
9．充油型电气设备。
全部或部分部件漫在油内，该设备不能点燃油面以上的或壳外的爆炸性混合物的电气设备。
该型设备的代号为“o”
10．特殊型电气设备。
异于上述各种类型防爆电气设备或由上述防爆型式组合成的电气设备。
该设备有主管部门制定暂行规定，经国家认可的检验机构检验证明，具有防爆性能的电气设备。
该型设备的代号为“s”。
矿用一般型电气设备是一种煤矿井下用的非防爆型电气设备，它只能用于井下无瓦斯煤尘爆炸危险的场所。
外壳的明显处有“KY”标志。
（二）防爆电气设备的级别
Ⅰ类设备中的本质安全型有ia等级和ib等级。
Ⅱ类防爆电气设备类型有A、B、C三个级别。
（三）防爆电气设备的组别
为了保证各种类型电气设备在运行中不产生引燃爆炸性混合物的温度，对Ⅱ类电气设备运行时能允许的最高表面温度分为T。
～T。
组，分组情况见表2。
电气设备的允许最高表面温度
电气设备类型
温度组别
设备允许表面温度／C
说明
I类
150
设备表面可能堆积粉尘
450
采取措施防止粉尘堆积
Ⅱ类
T1
450
450≤f
T2
300
300≤f<450
T3
200
200≤f<300
T4
135
135≤￡<200
T5
100
100≤f<135
T6
85
85≤f<100
注：
表中z为叫燃性气体、蒸汽的引燃温度。
（四）防爆电气设备的标志
防爆电气设备的防爆总标志为Ex，安全标志为MA。
各种类型的防爆电气设备标志见表。
爆炸性环境用电气设备类型及标志
防爆电气设备类型
标志
防爆电气设备类型
标志
隔爆电气设备
d
正压型电气设备
p
本质安全型电气设备
i
充油型电气设备
o
增安型电气设备
e
无火花型电气设备
n
浇封型电气设备
m
特殊型电气设备
s
气密型电气设备
h
矿用一般型电气设备
KY
充砂型电气设备
q
例：
矿用隔爆型ExdI；矿用本质安全型ia等级：
ExiaI；矿用隔爆兼本质安全型ib等级：
ExdibI；矿用增安型ExeI。
二、电气设备的防护等级
电气设备应具有坚固的外壳，外壳应具有一定的防护能力，并达到一定的防护等级标准。
防护等级就是防外物和防水能力。
防外物是指防止外部固体进入设备内部和防止人体触及设备内的带电或运动部分的性能，简称防外物。
防水是防止外部水分进入设备内部，对设备产生有害影响的防护性能，简称防水。
防护等级用字母IP连同两位数来标志。
例如IP43中的IP是外壳防护等级标志，第一位数字4表示防外物4级，第二位数字3表示防水3级。
数字越大表示等级越高，要求越严格。
防外物共分7级，防水共分9级。
外壳防护等级标准见表3。
表3外壳的防护等级
防护等级
防外物能力分级
防水能力分级
简称
说明
简称
说明
O
无防护
没有专门的保护
无防护
没有专门的保护
1
防护大于50mm的固体
能防止直径大于50mm的固体异物进入壳内
防滴
垂直的滴水应不能直接进入产品内部
2
防护大于12mm的固体
能防止直径大于12mm的固体异物进入壳内
15。
防滴
与铅垂线成15。
角范围
内有淋水应不能直接进入产品内部
3
防护大于2．5mm的固体
能防止直径大于2．5mm的固体异物进入壳内
防淋水
与铅垂线成60。
角范围
内有淋水应不能直接进
入产品内部
4
防护大于1mm的固体
能防止直径大于1mm的固体异物进入壳内
防溅
任何方向的溅水对产品应无有害的影响
5
防尘
能防止影响产品正常运行的灰尘进入壳内
防喷水
任何方向的喷水对产品应无有害的影响
6
尘密
