礦用電氣防爆技術(shù)

礦山電氣防爆技術(shù)主要內(nèi)容:一、

概述二、礦用電氣設(shè)備的類型和特點三、礦用隔爆型電氣設(shè)備的隔爆原理第一部分、概述

爆炸性危險場所的定義任何具有潛在爆炸危險的場所。如石油、化工、煤炭等生產(chǎn)領(lǐng)域。①在煤礦井下，三分之二的場所屬于爆炸性危險場所；

②在石油開采現(xiàn)場和精煉廠約有60～80％屬于爆炸性危險場所；

③在化學工業(yè)中，約有80％以上的生產(chǎn)車間屬于爆炸性危險場所。1.煤礦井下環(huán)境對礦用電氣設(shè)備的要求

（1）煤礦井下空氣中含有瓦斯和煤塵，在一定條件下可以被點燃或發(fā)生爆炸，因此礦用電氣設(shè)備必須具有防爆性能。（2）井下時有發(fā)生冒頂、片幫等事故，電氣設(shè)備或電纜易受到砸、壓、擠、碰等外力作用，因此電氣設(shè)備外殼必須堅固。（3）井下空氣潮濕，散熱條件差，要求電氣設(shè)備防潮性能好。（4）井下巷道、硐室、采掘工作面空間狹窄，要求電氣設(shè)備體積小、重量輕。（5）井下電氣設(shè)備啟動頻繁，常為重載啟動，啟動電流大，電壓波動大，因此要求電機啟動力矩大、過載能力強。（6）井下環(huán)境惡劣，工作人員接觸電氣設(shè)備，易發(fā)生觸電事故，要求電氣設(shè)備絕緣等級高。2.瓦斯爆炸三要素在煤生成過程中，一些有機物在高溫、高壓作用下形成了多種氣體：甲烷（沼氣）、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等，這些氣體的混合物稱為瓦斯，主要成分是甲烷。甲烷是一種無色、無臭、無味、無毒的氣體，比空氣比重輕，當其含量達到一定濃度時，遇火源就會燃燒或爆炸。瓦斯爆炸三要素：（1）瓦斯?jié)舛龋?%-16%。其中：最易引爆濃度8.5%；爆炸壓力最大濃度9.5%；小于5%不爆炸；大于16%只燃燒。（2）點火源：650-750℃。（3）氧：大于12%。3.煤塵爆炸條件

（1）粒度：1μm-1mm（2）揮發(fā)分指數(shù)：>10%（3）懸浮含量：30-2000g/m3（4）引爆溫度：700-800℃（5）空氣中氧的含量：>17%4.點火源（1）明火（2）電弧和電火花（3）機械火花（4）熱表面—指較大的電氣元件及散熱片、絕緣或裸露的載流體、電氣設(shè)備外殼、各種電熱絲等。（5）聚焦光斑—發(fā)熱體的實像。如煤礦井下激光指向儀等。表1激光引爆參數(shù)爆炸試驗條件不聚焦激光引爆能量（J）以透鏡聚焦激光引爆能量（J）甲烷空氣混合物﹥0.520.12甲烷空氣混合物加煤塵﹥0.43﹥0.00945、瓦斯、煤塵同時存在時的爆炸濃度表2瓦斯煤塵同時存在時的爆炸濃度下限瓦斯?jié)舛认孪蓿?.51.42.53.54.5煤塵濃度下限／g.m-334.526.415.56.10.4

6、引爆延遲時間（1）引爆延遲時間從接觸火源到引起爆炸所經(jīng)過的時間。（2）影響延遲時間的因素與點火源溫度成反比，與瓦斯?jié)舛瘸烧?。一般為零點幾秒至幾秒。（3）點燃溫度和延遲時間對礦用電氣設(shè)備具有重大意義點燃溫度可用于確定電氣設(shè)備及導電體的最高允許溫度。延遲時間可用于電氣設(shè)備及導電體的超前保護。7、預(yù)防瓦斯、煤塵爆炸的措施

（1）將瓦斯、煤塵的含量嚴格控制在非爆炸范圍內(nèi)。加強通風，稀釋瓦斯?jié)舛?；灑水或撒鹽粉，降低懸浮煤塵。（2）控制井下各種可能引爆的熱源、火源和電源。（3）完善井下供電系統(tǒng)的保護裝置。（4）建立和健全各種有效的安全制度和操作制度。8、防爆標準（GB3836系列）

