防爆电气基础理论

1、爆炸概念：指物质从一种状态,经过物理或化学变化, 忽然变成另一种状态,并放出巨大能量而产生光和热或机械

2、爆炸的条件

从爆炸破坏力的形成来看,爆炸一般需要具备5个条件：

A、提供能量的可燃物质(释放源)

B、辅助燃烧的助燃物质(氧化剂)                               

C、可燃物质与助燃物质的均匀混合

D、混合物放在相对封闭的空间(包围体)

E、有足够的点燃源

简单的说爆炸的发生应有三个条件(三要素):空气、点燃源、易燃物

爆炸防护技术措施的分类

分两大类:

一类是防护性措施,以避免或控制爆炸事故的破坏力。由于爆炸的作用时间很短,速度很快,一经发生便会产生严重后果,所以预防爆炸事故的发生始终是爆炸防护的最佳方法。

二类是预防性措施,即通过消除爆炸事故发生的条件来全面控制爆炸事故的发生;

预防爆炸发生的最有效方法就是不形成爆炸发生的条件,上面我们已经说到爆炸的三个条件(易燃易爆物质,浓度达到爆炸极限,点燃源)只要控制了其中任何一个条件爆炸就不可能发生,防爆电器就是按预防爆炸,消除爆炸发生的条件来控制爆炸的。

气体组别

防爆电气设备按其使用的场所分为2类:

I类:煤矿井下用电气设备；

II类:工厂用电气设备。石油化工行业的防爆电气就属于这一类的防爆。

II类电气设备,在本安型和隔爆型两种防爆形式中,按其适用于爆炸性气体混合物的最大试验安全间隙或最小点燃电流比分为A、B、C 3级,见表1,这里要解释的是:对隔爆型电器设备而言,气体和蒸气的分级是以最大试验安全间隙(MESG)为基础,在一个间隙长度为25mm的试验容器内完成的,对本安型电器设备而言,气体和蒸气的分级是以它们最小点燃电流比(MIC)与试验室用甲烷的最小点燃电流比为基础确定的。这两组数据是对“气体和蒸气的分级”而定的,不是判定隔爆型电器设备的隔爆间隙大小的标准。

表1

温度组别

按防爆电器设备最高表面温度分为T1-T6、6组。见表2。A.B.C三类爆炸性气体混合物的划分,温度组别,在国家GB/T3836.1通用要求的“附录A”上有严格规定的。

温度组别中的自燃温度：

指用户现场环境中易燃易爆混合物的点燃的危险温度。

设备表面温度的意思是说:

防爆电器设备在允许范围内最不利的条件下运行时,暴露于爆炸性混合物的任何表面的任何部分,不可能引起电气设备周围爆炸性混合物爆炸的最高危险温度。如对隔爆型电气设备是指外壳表面,其他防爆类的电器设备是指可能与爆炸性混合物相接触的表面。

表2      II类电气设备温度组别

防爆区域的划分

爆炸性气体环境分为3个危险区:

(1)0区:连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境

(2)1区:在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境

(3)2区: 在非正常运行时一般不可能出现爆炸性气体混合物的环境,或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。

粉尘防爆区域的划分

20区:在正常运行过程中可燃粉尘连续出现或经常出现,其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所。

21区:在正常运行过程中,可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划20区。

22区:在异常条件下,可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、或可燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。

防爆基本类型

1、 d隔爆型 GB/T3836.2 

2、 e增安型 GB/T3836.3

3、 ia/ib 本安型 GB/T3836.4

4、 P正压型 GB/T3836.5

5、 O油浸型 GB/T3836.6

6、 q充砂型 GB/T3836.7

7、 n型电气设备 GB/T3836.8

8、 m浇封型 GB/T3836.9

9、pD正压型粉尘 GB12476.7

10、 iD本质安全型粉尘 GB12476.4

11、mD 浇封型粉尘 GB12476.6

12、t隔爆型粉尘 GB/T3836.31

A、 隔爆型电气设备“d”。GB/T3836.2

将设备在正常运行时,能产生火花电弧的部件置于隔爆外壳内,隔爆外壳能承受内部的爆炸压力而不致损坏,并能保证内部的火焰气体通过间隙传播时降低能量,不足以引爆壳外的气体.