完全防止灰尘进入壳内
防海浪或强力喷水
猛烈的海浪或强力喷水对产品应无有害影响
7
浸水
产品在规定的压力和时间下浸在水中，进水量应无有害的响
8
潜水
产品在规定的压力下长时间浸在水中，进水量应无有害的影响
三、矿用防爆型电气设备的通用要求
通用要求就是防爆电气设备共有的特性。
主要有以下几个方面：
（1）电气设备的允许最高表面温度。
表面可能堆积粉尘时为150‘C；采取防尘堆积措施时为450C；防爆电气设备使用的环境温度为一20～40lC。
（2）电气设备与电缆的连接应采用防爆电缆接线盒，电缆的引入引出必须用密封式电缆引入装置，并应具有防松动、防拔脱措施。
（3）对不同的额定电压和绝缘材料，电气间隙和爬电距离都有相应的较高的要求。
（4）具有电气或机械闭锁装置，有可靠的接地及防止螺钉松动装置。
（5）防爆电气设备如果采用塑料外壳，须采用不燃性或难燃性材料制成，并保证塑料表面的绝缘电阻不大于1×10。
n，以防积聚静电，还必须承受冲击试验和热稳定试验。
（6）防爆电气设备限制使用铝合金外壳，防止其与锈铁摩擦产生大量热能，避免形成危险温度。
（7）防爆型电气设备，必须经国家指定的防爆试验鉴定。
（8）防爆设备的选用
由于煤矿井下条件特殊，对电气设备的选用按照《煤矿安全规程》的要求，根据井下不同的使用场所，按表4选用不同类型的电气设备。
表4井下电气设备选用规定
使用场所
类别
煤（岩）与瓦斯
（二氧化碳）突出矿井和瓦斯喷出区域
瓦斯矿井
井底车场、总进风巷和主要进风巷
翻车机室
采区进风巷
总回风巷、主要回风巷、采区回风巷、工作面和工作面进回风巷
低瓦斯矿井
*高瓦斯矿井
1．高低压电机和电气设备
矿用防爆型
（矿用增安型除外）
矿用一般型
矿用一般型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型（矿用增安型除外）
2．照明灯具
矿用防爆型
（矿用增安型除外）
矿用一般型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型（矿用增安型除外）
3．通信、自动化装置和仪表、仪器
矿用防爆型
（矿用增安型除外）
矿用一般型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型（矿用增安型除外）
*使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电设备硐室内可以采用矿用一般型电气设备（包括照明灯具、通信、自动化装备和仪表、仪器）}
**煤（岩）与瓦斯突出矿井的井底车场的主泵房内，可使用矿用增安型电动机}
***允许使用经安全检测鉴定，并取得煤矿矿用产品安全标志的矿灯。
（9）矿用一般型电气设备
矿用一般型电气设备的技术要求、特点及适用条件
对矿用一般型电气设备的基本要求是外壳坚固、封闭，能防止从外部直接触及带电部分；防滴、防溅、防潮性能好；有电缆引入装置，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖之间有联锁装置等。
防防等级一般不低于IP54，外风冷式电机风扇进风口和出风口的防护等级不低于IP20和IPlO；用于无滴水和粉尘侵入的硐室中的设备，最高表面温度低于200lC的起动电阻和整流机组的防护等级不低于IP21；用外风扇冷却的设备和焊接用整流器的防护等级不得低于IP43。
