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防爆电机知识介绍

2020/05/18

  防爆电机知识介绍

  爆电机是一种可以在易燃易爆厂所使用的一种电机,运行时不产生电火花。

  防爆电机主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外,在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。防爆电机作为主要的动力设备,通常用于驱动泵、风机、压缩机和其他传动机械。

  随着科技、生产的发展,存在爆炸危险的场所也在不断增加。例如,食用油生产过去是用传统的压榨法工艺,20世纪70年代以后,我国开始引进国外先进的浸出油工艺,但此工艺中要使用含有己烷的化学溶剂,己烷是易燃易爆物质;因此浸出油车间就成了爆炸危险场所,需要使用防爆电机和其他防爆电气产品。又如,近年来我国公路发展迅速,一大批燃油加油站出现,也给防爆电机提供了新的市场。

  产品分类

  1. 按电机原理分

  可分为防爆异步电机、防爆同步电机及防爆直流电机等。

  2. 按使用场所分

  可分为煤矿井下用防爆电机及工厂用防爆电机。

  3. 按防爆原理分

  可分为隔爆型电机、增安型电机、正压型电机、无火花型电机及粉尘防爆电机等。

  4. 按配套的主机分

  可分为煤矿运输机用防爆电机、煤矿绞车用防爆电机、装岩机用防爆电机、煤矿局部扇风机用防爆电机、阀门用防爆电机、风机用防爆电机、船用防爆电机、起重冶金用防爆电机及加氢装置配套用增安型无刷励磁同步电机等。此外,还可以按额定电压、效率等技术指标来分,如高压防爆电机、高效防爆电机、高转差率防爆电机及高起动转矩防爆电机等。本文按防爆原理分类介绍。

  产品系列及其特点

  1. 隔熄型电机

  它采用隔爆外壳把可能产生火花、电弧和危险温度的电气部分与周围的爆炸性气体混合物隔开。但是,这种外壳并非是密封的,周围的爆炸性气体混合物可以通过外壳的各部分接合面间隙进入电机内部。当与外壳内的火花、电弧、危险高温等引燃源接触时就可能发生爆炸,这时电机的隔爆外壳不仅不会损坏或变形,而且爆炸火焰或炽热气体通过接合面间隙传出时,也不能引燃周围的爆炸性气体混合物。

  我国当前广泛应用的低压隔爆型电机产品的基本系列是YB系列隔爆型三相异步电机,它是Y系列(IP44)三相异步电机的派生产品。防爆性能符合GB3836.1—83《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》和GB3836.2—83《爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备“d”,》的规定;电机功率范围为O.55—200kW,相对应的机座号范围是机座中心高为80—315nun;防爆标志为dI、dIIAT4、dIIBT4,分别适用于煤矿井下固定式设备或工厂IIA、IIB级,温度组别为T1—T4组的可燃性气体或蒸气与空气形成的爆炸性混合物的场所;主体外壳防护等级为IP44,也可制成IP%4,接线盒防护等级为IP54;额定频率为50Hz,额定电压为380、1660、1140、380/660、660/140V;电机绝缘等级为F级,但按B级考核定子绕组的温升,具有较大的温升裕度。低压隔爆型三相异步电机派生系列的主要型号有:YB系列(dIIcT4)(机座中心高为80—315mm),YBSO系列(小功率,机座中心高为63—90mm),YBF系列(风机用,机座中心高为63—160mm),YB—H系列(船用,机座中心高为80~280mm),YB系列(中型,机座中心高为355—450mm),YBK系列(煤矿用,机座中心高为100—315mm),YB—W、B—TH、YB—WTH系列(机座中心高为80—315mm),YBDF—WF系列(户外防腐隔爆型电动阀门用,机座中心高为80—315mm)及YBDC系列(隔爆型电容起动单相异步电机,机座中心高为71—100mm)和YBZS系列起重用隔爆型双速三相异步电机。另外,还有YB系列高压隔爆型三相异步电机(机座中心高为355~450mm,560—710mm)。行业联合设计的YB2系列已于1四年底通过了全国鉴定,将逐步取代YB系列,成为我国隔爆型三相异步电机的基本系列。YB2系列共15个机座号(机座中心高为63、355nmm),功率范围为O.12—315kW。