隔爆间隙:IIB级:为0.2mm

IIC级:为0.15mm

隔爆面表面粗糙度:

接合面表面平均粗糙度Ra不超过6.3微米

隔爆面的有效宽度:

IIB级: 12.5mm≤L≤25mm,     l≥8mm

IIC级: L≥25mm,              l≥9mm

隔爆螺纹有效长度: 5圈以上

B、 增安型“e”GB/T3836.3

一、概念

增安型防爆型式是一种对在正常运行条件下不会产生电弧、火花的电气设备采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其内部和外部部件可能出现危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。它不包括在正常运行情况下产生火花或电弧的设备(参见GB 3836.3标准)。在正常运行时不会产生火花、电弧和危险温度的电气设备结构上，通过采取措施降低或控制工作温度、保证电气连接的可靠性、增加绝缘效果以及提高外壳防护等级，以减少由于污垢引起污染的可能性和潮气进入等措施，减少出现可能引起点燃故障的可能性，提高设备正常运行和规定故障(例如：电动机转子堵转)条件下的安全可靠性。

二、综合性的安全措施

1、 增大电间隙和爬电距离；

2、 良好的绝缘材料；

3、 加强导体间的连接；

4、 降低温升；

5、 提高外壳防护等级（IP）。

三、增安结构的要求

1、与外电路连接的连接件

增安型电气设备与外部电路连接用的连接件应有足够大的尺寸，以便与截面积至少等于电气设备额定电流相对应的导线可靠连接。另外，连接应该不会松动，导体不会从规定位置滑出，而且保证适当的接触压力。这些规定的目的是防止连接件接触不良而产生火花或高温。

2、内部导线连接

增安型产品要求外壳内部的导线连接也必须牢固可靠，因此标准中对内部导线（包括导体）之间的连接方式作出明确规定，主要目的是防止因接触不良或松动而产生火花或高温而造成点燃危险。

3、电气间隙

不同电位裸露导电部件之间的电气间隙应该符合标准的的规定，以防止发生电气击穿产生火花。

4、爬电距离

不同电位裸露导电部件之间沿绝缘材料表面的爬电距离应该符合标准的规定，以防止发生沿绝缘材料表面爬电产生高温和火花。

5、固体绝缘材料

固体绝缘材料的耐热性能和耐泄痕性应该满足标准的规定。

6、绕组

绕组是电气设备的心藏，也是经常发生故障的部件，例如由于潮湿、绝缘老化等原因容易发生击穿、短路，或因为过载或散热不良产生危险高温，甚至引起绕组烧坏。标准对绕组用绝缘材料和浸渍方法都做了严格规定，以保证绕组的质量。

7、极限温度

增安型电气设备部件温度须符合标准的要求，这是指设备外壳和外壳部件以及外壳内部可能与爆炸性气体接触的所有部件表面温度。此规定与隔爆型、正压型等防爆类型的规定不同，他们一般是指外壳表面的温度，这一重要区别应该引起重视。

8、内部导线布置

可能与金属零件接触的导线，应有机械保护或加以固定以防损坏产生火花。

9、外壳防护等级

提高设备外壳的防护等级，防止水、外物及灰尘进入电气设备内部，危及设备的绝缘，或者造成电气短路和机械碰撞火花。提高外壳防护等级是防爆增安型的主要安全措施之一。

C、 本安型电气设备“i”GB/T3836.4

1、概念。

本质安全型是电气设备的一种防爆型式，它将设备内部和暴露于潜在爆炸性环境的连接导线可能产生的电火花或热效应能量限制在不能产生点燃的水平。

通过控制设备本身能量水平，使其在正常工作或故障条件下均低于点燃爆炸性气体的临界条件，不至产生火花或高于点燃爆炸性气体的温度，而不用通过其他方式屏蔽或阻拦。

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。采用本安电路的电气设备称为本质安全型电气设备。

由于本安型电气设备的电路本身就是安全的，所产生的火花、电弧和热能都不会引燃周围环境爆炸性混合物，因此本安型电气设备不需要专门的防爆外壳，这样就可以缩小设备的体积和重量，简化设备的结构。同时本安型电气设备的传输线可以用胶质线和裸线，可以节省大量电缆。因此，本安型电气设备具有安全可靠、结构简单、体积小、重量轻、造价低、制造维修方便等特点，是一种比较理想的防爆电气设备。但由于本安型电气设备的最大输出功率为25W左右，因而使用范围受到了限制。本安型电气设备主要用于通讯、监控、信号和控制系统，以及仪器、仪表等。

2、标志。ia高于ib高于ic

   ia两种故障出现时不被点燃

   ib一种故障出现时不被点燃

   ic不考虑故障，用在2区

D、 正压型 “P”GB/T3836.5

正压型防爆在起动和运行时，设备外壳内部的气压高于外壳外部的气压，从而限制了周围爆炸性气体混合物进入电机外壳的内部，将电机可能产生火花、电弧和危险温度的部分全部放置在这种正压外壳保护之内，使其不可能与周围含有爆炸性气体混合物接触，即使电机外壳内部产生火花、电弧和危险温度，也不可能引起爆炸事故的发生，从而达到防爆的目的，保证电机的安全运行。