矿用一般型电气设备表面温度不超过85C；操作手柄、手轮不高于60lC；在结构上能防止人接触的部位不高于150℃。
矿用一般型电气设备是一种煤矿井下用的非防爆型电气设备，它只能用于井下无瓦斯煤尘爆炸危险的场所。
外壳的明显处有“KY”标志。
（10）隔爆型电气设备的技术要求、特点及使用条件
（1）在平面对平面的隔爆结构中，当法兰长度确定后，法兰厚度的设计选择要保证在爆炸压力的作用下，法兰的变形程度不能影响隔爆间隙的大小。
（2）在加工法兰时，对法兰的隔爆面有严格的技术要求。
对于圆筒面对圆筒面的隔爆结构，在设计和制造时，要保证其同心度，避免发生单边间隙过大或过小的现象。
（3）为了确保隔爆面间隙，隔爆面的防腐蚀措施也是十分重要的。
一般采用磷化、电镀、涂防锈油等方法，但绝对不能涂油漆，因为油漆的漆膜在高温作用下分解，将会使隔爆间隙变大，影响隔爆性能。
（4）对于隔爆接合面所用的紧固件也必须有防锈和防松的措施。
只有外壳零件紧固后，才能构成一个完整的隔爆外壳。
（5）隔爆电气设备的特点是防护能力强，防潮性好，具有隔爆和耐爆性能，所以适用于煤矿井下有爆炸危险的环境中使用。
（11）增安型电气设备的技术要求、特点及使用条件
对增安型电气设备要做到接线方便，操作简单，保持连接件具有一定的压力。
电气设备的电缆和导线的连接大部分是通过连接件进行连接的，连接件主要由导电螺杆、接线座等部件组成。
为保证其安全性能，对连接件有如下要求：
连接件不能有损伤电缆或导线的棱角毛刺，正常紧固时不能产生永久变形和自行转动。
不允许用绝缘材料传递导体连接时所产生的接触压力。
不能用铝质材料做连接件。
内部导线连接：
有防松螺栓连接，挤压连接（如压线钳）、硬焊连接和熔焊连接方式。
电气间隙和爬电距离符合表6～19要求。
增安型电气设备要制成有效的防护外壳，选择合适的电气间隙和爬电距离；提高绝缘材料的绝缘等级；限制设备的温度；电路和导线实现可靠的连接；有较好的防水、防外物能力，对有绝缘带电部件的外壳，其防护等级达到IP44，对有裸露带电部件的外壳，其防护等级达到IP54：
增安型电气设备的防爆能力不如隔爆型电气设备。
因此在瓦斯爆炸危险性较大的场所不准使用增安型电气设备。
（12）本质安全型电气设备
本质安全型电气设备的技术要求、特点及适用条件
本安型电气设备的外壳可用金属、塑料及合金制成。
外壳的强度、防尘、防水、防外物能力符合国家规定。
电气间隙和爬电距离符合表6—20的规定。
对一般环境使用的设备，其防护等级不低于IP20；对用于采掘工作面使用的设备，其防护等级不低于IP54。
本安型电气设备具有结构简单、体积小、重量轻，制造维修方便、安全、可靠等特点。
目前本安型电气设备最大输出功率在25W左右，仅用于控制、信号、通讯装置和监测仪表上。
第二节矿用隔爆型电气设备的失爆
一、失爆的现象与检查方法
失爆指电气设备的隔爆外壳失去了耐爆性或隔爆性。
井下隔爆型电气设备常见的失爆现象有以下几种：
1．用螺栓固定的隔爆接合面的失爆现象
（1）缺螺栓、弹簧垫圈或螺母，螺栓或螺子L滑扣，螺栓折断在螺孔中，未上满扣。
（2）弹簧垫圈未压平或螺栓松动，弹簧垫圈断裂或无弹性。
2．电缆引出入装置的失爆现象
（1）密封圈老化、失去弹性、变质、变形，有效尺寸配合间隙达不到要求，起不到密封作用。
（2）密封圈外径与进线装置内径差值超过表6—5的规定。
（3）密封圈内径与引入电缆外径差大于1mm以上。
（4）密封圈的单孔内穿进多根电缆。
（5）把密封圈割开套在电缆上。
（6）密封圈刀削后凸凹不整齐圆滑，锯齿直径差大于2mm以上。