  其主要特点是:

  (1) 功率等级、安装尺寸及转速的对应关系与DIN42673一致,同时考虑到与YB系列 的继承性和Y2系列的互换性,作了必要调整,更加有效和适用。

  (2) 全系列采用F级绝缘,温升按B级考核。

  (3) 噪声限值比YB系列低,接近YB系列的I级噪声,振动限值与YB系列相当。

  (4) 外壳防护等级提高到IP55。

  (5) 全系列选用低噪声深沟球轴承,机座中心高在180mm以上电机设注排油装置。

  (6) 电机散热片有平行水平分布和辐射分布两种,以平行水平分布为主。

  (7) 主要性能指标达到20世纪90年代初国际先进水平。

  2.增安型电机

  它是在正常运行条件下不会产生电弧、火花或危险高温的电机结构上,再采取一些机械、电气和热的保护措施,使之进一步避免在正常或认可的过载条件下出现电弧、火花或高温的危险,从而确保其防爆安全性。

  我国当前应用的低压增安型的基本系列是YA系列增安型三相异步电动机,它是Y系列(IP44)三相异步电机的派生产品。防爆性能符合GB3836.1—83《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》和GB3836.3—83《爆炸性环境用防爆电气设备增安型电气设备“e”》的规定;功率范围为O.55~90kW,相对应的机座中心高为80—280mm; 防爆标志为eIITl、eIIT2、eIIT3,分别适用于工厂中具有温度组别为Tl—T3组爆炸性混合物并具有轻微腐蚀介质的场所;主体外壳的防护等级为IP54,接线盒防护等级为IP55;额定频率为50Hz,额定电压为380V;电机采用F级绝缘。

  低压增安型电机派生系列的主要型号有:YASO系列小功率增安型三相异步电机(机座中心高为56—90mm),YA—W、YA—WFl系列户外、户内防腐增安型三相异步电机(机座中心高为80—280mm)。

  目前,已完成YA2、系列的行业联合设计工作,并正在组织试制,以取代YA系列。YA2全系列共15个机座号(机座中心高为63—355mm),功率范围为0.12—400kW,将使我国增安型电机达到国际上同类产品20世纪80年代先进水平。

  高压(6kV)增安型三相异步电机系列有:YA355—450,功率160—450kW;YA560—900,功率500—1800kW;YAm355—630水冷,功率220—2500kw;YAKK355~630空—空冷,功率185—2000kW。1999年试制生产的TAKW4000—20/2600、4000kW增安型无刷励磁同步电机,是适应炼油厂石油深加工加氢装置需要而发展的新型防爆电机。

  其特点是:

  (1)满足增安型防爆电机的要求,采取一系列可靠的防止火花、电弧和危险高温的措施,可以安全运行于2区爆炸危险场所。

  (2)采用无刷励磁,设置旋转整流盘和静态励磁柜,励磁控制系统可靠;顺极性转差投励准确,无冲击;励磁系统失步保护可靠,再整步能力强;线路设计合理,放电电阻在工作中不发热;励磁电流调节范围宽。

  (3)同步机、交流励磁机及旋转整流盘同轴。整流盘位于主电机和励磁机之间,或置于轴承座之外。

  (4)外壳防护等级为IP54。

  (5)采用F级绝缘,温升按B级考核。

  (6)改变传统的下水冷为上水冷,即水冷却器置于电机上部。

  (7)设增安型防潮加热器,固定在电机底部的罩内,用于停机时加热防潮用。

  (8) 选优质原材料,电气及机械计算留有较大裕度,能满足运行可靠性和增安型电机的温度要求。

  (9)设置有完善的监控措施;主接线盒内设置用于差动保护的增安型自平衡电流互感器;定子绕组埋设工作和备用的铂热电阻,分度号为Pt100;设漏水监控仪,监控水冷却器的泄漏;两端座式滑动轴承分别设现场温度显示仪表和远传信号端子。

  3.正压型电机 是正压型电气设备的一种。

  其结构特点是:

  (1) 配置有一套完整的通风系统,电机内部不存在可能影响通风的结构死角。

  (2) 外壳和管道由不燃材料制成,并具有足够的机械强度。

  (3) 外壳及主管道内相对于外界大气保持足够大的正压。

  (4) 电机须有安全保护装置(如时间继电器和流量监测器),以保证足够的换气量, 还必须有壳内气压欠压的自动保护或报警装置。

  (5) 外壳上的快开门或盖须有与电源联锁的装置。我国目前尚无统一的正压型电机系列产品。

  4.无火花型电机 是指在正常运行条件下,不会点燃周围爆炸性混合物,且一般又不会发生点燃故障的电机。与增安型电机相比,除对绝缘介电强度试验电压、绕组温升、te(在最高环境温度下达到额定运行最终温度后的交流绕组,从开始通过起动电流时计起至上升到极限温度的时间)以及起动电流比不像增安型那样有特殊规定外,其他方面与增安型电机的设计要求一样。

  无火花型电机符合GB3836.1—83和GB3836.8—87《爆炸性环境用防爆电气设备无火花型电气设备“n”》的规定。设计上注重电机的密封措施,主体外壳防护等级为IP54、IP55,接线盒为IP55。额定电压在660V以上的电机,其空间加热器或其他辅助装置的连接件应置于单独的接线盒内。

  目前,国内已研制、生产了YW系列无火花型电机产品(机座中心高度为80~315mm)。防爆标志为nIIT3,适用于工厂含有温度组别为T1—T3组的可燃性气体或蒸气与空气形成的爆炸性混合物的2区场所。额定频率为50Hz,额定电压为380、660、380/660V,电机采用F绝缘,但按B级考核定子绕组的温升限值,具有较大的温升裕度及较高的安全可靠性,功率为0.55~200kW。

  5. 粉尘防爆电机:指其外壳按规定条件设计制造,能阻止粉尘进入电机外壳内或虽不能完全阻止粉尘进入,但其进入量不妨碍电机安全运行,且内部粉尘的堆积不易产生点燃危险,使用时也不会引起周围爆炸性粉尘混合物爆炸的电机。其特点是:

  (1) 外壳具有较高的密封性,以减少或阻止粉尘进入外壳内,即使进入,其进入量也不致于形成点燃危险。

  (2) 控制外壳最高表面允许温度不超过规定的温度组别。目前,已用于国家粮食储备库的机械化设备上。粉尘防爆电气设备的国家标准为 GBl2476.1—90《爆炸性粉尘环境用防爆电气设备》。

  发展趋势

  1. 矿用防爆电机

  (1) 发展大功率电机:目前世界上采煤机的最大装机容量已超过1200kw,其驱动电机功率达600kW;相适应的采区工作面刮板输送机的最大装机容量已超过1500kW,其驱动电机功率已达725kW。国内目前的采煤机驱动电机最大功率是400kW,刮板输送机驱动电机最大功率是315kW。

  (2) 发展3.3kV、6kV和IOkV级电压的矿用电机:这是因为普及综合机械化采煤机组后采区走向加长,导致电压降增大,同时大功率电机的使用也要求提高电压等级。

  (3) 发展矿用双速电机:为了适应煤矿输送机低速起动和高速运行的工作需要,国外矿用刮板输送机都是采用双速电机驱动的。但目前国产矿用双速电机的功率范围、性能指标及配套控制开关的性能等与国外先进水平相比均有一定差距。

  (4) 提高矿用电机的可靠性:矿用防爆电机的工况条件较差,电机频繁大负荷起动、负荷变化大、电压波动大、环境温度高且有一定的腐蚀性等,这些都影响电机的使用可靠性和寿命。

  (5) 加快矿用防爆电机的更新换代。

  (6) 统一矿用防爆电机的标准。

  2. 石化系统用防爆电机

  (1) 增安型和无火花型电机的需求将呈上升趋势。石化系统的用户在使用实践中;已认识到发展我国增安型和无火花型电机的必要性。此外,大量20世纪70年代弓[进装置中配套的增安型、无火花型电机目前已到了采用合适的国产品替代的时候。

