防爆技术讲义(编辑修改稿)

防爆技术讲义(编辑修改稿)内容摘要：

自动脱开，供电电源切断。 也称间接控制方式。 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。 由于热敏元件直接反映温度的变化，也称直接控制方式。 3）增安型电气设备 还对旋转电机、馈电网络供电的灯具、自带电源的手灯和头灯、测量仪表及仪表用电流互感器、蓄电池、通用接线盒及分线盒、电阻加热元件及加热器作了专用规定如下： a） 旋转电机 外壳防护的专用规定：装有冷却空气进出口管道的封闭式风冷电动机，其管道接头进出口处的防护等级应不低于 IP20要求；电动机的防护等级应不低于 IP44要求；安装在清洁室内并有专人管理的电动机，其电动机的防护等级应不低于 IP44 要求；垂直安装的电动机，其通风孔上应设置挡板，防止外物垂直进入壳内。 内风扇的专用规定：内风扇的材料当采用铸铝合金时，其含 镁量应小于 6%；当采用塑料时，其表面电阻值应不超过 ，但风扇旋转线速度小于 50m/s 除外。 风扇与风扇罩、通风孔档板、紧固件之间的最小间隙应大于风扇直径的 1/100，其不小于 ，不必超过。 最小径向单边间隙：增安型电动机的转子与定子之间不应在旋转时产生扫膛摩擦，引起高温及摩擦火花。 为此，应规定最小径向单边间隙。 其数值应符合。 鼠笼转子电动机的专用规定：除应符合上述规定外，还要求鼠笼转子的端环与导条压铸一体或采用硬钎焊或 熔焊连接一体。 导条与铁芯槽应压紧在一起，以防止电动机旋转时产生火花。 在起动时转子的极限温度不应超过 300℃。 电动机应确定堵转时间 tE及起动电流比 IA/IN 并在铭牌上标出，以便用户选 12 用温度控制器。 b）馈电网络供电的灯具 馈电网络供电的灯具仅允许使用以下灯具：白炽灯、单插脚荧光灯、自镇流高压汞灯，灯管（泡）破裂后，其温度不高于极限温度的其它类型的灯具。 高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯当灯泡破裂后，其引燃极仍在点燃，极温可达一千多度，无论何种爆炸气体都会引燃。 单插脚荧光灯管在安装及更换时，注意本能碰碎，因为， 灯管破碎瞬间将产生绝热压缩效应，即使灯管不点亮，也会引起爆炸。 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。 灯头边缘及灯泡焊接部分的温度不应超过 195℃。 灯管（泡）与透明罩之间应有一定距离，以便降低灯具的温升及热破损。 透明罩应有保护网，并且网孔面积最小为 50ⅹ 50mm2。 c）自带电源的手灯和头灯 灯泡应用透明罩防护，其间距应不小于。 透明罩应有保护网：当外露 面积不超过 50mm2时，可以用 凸台保 护；当外露面积超过 50mm2时，如无保护，应承受 冲击能量的试验。 如果灯泡装在弹簧灯座中并与透明罩接触，其接触时弹簧行程至少为。 灯具内装开关类部件，应采用隔爆型等防爆结构。 d）测量仪表及仪表用电流互感器 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。 e） 蓄电池 凡是铅酸型、铁镍型、镍镉型蓄电池均可制成增安型蓄电池。 其箱体应由钢板及相当强度的材料制成，内衬绝缘防腐材料，以抵抗电 解液的腐蚀。 电池箱通风孔的防护等级不低于 IP23。 单体蓄电池的极柱应采用溶焊及钎焊等方式连接，连接的导线应有足够的载流量。 严禁在危险环境中进行蓄电池充电。 f） 通用分线盒及接线盒 通用接线盒及分线盒应有足够的尺寸，以便于外部电缆的可靠连接。 接线连接件的规格满足使用的额定电流及功率，并有防松防腐措施。 g） 电阻加热元件及电阻加热器 电阻加热元件有管式和绕式之分。 前者为恒电阻加热元件，如空间加热器；后者为自限温半导体元件，如加热电缆。 恒电阻加热元件的恒温依靠外部配置的温度控制系统来实现，自限温半导体元件的温度 达到设计温度值后将维持不变。 用恒电阻加热元件组成的加热器，应有超限温控制开关，并在温度设定后加以锁定。 加热器的控温系统和超限温控制开关应串接控制。 13 电阻加热器应设置漏电保护器。 如安装在 TT或 TN电源接地系统，应采用漏电动作电流不超过 30mA的保护器；如安装在 IT电源接地系统，应采用绝缘电阻小于 50Ω /V切断的绝缘继电器。 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。 与隔爆型相比结构轻巧，安装维护方便的特点，大量使用在隔爆 增安复合型产品中的接线盒（箱）或隔爆部件的增安外壳结构上。 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区爆炸性气体环境使用。 三 本安型电气设备 1名词术语（最常用的） 1)本质安全电路 : 在规定的条件下 (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。 2)本质安全设备：其内部所有的电路都是本安电路的电气设备。 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。 4)最小点燃电流：用火花试验装置，在电阻电路或电感电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最小电流。 5)最低点燃电压： 用火花试验装置，在电容电路中引起爆炸性试验混合物点燃的最低电压。 6)电气间隙：两导电部件在空气中的最短距离。 7）空气中的爬电距离：两导电部件之间沿绝缘材料与空气的接触表面的最短距离。 本质安全型设备的特点 1）安全程度高， ia等级可用于 0区，其他防爆型式均不能用于 0区； 2）体积小，重量轻，造价低； 3）结构简单，易操作、维护。 