（7）密封圈没有完全套在电缆护套上。
（8）线嘴压紧没有余量，线嘴与密封圈之间没有加装金属垫圈。
（9）进线嘴压紧后没有余量或进线嘴内缘压不紧密封圈，或密封圈端面与器壁接触不严，或密封圈能活动。
（10）引入引出电缆压线板未压紧电缆，用单手扳动喇叭嘴上下左右晃动时有明显晃动。
（11）在引入装置处能轻易来回抽动电缆。
（12）高压铠装电缆终端接线盒没有灌绝缘胶；绝缘胶没有灌到电缆三叉以上；绝缘胶有裂纹而能相对活动。
3．隔爆型插接装置的失爆现象
（1）煤电钻插销的电源侧应接插座，负荷侧应接插销，如接反即为失爆。
（2）电源电压低于1140V的插接装置，缺少防止突然拔脱的联动装置。
（3）电压在1140V以上的插接装置没有电气联锁装置。
（4）插销在触头断开的断电瞬间，外壳隔爆接合面的最大直径差Ⅳ和最小有效长度L不符合表5规定。
表5外壳隔爆接合面的最大直径差Ⅳ和最小有效长度L
外壳净容积／L
L／ram
W／mnI
y≤O．5
15
0．5
y>O．5
25
O．6
4．隔爆电气设备内外壳的失爆现象
（1）使用未经国家法定的检验单位发证的生产的防爆部件。
（2）隔爆外壳有裂纹、开焊、严重变形长度超过50mm，同时凹坑深度超过5mm者。
（3）隔爆壳内外有锈皮脱落。
（4）闭锁装置不符合规定，闭锁装置不全，变形损坏起不到机械闭锁作用。
（5）电气闭锁不起作用。
（6）隔爆室（腔）的观察窗（孔）的透明板松动、破裂，使用普通玻璃或机械强度不符合规定。
（7）螺纹隔爆结构：
螺距的最少啮合扣数、最小拧入深度不符合表6—6的规定时，拧紧程度一般用手正向用力再拧入半圈以上者。
表6螺距的最少啮合扣数、最小拧入深度
外壳净容积y／L
最小拧入深度／mm
最少啮合扣数
y≤O．1
5．O
O．19．O
6
y>2．O
12．5
（8）喇叭嘴外缺损影响防爆性能者。
（9）未接线的喇叭嘴没有分别用密封圈、挡板、金属圈依次装入、压紧，有一项未装上或未压紧者。
（10）挡板直径与进线装置内径之差大于2mm，挡板厚度小于公称尺寸2mm（厚度允差为±O．18mm），挡板材质低于钢垫板强度，挡板有缺陷或机械性伤痕超过有关规定者。
（11）金属圈外径小，与进线装置内径之差大于2mm，金属圈厚度小于1mm，金属圈开口等。
5．防爆面的失爆现象
防爆接合面应保持光洁、完整，各结构参数符合规定。
有下列情况之一者即为失爆：
（1）隔爆接合面的间隙、直径差或最小有效长度（宽度）不符合表7的规定。
表7静止隔爆接合面的规定尺寸
隔爆空腔净容积／L
O．5～2
>2
间隙／mm
≤0．3
≤0．4
≤O．5
接合面长度／mm
≥8
≥12．5
≥25
接合面内缘至螺栓孔距／mm
≥6
≥8
≥10
（2）操纵杆直径（d）与隔爆接合面长度（L）不符合表8的规定。
表8操纵杆（圆筒）直径与隔爆接合面的结构参数
操纵杆直径d／mm
隔爆接合面长度L／mm
d≤6
≥6
6≥d
d>25
≥25
（3）静止隔爆接合面的间隙与接合面长度不符合表6—7的规定。
（4）转盖式或插盖式隔爆接合面的宽度小于25mm，间隙大于0．5mm以上。
（5）活动部分（操纵杆及电机轴）隔爆接合面长度及接合面直径差不符合表6—9的规定。
表9活动隔爆接合面的规定尺寸
隔爆空腔净容积／L
<0．5
≥O．5
接合面长度／mm
≥12．5
≥25
接合面直径差／mm
操纵杆及孔
≤0．3
≤O．5
电机轴及轴孔
≤0．4
≤0．6