  (2) 防爆电机的可靠性已越来越被石化系统用户关注。石化企业发展日趋装置大型化、运行连续化,要求系统运行实现长周期、免维修或少维修。因此,防爆电机就成为保证上述要求的关键设备。

  (3) 防爆和高效变频调速电机已成为石化用户迫切要求开发的节能产品。近年已系列生产了YBx、YAX防爆高效电机,投入市场后很受用户欢迎。防爆电机节能有两方面工作:一是研制高效率防爆电机产品,二是大量开发各种防爆调速电机的专用产品,尤其是将具有巨大节能潜力的风机、泵和压缩机配套的电机设计为调速电机。

  (4) 沿海石化企业的发展带来的新要求。我国沿海一带将建一批炼油厂,原油均需进口,而进口原油含硫量高、腐蚀性严重,因而要求防爆电机提高防腐性能;另外进口原油均需海运,其储油罐就需要配套高扬程大流量油泵的防爆电机。

  (5) 我国西部石油工业的大发展,要求开发适于沙漠干热环境的防爆电机产品。加氢装置配套用的中大容量的增安型无刷励磁同步电机的市场需要将逐年增长。

  电动机的种类

  1.按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同,可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

  2.按结构及工作原理分类 根据电动机按结构及工作原理的不同,可分为直流电动机,异步电动机和同步电动机。

  同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

  异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

  直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

  3.按起动与运行方式分类 根据电动机按起动与运行方式不同,可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

  4.按用途分类 可分为驱动用电动机和控制用电动机。

  驱动用电动机又分为电动工具(包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具)用电动机、家电(包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等)用电动机及其它通用小型机械设备(包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机。

  控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

  5.按转子的结构分类 根据电动机按转子的结构不同,可分为笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线型异步电动机)。

  6.按运转速度分类 根据电动机按运转速度不同,可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

  低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。

  调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外,还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

  异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。

  同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。

  电机防爆等级

  电机防爆等级由3部分构成

  1)在爆炸性气体区域(0区、1区、2区)不同电气设备使用安全级别的划分。如旋转电机选型分为隔爆型(代号d)、正压型(p)、增安型(e)、无火花型(n)

  2)气体或蒸气爆炸性混合物等级的划分,分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三种,这些等级的划分主要是依照最大试验安全间隙(MESG)或最小点燃电流(MICR)来区分的。

  3)引燃某种介质的温度分组的划分。主要分为T1-450℃<T、T2-300<T≤ 450℃、 T3-200<T≤300℃、 T4-135<T≤200℃、 T5-100<T≤135 、 T6-85<T≤100℃.

  防护等级:

  0 无防护电机 无专门防护 不作试验,但应符合2.1条

  1 防护大于50MM固体的电机能防止大面积的人体偶然意外地触及或接近壳内带电或转动部件。能防止直径大于50MM的固体异物进入壳内

  2 防护大于12MM固体的电机 能防止直径大于12MM的固体异物进入壳内

  3 防护大于2.5MM固体的电机 能防止直径大于2.5MM的工具或导线触及或接近壳内带电或转动部件

  4 防护大于1MM固体的电机 能防止直径或厚度大于1MM的导线或片条触及或接近壳内带电或转动部件

  5 防尘电机 承受任何方向的溅水应无有害影响

  0 无防护电机 无专门防护

  1 防滴电机 垂直滴水应无有害影响

  2 15度滴电机 当电机从正常位置向任何方向倾斜至15度以内任一角度时,垂直滴水应无有害影响

  3 防淋水电机 与垂直线成60度角范围内的淋水应无有害影响

  4 防溅水电机 承受任何方向的溅水应无有害影响

  5 防喷水电机 承受任何方向的喷水应无有害影响

  6 防海浪电机 承受猛烈的海浪冲击或强烈喷水时,电机的进水量应不达到有害的程度。

  7 防浸水电机 当电机浸入规定压力的水中经规定时间后,电机的进水量应不达到有害的程度

  8 潜水电机 电机在制造厂规定的条件下能长期潜水。电机一般为水密型,便对某些类型电机也可允许水进入,但不应达到有害的程度

  防爆等级的划分标准

  防爆的基本原理

  爆炸的概念:爆炸是物质从一种状态,经过物理或化学变化,突然变成另一种状态,并放出巨大的能量。急剧速度释放的能量,将使周围的物体遭受到猛烈的冲击和破坏。

  爆炸必须具备的三个条件:

  1 )爆炸性物质:能与氧气(空气)反应的物质,包括气体、液体和固体。(气体:氢气,乙炔,甲烷等;液体:酒精,汽油;固体:粉尘,纤维粉尘等。)

  2 )氧气:空气。

  3 )点燃源:包括明火、电气火花、机械火花、静电火花、高温、化学反应、光能等。

  为什么要防爆

  易爆物质 : 很多生产场所都会产生某些可燃性物质。煤矿井下约有三分之二的场所有存在爆炸性物质;化学工业中,约有 80% 以上的生产车间区域存在爆炸性物质。氧气 : 空气中的氧气是无处不在的。点燃源 : 在生产过程中大量使用电气仪表,各种磨擦的电火花 , 机械磨损火花、静电火花、高温等不可避免,尤其当仪表、电气发生故障时。

  客观上很多工业现场满足爆炸条件。当爆炸性物质与氧气的混合浓度处于爆炸极限范围内时,若存在爆炸源,将会发生爆炸。因此采取防爆就显得很必要了。

  仪表防爆的原理

  危险场所危险性划分:

  爆炸性物质 区域定义 中国标准 北美标准

  气体(CLASS Ⅰ) 在正常情况下 , 爆炸性气体混合物连续或长时间存在的场所 0 区 Div.1

  在正常情况下爆炸性气体混合物有可能出现的场所 1 区

  在正常情况下爆炸性气体混合物不可能出现 , 仅仅在不正常情况下 , 偶尔或短时间出现的场所 2 区 Div.2

  粉尘或纤维(CLASS Ⅱ/Ⅲ) 在正常情况下 , 爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混合物可能连续 , 短时间频繁地出现或长时间存在的场所 10 区 Div.1

  在正常情况下 , 爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混合物不能出现 , 仅仅在不正常情况下 , 偶尔或短时间出现的场所 11 区 Div.2

  防爆方法对危险场所的适用性:

  序号 防爆型式 代号 国家标准 防爆措施 适用区域

  1 隔爆型 d GB3836.2 隔离存在的点火源 Zone1,Zone2

  2 增安型 e GB3836.3 设法防止产生点火源 Zone1,Zone2

  3 本安型 ia GB3836.4 限制点火源的能量 Zone0-2

  本安型 ib GB3836.4 限制点火源的能量 Zone1,Zone2

  4 正压型 p GB3836.5 危险物质与点火源隔开 Zone1,Zone2

  5 充油型 o GB3836.6 危险物质与点火源隔开 Zone1,Zone2

  6 充砂型 q GB3836.7 危险物质与点火源隔开 Zone1,Zone2

  7 无火花型 n GB3836.8 设法防止产生点火源 Zone2

  8 浇封型 m GB3836.9 设法防止产生点火源 Zone1,Zone2

  9 气密型 h GB3836.10 设法防止产生点火源 Zone1,Zone2

  防爆对危险场所的适用性:

  爆炸性危险气体分类

  根据可能引爆的最小火花能量,我国和欧洲及世界上大部分国家和地区将爆炸性气体分为四个危险等级 , 如下表 :

  工况类别 气体分类 代表性气体 最小引爆火花能量

  矿井下 Ⅰ 甲烷 0.280mJ

  矿井外的工厂 ⅡA 丙烷 0.180mJ

  ⅡB 乙烯 0.060mJ

  ⅡC 氢气 0.019mJ

  美国和加拿大首先将散布在空气中的爆炸性物体分成三个 CLASS( 类别 ):CLASS Ⅰ气体和蒸气 ; CLASS Ⅱ 尘埃 ; CLASS Ⅲ纤维 . 然后再将气体和尘埃分成 Group( 组 ) :

  组名 代表性气体或尘埃

  A 乙炔

  B 氢气

  C 乙烯

  D 丙烷

  E 金属尘埃

  F 煤炭尘埃

  G 谷物尘埃

  气体温度组别划分:

  温度组别 安全的物体表面温度 常见爆炸性气体

  T1 ≤ 450℃ 氢气、丙烯腈等 46 种

  T2 ≤ 300℃ 乙炔、乙烯等 47 种

  T3 ≤ 200℃ 汽油、丁烯醛等 36 种

  T4 ≤ 135℃ 乙醛、四氟乙烯等 6 种

  T5 ≤ 100℃ 二硫化碳

  T6 ≤ 85℃ 硝酸乙酯和亚硝酸乙酯

  仪表的防爆标志

  Ex(ia)ⅡC T6 的含义 :

  标志内容 符号 含义

  防爆声明 Ex 符合某种防爆标准,如我国的国家标准

  防爆方式 ia 采用 ia 级本质安全防爆方法,可安装在 0 区

  气体类别 ⅡC 被允许涉及ⅡC 类爆炸性气体

  温度组别 T6 仪表表面温度不超过 85℃

  Ex(ia)ⅡC 的含义

  标志内容 符号 含义

  防爆声明 Ex 符合欧洲防爆标准

  防爆方式 ia 采用 ia 级本质安全防爆方法,可安装在 0 区

  气体类别 ⅡC 被允许涉及ⅡC 类爆炸性气体

  注 : 该标志中无温度组别项 , 说明该仪表不与爆炸性气体直接接触。

  防爆术语:

  有关防爆术语及标准

  安全栅安全参数定义:

  ? 安全栅最高允许电压: Um

  保证安全栅本安端的本安性能,允许非本安端可能输入的最高电压

  ? 安全栅最高开路电压: Uoc

  在最高允许电压范围内本安端开路时电压最大值

  ? 安全栅最大短路电流: Isc

  在最高允许电压范围内本安端短路时的电流最大值

  ? 安全栅允许分布电容: Ca

  保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电容

  ? 安全栅允许分布电感: La

  保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电感

  安全标志格式说明:

  将工厂或矿区的爆炸危险介质,按其引燃能量,最小点燃温度以及现场爆炸性危险气体存在的时间周期进行科学分类分级,以确定现场防爆设备的防爆标志和防爆形式。

  防爆标志格式:

  Ex (ia) ⅡC T4

  防爆标记 防爆等级 气体组别 温度组别

  防爆等级说明:

  ia 等级:

  在正常工作、一个故障和二个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。

  正常工作时,安全系数为 2.0 ;

  一个故障时,安全系数为 1.5 ;

  二个故障时,安全系数为 1.0 。

  注:有火花的触点须加隔爆外壳、气密外壳或加倍提高安全系数。

  ib 等级:

  在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。

  正常工作时,安全系数为 2.0 ; 一个故障时,安全系数为 1.5 。

  正常工作时,有火花的触点须加隔爆外壳或气密外壳保护,并且有故障自显示的措施,一个故障 时安全系数为 1.0 。

  爆炸性危险场所的划分表

  4.1 我国对爆炸性危险场所是如何划分的?

  答 我国对爆炸性危险场所的划分采用与IEC等效的方法。国家标准GB 50058-92中规定,爆炸性气体危险场所按其危险程度大小,划分为0区、1区、2区三个级别,爆炸性粉尘危险场所划分为0区、11区两个级别,详见表4-1。

  表4-1 中国对危险场所划分表

  爆炸性物质 区域划分 区域定义

  气 体 0区 连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境

  1区 在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境

  2区 在正常运行时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 10区 连续出现或长期出现爆炸性粉尘的环境

  11区 有时会将积留下的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境

  4.2 国际上对爆炸性危险场所是如何划分的?