適用的環(huán)境條件：

氣體：爆炸性氣體混合物

氣溫：-20°C~+60°C

氣壓：80~110kPa第二部分、礦用電氣設(shè)備的類型和特點1.礦用電氣設(shè)備

專為煤礦井下條件而生產(chǎn)的不防爆電氣設(shè)備

礦用一般型電氣設(shè)備礦用防爆型電氣設(shè)備

采取一定措施后，能在具有爆炸危險環(huán)境下正常、安全使用的礦用電氣設(shè)備

2.礦用一般型電氣設(shè)備

標識符：KY適用范圍：沒有瓦斯、煤塵爆炸危險的礦井；或有瓦斯、煤塵爆炸危險，但通風良好的地點，如井底車場、總進風巷道、主要進風巷道等。

對礦用一般型電氣設(shè)備的基本要求：

（1）設(shè)備外殼采用非燃性或難燃性材料制造，且具有一定的防水、防外物的要求。（2）引入電纜的接線端子有一定的空氣間隙和漏電距離。（3）設(shè)備應(yīng)具有良好的耐潮性能。（4）進線裝置應(yīng)符合國家標準GB3836-2000(爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備）。（5）應(yīng)有內(nèi)、外接地螺栓。（6）接線盒的內(nèi)壁與可能產(chǎn)生火花的金屬外殼內(nèi)壁應(yīng)均勻地涂上一層耐弧漆。（7）開關(guān)把手在切斷電源后能自鎖，以防誤操作。（8）設(shè)備內(nèi)部導體使用銅材。3.礦用防爆型電氣設(shè)備

標識符：EX序號防爆類型對應(yīng)的符號防爆標志說明1隔爆型dExdⅠ數(shù)字Ⅰ表示防爆類別。Ⅰ類為煤礦用電設(shè)備，Ⅱ類為除煤礦外其他爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備2增安型eExeⅠ3本質(zhì)安全型iExiⅠ4正壓型pExpⅠ5充油型oExoⅠ6充砂型qExqⅠ7無火花型nExnⅠ8澆封型mExmⅠ9特殊性sExsⅠ（1）礦用增安型電氣設(shè)備（ExeⅠ）

指正常運行時不產(chǎn)生電弧、火花或危險高溫的電氣設(shè)備，采取適當措施（加強絕緣、增大電氣間隙和漏電距離等）提高安全程度，達到防爆目的。外殼不要求具有承受內(nèi)部爆炸的強度、但至少應(yīng)能承受規(guī)定的機械沖擊，且具有IP54的外殼防護等級。典型應(yīng)用：井下異步電動機、接線盒、電磁線圈(閥)、照明燈具、變壓器等。增安型技術(shù)是一種德國技術(shù)。外殼防護等級外殼防護等級（IP）是將產(chǎn)品依其防塵、防止外物侵入、防水、防濕氣之特性加以分級。一般是由兩個數(shù)字所組成，第一個數(shù)字表示產(chǎn)品防塵、防止外物侵入的等級；第二個數(shù)字表示產(chǎn)品防濕氣、防水侵入的密閉程度。數(shù)字越大，表示其防護等級越高。如：IPXX。防塵等級(第一個特征數(shù)字X表示)

0：無防護

1：防止直徑大于50mm的固體物侵入

2：防止直徑大于12mm長度不大于80mm的固體物侵入

3：防止直徑大于2.5mm的固體物侵入

4：防止直徑大于1mm的固體物侵入

5：防止有害的粉塵堆積

6：完全防止粉塵進入

防水等級(第二個X表示)

0：無防護

1：水滴垂直滴入到外殼無影響

2：外殼傾斜15度時，水滴滴入到外殼無影響

3：水或雨水從60度角落到外殼上無影響

4：外殼受任何方向濺水無有影響

5：用水沖洗無任何傷害

6：可用于船艙內(nèi)環(huán)境

7：短時間內(nèi)浸水無影響

8：在一定壓力下可長時間浸水

（2）礦用隔爆型電氣設(shè)備（ExdⅠ）

具有隔爆外殼的礦用電氣設(shè)備。隔爆外殼是利用間隙防爆原理設(shè)計制造的，具有足夠的機械強度，能耐受內(nèi)部爆炸性混合物可能產(chǎn)生的最大壓力，并嚴格控制接合面的間隙、寬度和加工光潔度，使電氣設(shè)備外殼內(nèi)部發(fā)生的電火花不至于引燃外部爆炸性混合物。（3）本質(zhì)安全型電氣設(shè)備（ExiⅠ）