（6）隔爆电动机轴与轴孔的隔爆接合面在正常工作状态下产生摩擦。
（7）隔爆面上产生的机械伤痕，宽度与深度大于O．5mm；其长度未保证剩余无伤隔爆面有效长度小于规定长度的2／3。
（8）隔爆接合面的表现粗糙度大于抄，操纵杆的表面粗糙大于秒。
（9）隔爆接合面无间隙或锈蚀，正常情况下用手打不开大盖的。
6．引进防爆电气设备的防爆接合面标准
（1）隔爆型电气设备必须经过考试合格的防爆电气设备检查员检查其安全性能，并取得合格证。
（2）外壳完整无损，无裂痕和变形。
（3）外壳的紧固件、密封件、接地件齐全完好。
（4）隔爆接合面的间隙、有效宽度和表面粗糙度符合规定，螺纹隔爆结构的拧入深度和啮合扣数符合规定。
（5）电缆接线盒和电缆引入装置完好，零部件齐全，无缺损，电缆连接牢固、可靠。
一个电缆引入装置口连接一条电缆。
（6）联锁装置功能完整，保证电源接通打不开盖，开盖送不上电；内部电气元件、保护装置完好无损，动作可靠。
（7）接线盒内裸露导电芯线之间的电气间隙和爬电距离符合规定；导电芯线无毛刺，上紧接线螺母时不能压住绝缘材料；外壳内部不得增加元部件。
（8）在设备输出端断电后，壳内仍有带电部件时，在其上装设防护绝缘盖板，并标明“带电”字样，防止人身触电事故。
（9）接线盒内的接地芯线必须比导电芯线长，即使导线被拉脱，接地芯线仍保持连接；接线盒内保持清洁，无杂物和导电线丝。
（10）隔爆型电气设备安装地点无滴水、淋水，周围围岩坚固；设备放置与地平面垂直，最大倾斜角度不得超过15。
。
二、矿用隔爆型电气设备的失爆原因及危害
造成失爆的原因是复杂多样的，常见的主要原因有：
（1）由于维护和定期检修不妥，防护层脱落往往使隔爆面上出现砂泥灰尘等杂物，某些用螺钉紧固的平面对口接合面出现凹坑，使隔爆面间隙增大。
（2）井下电气设备由于移动或搬运不当而发生磕碰，使外壳变形或产生严重的机械伤痕，或在使用中亦很可能发生撞击现象，严重时可能增加接合面间隙。
’
（3）装配时产生严重的机械划痕。
这是由于杂质没清除干净造成划伤隔爆面，在转盖式结构的接合面上特别容易发生这种现象。
（4）隔爆面上产生锈蚀现象，增大粗糙度。
（5）由于不熟悉设备的性能，在装卸过程中没有采用专用工具或发生误操作。
（6）螺钉紧固的隔爆面，由于螺孔深度过浅或螺钉太长，而不能很好地紧固零件。
（7）由于工作人员对防爆理论知识掌握不够，对各种规程不能正确贯彻执行，以及对设备的隔爆要求粗心大意，均可能造成失爆。
2．失爆的危害
井下防爆设备具有隔爆性和耐爆性，就是说在设备的壳内产生的电火花引起混合气体爆炸时其火焰传不到壳外，而设备失爆后就起不到隔爆和耐爆的作用。
内部发生爆炸的火焰会传到壳外，并且与井下可燃、可爆性混合气体直接接触，会引起矿井火灾及瓦斯煤尘爆炸，造成重大恶性事故。
三、矿用隔爆型电气设备失爆的防治
为了确保矿用隔爆型电气设备的完好，杜绝失爆的发生，必须坚持管理、装备、培训并重的原则，对井下电钳工进行理论培训，实际操作训练，通过岗位练兵，技术比武活动，提高安全意识和操作技术水平。
在对设备的使用、维护、检修中要严格按照《煤矿安全规程》及国家有关标准执行，要干标准活，干放心活，不能有麻痹大意的思想。
当设备使用时间超过寿命期或过于陈旧时，要更换新设备或进行现代化改装。
加强电气防爆设备的管理，各矿要设防爆检查组，充分发挥防爆检查员的作用，做好检查督促工作，严禁使用失爆设备。
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