  答 国际上各主要工业国家对爆炸性危险场所的划分,基本上可分两种意见。

  一种以IEC(国际电工委员会)为代表,包括德国、英国、意大利、日本、澳大利亚等国,对气体划分为0区、1区、2区,对粉尘划分为10区、11区。其定义与IEC基本相同(可参见我国对各区域的定义,我国等效采用IEC标准)。

  另一种为美国、加拿大等北美国家的划分,以NEC(美国国家电气规程)的定义为代表,对气体划分为1区、2区(没有0区),对粉尘也划分为1区、2区。

  两者之间的对应关系大致如下:

  气体:IEC0区、1区——NEC 1区

  IEC 2 区 ——NEC2区

  粉尘:IEC 10区——NEC 1区

  IEC 11区——NEC 2区

  IEC“区”的英文为Zone;

  NEC“区”的英文为Division。

  4.3 我国的防爆电气设备,其防爆结构形式有几种?列出其名称和标志。

  答 根据国家标准GB 3836—83,我国的防爆电气设备其防爆结构形式有8种,列举如下。

  结构形式 标志 结构形式 标志

  隔爆型 d 充油型 o

  增安型 e 充砂型 q

  本质安全型 i 无火花型 n

  正压型 p 特殊型 s

  4.4 什么是隔爆型仪表?它有什么特点?

  答 隔爆又称耐压防爆,它把能点燃爆炸混合物的仪表部件封闭在一个外壳内,该外壳特别牢固,能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力,并阻止向壳外的爆炸性混合物传爆。这就是说,隔爆型仪表的壳体内部是可能发生爆炸的,但不会传到壳体外面来,因此这种仪表的各部件的接合面,如仪表盖的螺纹圈数,螺纹精度,零点,量程调整螺钉和表壳之间,变送器的检测部件和转换部件之间的间隙,以及导线口等,都有严格的防爆要求。

  隔爆型仪表除了较笨重外,其他比较简单,不需要如安全栅之类的关联设备。但是在打开表盖前,必须先把电源关掉,否则万一产生火花,便会暴露在大气之中,从而出现危险。

  4.5 什么是本质安全型(intrinsic safety)仪表?它有什么特点?

  答 本质安全型仪表又叫安全火花型仪表。它的特点是仪表在正常状态下和故障状态下,电路、系统产生的火花和达到的温度都不会引燃爆炸性混合物。它的防爆主要由以下措施来实现:

  ①采用新型集成电路元件等组成仪表电路,在较低的工作电压和较小的工作电流下工作;

  ②用安全栅把危险场所和非危险场所的电路分隔开,限制由非危险场所传递到危险场所去的能量;

  ③仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和分布电容,以减少电路中的储能。

  本制安全型仪表的防爆性能,不是采用通风、充气、充油、隔爆等外部措施实现的,而是由电路本身实现的,因而是本质安全的。它能适用于一切危险场所和一切爆炸性气体、蒸气混合物,并可以在通电的情况下进行维修和调整。但是,它不能单独使用必须和本安关联设备(安全栅)、外部配线一起组成本安电路,才能发挥防爆功能。

  4.6 本安型仪表有ia、ib两种,请说明它们之间的区别。

  答 ia等级—在正常工作状态下,以及电路中存在一个故障或两个故障时,均不能点燃爆炸性气体混合物。在ia型电路中, 工作电流被限制在100mA以下。

  ib等级—在正常工作状态下,以及电路中存在一个故障时,不能点烯爆炸性气体混合物。在ib电路中,工作电流被限帛在150mA以下。

  ia型仪表适用于0区和1区, ib型仪表仅适用于1区。或者说,从本质安全角度讲,ib型仪表适用于煤矿井下,ia型仪表适用于工厂。

  4.7 什么是正压型(p型)仪表?

  答 向仪表外壳内充入正压的洁净空气、惰性气体,或连续通入洁净空气、不燃性气体,保持外壳内部保护气体的压力高于周围危险性环境的压力,阻止外部爆炸性气体混合物进入壳内,而使电气部件的危险源与之隔离的仪表设备。

  4.8 什么是增安型(e型)仪表?

  答 正常运行条件下不会产生点燃爆炸性混合物的火花或危险温度,并在结构上采取措施(如密封等),提高其安全程度,以避免在正常和规定的过载条件下出现点燃现象的仪表设备。

  4.9 什么是特殊型(s型)仪表?

  答 是除d、e、i、p、n之外的特殊形式,或者是上述几种形式的组合,采用这种结构形式的防爆仪表称为特殊型仪表。

  4.10 防爆电气设备分为几大类?