在規(guī)定的試驗條件下，正常工作或規(guī)定的故障狀態(tài)下，所產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)，均不能點燃規(guī)定的爆炸性混合物的電路，稱本質(zhì)安全電路。全部電路為本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備，稱本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。試驗證明，井下瓦斯、煤塵的最小點燃能量為0.28mJ。本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的特點本質(zhì)安全型電氣設(shè)備是通過限制電路的電氣參數(shù)，進而限制放電火花能量，實現(xiàn)電氣防爆。即電路本質(zhì)上是安全的，不需要防爆外殼。特點①結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。②制造、維護方便，造價低。③安全性能可靠。本質(zhì)安全型電氣設(shè)備是一種比較理想的防爆設(shè)備。本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的類型及應(yīng)用本質(zhì)安全型電氣設(shè)備：①單一式（全本質(zhì)安全型）指從電源到負載，全部電路都是本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備，其特點是體積小，重量輕，攜帶方便。井下攜帶式儀表多半是單一式本質(zhì)安全型，如：瓦斯檢測儀、氧氣測定器、一氧化碳測定器、紅外線火源探測儀、測塵儀、感應(yīng)電話、無線電話等。

②復合式（部分本質(zhì)安全型）復合式又分為一般兼本質(zhì)安全型和隔爆兼本質(zhì)安全型兩種。當設(shè)備主機置于安全場所（如地面絞車房、調(diào)度室等)，設(shè)計成一般型；送入井下的電路部分設(shè)計成本質(zhì)安全型；總體構(gòu)成一般兼本質(zhì)安全型。如礦井調(diào)度電話系統(tǒng)、風門遙控系統(tǒng)等。隔爆兼本質(zhì)安全型電氣設(shè)備在煤礦井下應(yīng)用最為普遍。如瓦斯斷電儀，擴音電話，采區(qū)電氣控制、信號、通信系統(tǒng)等。實現(xiàn)本質(zhì)安全電路的主要措施：

①適當選擇電氣元件和系數(shù)、參數(shù)，降低電源電壓，減小線路電流。②對儲能元件采取消能措施，如在電感元件上并聯(lián)二極管、電阻、電容等。③在本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路之間設(shè)置安全柵，防止非本安電路的能量進入本安電路。（4）正壓型電氣設(shè)備（ExpⅠ）

具有正壓外殼的電氣設(shè)備，稱正壓型電氣設(shè)備。正壓外殼：將新鮮空氣或惰性氣體充入密封的電氣設(shè)備外殼內(nèi)部，并保持一定的正壓，以阻止爆炸性混合氣體侵入外殼內(nèi)部，使點火源與爆炸性混合氣體相隔離，達到防爆目的的外殼。典型應(yīng)用：通風機、壓力檢測器、控制柜、儀表盤、分析儀器、正壓小屋等。（5）充油型電氣設(shè)備（ExoⅠ）

將可能產(chǎn)生的電火花、電弧或危險高溫的帶電導體浸在油中，使火花或電弧在油中被冷卻熄滅，不能點燃油面上的爆炸性混合氣體，達到防爆的目的。常見的充油型電氣設(shè)備有：斷路器、控制器、負荷開關(guān)、啟動器、變壓器等。（6）充砂型電氣設(shè)備（ExqⅠ）

在電氣設(shè)備或電氣設(shè)備部分部件的外殼內(nèi)，填充一定粒度的石英砂，以限制電火花、電弧或危險高溫的傳播，使之不能點燃外殼以外的爆炸性混合氣體，達到防爆的目的。（7）無火花型電氣設(shè)備（ExnⅠ）在正常運行條件下，不產(chǎn)生火花和熱效應(yīng)，或者即使產(chǎn)生火花和熱效應(yīng)，也不會點燃周圍爆炸性氣體混合物，并且一般不會發(fā)生有點燃作用的故障，這種設(shè)備稱無火花型電氣設(shè)備。（8）澆封型電氣設(shè)備（ExmⅠ）用澆封劑將帶電部分澆封起來，以達到防爆目的的電氣設(shè)備。典型應(yīng)用：電子組件單元(電子整流器)、線圈部件、超聲波探頭等產(chǎn)品。（9）特殊型電氣設(shè)備（ExsⅠ）