正压保护的防爆型式分为三种（px、py和pz），它们分别是以外部的爆炸性环境（I类、1区或2区）、是否有内释放以及正压外壳内是否有点燃能力为依据进行划分的。具体可以分为：

px型：将正压外壳内的危险分类从l区降至非危险或从I类（煤矿井下危险区域）降至非危险的正压保护。防爆标志为ExpxI、Ex px II T3等。

py型：将正压外壳内的危险分类从l区降至2区的正压保护。防爆标志为Ex py ll T3等。

pz型：将正压外壳内的危险分类从2区降至非危险的正压保护。防爆标志为Ex pz II T3等。

E、  油浸型”O”.GB/T3836.6

油浸型防爆型式是将电气设备或电气设备的部件整个浸在保护液中，使设备不能够点燃液面上或外壳外面的爆炸性气体。其防爆符号为“o”。 

F、充砂型”q” GB/T3836.7

充砂型电气设备的防爆原理是：在电气设备的外壳内充填石英砂粒，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。充砂型电气设备用于在使用时活动零件不直接与填料接触的、额定电压不超过6kV的电气设备。充砂型电气设备的标志为“q”。

G、“n”型电气设备GB/T3836.8

   我国通常称n型防爆设备为“无火花型电气设备”。它是仅适用于爆炸性气体环境2区的一种防爆型式，要求电气设备在正常运行或规定的一些异常情况下运行时，均不能点燃周围爆炸性混合物。这一防爆型式汇聚了各种防爆型式的精华，但又没有那个复杂和具体。

H、浇封型”m” GB/T3836.9

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。

设备保护级别（EPL）

1、煤矿瓦斯气体环境（Ⅰ类）

（1）Ma 安装在煤矿甲烷爆炸性环境中的设备，具有“很高”的保护级别，该等级具有足够的安全性，使设备在正常运行、出现预期故障或罕见故障，甚至在气体突然出现设备仍带电的情况下均不能成为点燃源

（2）Mb安装在煤矿甲烷爆炸性环境中的设备，具有“高”的保护级别，该等级具有足够的安全性，使设备在正常运行或在气体突然出现和设备断电之间的时间内出现预期故障条件下不能成为点燃源

2、爆炸性气体环境（Ⅱ类）

（1）Ga 爆炸性气体环境用设备，具有“很高”的保护级别。在正常运行，出现的预期故障或者罕见故障时不是点燃源

（2）Gb 爆炸性气体环境用设备，具有“高”的保护级别。在正常运行或者预期故障条件下不是点燃源

（3）Gc 爆炸性气体环境用设备，具有“一般”的保护级别。在正常运行中不是点燃源，也可以采取一些附加保护措施，保证在点燃源预期经常出现的情况（例如灯具的故障）下不会形成有效点燃

3、可燃性粉尘环境（Ⅲ类）

（1）Da—具有“很高”的保护级别，设备在正常运行、出现预期故障或罕见故障时不是点燃源。

（2）Db—具有“高”的保护级别，设备在正常运行或出现预期故障不是点燃源。

（3）Dc—具有“一般”的保护级别，设备在正常运行中不是点燃源，也可采取一些附加保护措施，保证在点燃源预期经常出现的情况下，不会形成有效点燃。

防爆电气标志

Ex+防爆型式+设备类型+（气体组别）+温度组别+设备保护级别

例一：Ex db IIB T4 Gb

 例二：Ex ia IIC T6 Ga

 例三：EX mb IIB T4 Gb

 例四：Ex db ia IIC T6 Gb

 例五：Ex ia[db Gb]IIC T6 Gb

 例六：老标Ex iaD 20 IP65 T80℃新标Ex ia IIIC T80℃ Da

 例七：老标Ex tD A20 IP66 T130℃新标Ex tb IIIC T130℃ Db

 例八：Ex db IIC T6 Gb;Ex ia IIC T6 Ga

IP防护等级

防护等级多以IP后跟随两个数字来表述，数字用来明确防护的等级。

第一位数字表明设备抗微尘的范围，或者是人们在密封环境中免受危害的程度。代表防止固体异物进入的等级，最高级别是6；

第二位数字表明设备防水的程度。代表防止进水的等级，最高级别是8。

IP后第一位数字防尘等级

IP后第二位数字:防水等级