所以，在防爆产 品选型上，应尽可能选择本质安全型。 2本质安全型电路的参数设计 设计依据 : 爆炸性气体环境用电气设备 第 1部分：通用要求 爆炸性气体环境用电气设备 第 4部分：本质安全型“ i” 特别是 中的附录 A— 最小点燃曲线，这些曲线是在专门的火花试验装置上进行大量的火花试验，确定了点燃爆炸性气体的临界参数，有了这些曲线，既方便了设计者和使用者，也为检验单位审查其本质安全性能提供了依据。 一个电路不管多么复杂，都是由电阻、电容、电感等元器件组成的 ，当我们能把它简化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， 14 应用最小点燃曲线来计算电路的本质安全性能。 查最小点燃曲线的方法 1) 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 )，确定电气参数（ U、 I、R、 C、 L）值； 2) 将相应的安全系数加在电压或电流上： ia等级 :正常工作和一个故障，安全系数 K＝ ；二个故障，安全系数 K＝ ； ib等级 :正常工作和一个故障，安全系数 K＝ ； 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。 否则应修改电路参数，使之满足本质安全要求。 设计示例 简单的电阻电路 一个 20V的直流电源 ,选多大的限流电阻 ,才能适用于氢气危险场所 ? (1) 首先确认电路类型为电阻电路 , 防爆级别为Ⅱ C,考 虑电源波动 10%的因素，电源 U＝ 20V ＝ 22V 查 附录 图 A1（Ⅱ C）， 22V对应的最小点燃电流为 337mA。 (2) 将安全系数 K＝ ，即 Ik＝ 337mA/＝ 224mA (3) 20V的直流电源串联的限流电阻 R＝ 22V/224mA＝ 考虑电阻允许误差177。 5%，限流电阻最小阻值至少为。 当该电源 (电池组 )直接用于危险场所时 ,电池与限流电阻必须整体封装为一体 ,防止电池直接短路。 电阻电路的本安措施：是通过限制电压和电流来控 制火花能量的。 U R U R 15 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） 1电源电路 (1)电池最高电压 Uo＝ 30V, 电池最大短路电流 Io＝ Uo/R＝ 30V/10KΩ ＝ 3mA (1) 取安全系数 K＝ , Ik＝ 3mA＝ (2) 查 A1曲线（ I） , 30V对应最小点燃电流 Imain＝ 700mA (3) 评定：因为 Ik()远小于 Imain(700mA), 安全系数超过了 100倍 ,所以 ,该电源是本质安全的 . 2 电容器 (1) C＝ 10uf, , U＝ 30V (2) 取安全系数 K＝ , Uk＝ 30V＝ 45V (3)查 A2曲线（ I） , 10uf 对应最小点燃电压 Vmain＝ 26V (4)评定：因为 Uk(45V)大于 Umain(26V), 所以 ,该电路不是本质安全的 . (5)修改方案 方案 1:电容值不变，降低电压 : 因为 C＝ 10uf， 对应最小点燃电压 Vmain＝ 26V 所以电压应降低为 Uk＝ Vmain(26V)/＝ 26V/ ＝ 方案 2:电压值不变，减小电容值 : 因为 U＝ 30V ，取安全系数 K＝ , Uk＝ 30V＝ 45V 查 A2曲线（ I） , 45V最小点燃电压对应的最小电容值为 3uf 方案 3: 电容、电压值不变，电容串联可靠电阻（取 R＝ ） : 因为 U＝ 30V，取安全系数 K＝ , Uk＝ 30V＝ 45V 查 A2曲线（ I） , 根据 10uf＋ 这条曲线，得 到最小点燃电压（ Umain）为 48V, 因为 Uk(45V)小于 Umain(48V), 所以 ,该电路是本质安全的。 C(uf) (C+0Ω ) (C+ ) R U＝ 30V C＝ 10uf 26 48 Umin(V) R＝ 10KΩ R＝ 图 A2 I类电容电路 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。 16 U＝ 20V L＝ 100mH R＝ 300Ω R＝ 1100Ω 如上图所示，假定由一个Ⅱ C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。 1电源电路 (1) 电池最高电压 Uo＝ 22V, 电池最大短路电流 Io＝ Uo/R＝ 22V/300＝ (忽略电池内组 ) (2)取安全系数 K＝ , Ik＝ ＝ 110mA (3)查 A1曲线（Ⅱ C ） , 22V对应最小点燃电流 Imain＝ 337mA (4)评定：因为 Ik(110mA)小于 Imain(337mA),所以 ,该电源是本质安全的 . 2 电感器 (1) 电感中的最大电流 I＝ Uo/R＝ 22V/300＋ 1100 ＝ (2)取安全系数 K＝ , Ik＝ ＝ (3)查 A4曲线（Ⅱ C ） , 100mH 对应最小点燃电流 Imain＝ 28mA (4)评定：因为 Ik()小于 Imain(28mA), 所以 ,该电路是本质安全的 . 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 : 电感两端可并接续流二极管保护性元件 ,ib等级需双重化， ia等级需三重化。 + L — 3 结构要求 外壳 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 17 护等级。 例如户外，一般不低于 IP54。 依据标准 :GB42081993 外壳防护等级（ IP代码） 外壳材质 a 塑料外壳： 热稳定性：塑料外壳允许的工作温度高于设备外。