本身具有防爆功能，但又不屬于上述任何一種類型的、經(jīng)檢驗單位認可的電氣設(shè)備。礦用電氣設(shè)備的選擇

表3井下電氣設(shè)備選用規(guī)定使用場所類別煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井和瓦斯噴出區(qū)域瓦斯礦井井底車場、總進風巷和主要進風巷翻車機硐室采區(qū)進風巷總回風巷和主要進風巷、工作面和工作面進、回風巷低瓦斯礦井高瓦斯礦井*高低壓電機和電氣設(shè)備礦用防爆型*

*（礦用增安型除外）礦用一般型礦用一般型礦用防爆型礦用防爆型礦用防爆型（礦用增安型除外）照明燈具礦用防爆型*

*

*（礦用增安型除外）礦用一般型礦用防爆型礦用防爆型礦用防爆型礦用防爆型（礦用增安型除外）通信、自動化裝置和儀表、儀器礦用防爆型（礦用增安型除外）礦用一般型礦用防爆型礦用防爆型礦用防爆型礦用防爆型（礦用增安型除外）注釋：

*

使用架線電機車運輸?shù)南锏乐屑把卦撓锏赖臋C電設(shè)備硐室內(nèi)可以采用礦用一般型電氣設(shè)備（包括照明燈具、通信、自動化裝備和儀表、儀器）。

*

*

煤（巖）與瓦斯突出礦井的井底車場的主泵房內(nèi)，可使用礦用增安型電動機。***

允許使用經(jīng)安全檢測鑒定，并取得煤礦礦用產(chǎn)品安全標志的礦燈。*礦用電氣設(shè)備選型原則安全可靠性原則：設(shè)備的類、級、組別應(yīng)與使用的爆炸性環(huán)境相適應(yīng)。經(jīng)濟性原則：設(shè)備選型不必高選。對于同等級別的產(chǎn)品應(yīng)考慮價格、壽命、可靠性、運行費用、耗能、備件的可獲得性等因素。環(huán)境適應(yīng)性原則：在同等條件下，應(yīng)選結(jié)構(gòu)簡單、重量輕的產(chǎn)品；必要時還應(yīng)考慮系統(tǒng)運行要求，如連續(xù)的自動化系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用本質(zhì)安全型產(chǎn)品。爆炸性氣體混合物的類、級、組別

類：煤礦井下爆炸性氣體主要是甲烷，標準將其規(guī)定為Ⅰ類；地面石油化工場所的爆炸性氣體，標準將其規(guī)定為Ⅱ類。級：Ⅱ類氣體有數(shù)百種，按不同氣體點燃能量不同的角度，將其分為A,B,C三級。組別：按不同氣體自燃溫度不同，對Ⅱ類氣體進行分組如下組別T1T2T3

自燃溫度T≥450450＞T≥300300≥T＞200T（oC）T4T5T6200≥T＞135135≥T＞100100≥T＞85第三部分、礦用隔爆型電氣設(shè)備

的隔爆原理

1、隔爆型電氣設(shè)備

☆具有隔爆外殼的礦用電氣設(shè)備?！顚Ω舯鈿げ牧系囊螅海?）采掘工作面用電氣設(shè)備的外殼必須采用鋼板或鑄鋼制造。（2）作隔爆外殼的塑料應(yīng)為阻燃塑料；熱塑性塑料不能制成隔爆接合面和構(gòu)成隔爆間隙。（3）礦用攜帶式或支架式電鉆（及其附帶的插接裝置）、攜帶式儀器儀表、燈具的外殼，可采用抗拉強度不低于120MPa、含鎂量不大于0.5%（重量比）的輕合金制造。（4）觀察指示信號、讀取各種儀表示值的觀察窗透明材料用硬質(zhì)玻璃或鋼化玻璃制造，其安全性須經(jīng)機械沖擊試驗驗證?！顚Ω舯鈿ば阅艿囊螅耗捅?、隔爆

2.耐爆性與隔爆性

（1）耐爆性—爆炸穩(wěn)定性指外殼要有足夠的機械強度。即當殼內(nèi)發(fā)生最嚴重的爆炸，或產(chǎn)生可燃性高壓氣體時，不使外殼損壞或變形。耐爆性與外殼的形狀、容器大小、接合面的間隙等因素有關(guān)。表4不同形狀容器的爆炸壓力外殼形狀圓球體正方體圓柱體長方體壓力/MPa0.710.60.540.5可見：

在相同容積、不同形狀的隔爆外殼中，非球形外殼中的爆炸壓力比球形外殼中壓力低，即球形外殼的爆炸壓力最大，而長方體外殼爆炸壓力最小，外殼內(nèi)的爆炸壓力是隨著容器形狀的不同而改變。這是因為隨著外形散熱表面積的增大而降低了爆炸壓力。因此，隔爆外殼以采用長方形外形為宜，這樣可以提高外殼的耐爆能力。

隔爆外殼壓力試驗外殼容積V（L）V≤0.50.5＜V≤2.02.0＜V試驗壓力（MPa）0.350.600.80可見：在其他條件都一定的情況下，隔爆外殼的容積與外殼內(nèi)的爆炸壓力成正比。因此在設(shè)計制造隔爆外殼時就可以在滿足設(shè)備技術(shù)要求的前提下，盡量減小隔爆外殼的體積，這樣既保證了外殼的耐爆性，又減小了設(shè)備的體積和重量，更便于在煤礦井下特殊環(huán)境中使用。此外，耐爆性還與空腔結(jié)構(gòu)有關(guān)

一般隔爆外殼大都是由兩個或兩個以上的空腔組成，且空腔間是連通的，因此在外殼內(nèi)爆炸性混合物發(fā)生爆炸時將會產(chǎn)生壓力重疊現(xiàn)象，也就是當一個空腔里的爆炸性混合物爆炸時，會使另一個空腔里的爆炸性混合物受到壓縮，而使壓力增高。如果這個空腔再爆，將會出現(xiàn)過壓現(xiàn)象，形成多空腔壓力重疊，隔爆外殼的耐爆性將受到威脅。因此，在設(shè)計制造隔爆外殼時應(yīng)盡量避免采用多空腔結(jié)構(gòu)，如果無法避免這種結(jié)構(gòu)則應(yīng)盡量增大各空腔間聯(lián)通孔的面積。因為多空腔壓力重疊的過壓大小與兩空腔容積比以及連通孔斷面積有關(guān)。當兩空腔容積比一定時，連通孔斷面積越大，過壓就愈小，從而增加外殼的耐爆性能。另外，外殼的長、寬、高尺寸之比也不要過大，以免造成外殼內(nèi)的壓力重疊現(xiàn)象。

結(jié)論：

①

相同體積的容器，散熱面積越大，爆炸后的壓力越小。

②

相同形狀的外殼，容積越小，爆炸壓力越小。

③

相同形狀、相同容積的外殼，間隙越大，爆炸壓力越小。（2）.隔爆性—不傳爆性指外殼內(nèi)爆炸所產(chǎn)生的高溫氣體與火焰，通過外殼與殼體的接合面向外擴散時，受到足夠的冷卻，使之不能點燃殼外的爆炸性混合物。

幾個術(shù)語：隔爆接合面—通常把互相聯(lián)接的接合面稱為“隔爆接合面”，簡稱“隔爆面”。隔爆間隙—隔爆面之間的間隙稱為“隔爆接合面間隙”，簡稱“隔爆間隙”。隔爆結(jié)合面間隙結(jié)構(gòu)—分為靜止式和活動式。靜止接合面又分為平面對口式和平面止口式，如防爆開關(guān)、接線盒等?；顒咏雍厦婢鶠閳A筒式結(jié)構(gòu)，如電動機的軸與軸孔、開關(guān)的操縱桿與桿孔等。隔爆三要素：隔爆面長度、間隙厚度和隔爆面光潔度。①

隔爆面長度即法蘭盤寬度，用符號“L”表示。當殼內(nèi)爆炸時產(chǎn)生的火焰及噴射物向殼外擴散時，法蘭隔爆面能吸收大量熱量，使通過的火焰及噴射物溫度急劇降低，以致達不到點燃殼外爆炸性混合物的溫度。試驗證明，隔爆面越長，傳爆的可能性就愈小。影響最大安全間隙的因素：

a.爆炸性混合物的濃度；b.隔爆法