  答 分为两大类:I类:煤矿井下用电气设备;II类:工厂用电气设备。

  4.11 II类防爆电气设备划分为几级?标志是什么?

  答 按照国家标准GB 3836—83,II类防爆电气设备划分为三级,标志分别为A、B、C。分级标准见表8-2。

  表8-2 II类防爆电气设备分类标准

  级别 MESG/mm MICR

  II A 1.14>MESG≥0.9 1.0>MICR>0.8

  II B 0.9>MESG>0.5 0.8≥MICR≥0.45

  II C 0.5≥MESG 0.45>MICR

  注:MESG—可燃性气体混合物最大试验安全间隙,mm。

  MICR—可燃性气体混合物最小点燃电流与甲烷最小点燃电流的比值。

  II A、II B、II C也是可燃性气体混合物的传爆等级。

  4.12 解释下列名词:

  最大试验安全间隙 MESG;

  最小点燃电流MIC;

  最小点燃电流比MICR。

  答 最大试验安全间隙(MESG)——指在规定的试验条件下,一个壳体充有一定浓度的被试验气体与空气的混合物,点燃后,通过25mm长的接合面均不能引燃壳体爆炸性气体混合物的外壳接合面之间的最大间隙。

  最小点燃电流(MIC)——在规定的试验装置上,用直流24V、95mH电感的火花进行3000次点燃试验时,能够点燃可燃性气体混合物的最小电流。此电流降低5%即不能点燃。

  最小点燃电流比(MICR)——各种可燃性气体(或蒸气)与空气的混合物的最小点燃电流对甲烷与空气混合物的最小点燃电流的比值。

  4.13 II类防爆电气设备划分为几个温度组别?标志是什么?

  答 按国家标准GB3836—83,II类防爆电气设备根据其最高表面温度划分为6组,标志为T1~T6。分组标准如下:

  温度组别 允许最高表面温度/℃ 温度组别 允许最高表面温度/℃

  T1T2T3 450200200 T4T5T6 13510085

  T1-T6对应于爆炸气体混合物的引燃温度分组。

  4.14 如何选 用防爆型仪表?

  答 一般说来,可根据以下两点来选用。

  ①根据仪表安装、使用场所的危险区域来选择仪表的防爆型式:

  0区——只能选ia型、S型(指专为0区设计的S型);

  I区——可能除n型以外的其他型式;

  2区——所有防爆型式均可选;

  ②根据可能出现的可燃性气体、蒸气的传爆级别和引燃温度组别,选择仪表的防爆等级和最高允许表面温度组别。可参见表8-3,该表是根据GB3836-1983归纳整理的。

  表8-3 可燃性气体、蒸气传爆级别、引燃温度组别举例

  组别级别 T1(T>450℃) T2(450℃≥T>300℃ T3(300℃≥T>200℃ T4(200℃≥T<135℃ T5(135℃≥T<100℃ T6(100℃≥T<85℃)

  II A 甲烷、乙烷、丙烷、苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、萘、一气化碳、苯酚、甲酚、丙酮、醋酸甲酯,醋酸,氯乙烷,氯苯,氨,乙腈,苯胺 丁烷、环戊烷,丙烯,乙苯,异丙苯,甲醇,乙醇,丙醇,丁醇,甲酸甲酯,甲酸乙酯,醋酸乙酯,甲基丙烯酸甲酯,醋酸乙烯酯,二氯乙烷,氯乙烯,甲胺,二甲胺 戊烷,乙烷,庚烷,辛烷,壬烷,癸烷,环已烷,松节油,石脑油,石油,汽油,燃料油,煤油,柴油,戊醇,已醇,环已醇 乙醛,三甲胺 亚硝酸乙酯

  II B 丙炔,环丙烷,丙烯腊,氰化氢,民用煤气 乙烯,丁二烯,环氧乙烷,环氧丙烷,丙烯酸甲酯,丙烯酸乙酯,呋喃 二甲醚,丁烯醛,丙烯醛,四氢呋喃,硫化氢 乙基甲基醚,二乙醚,二柄醚,四氟乙烯

  II C 氯,水煤气 乙炔 二硫化碳 硝酸乙酯

  说明:a、可燃性气体,蒸气的传爆级别也是电气设备的防爆级别,两者是一致的,均分为IIA、IIB、IIC三级。

  b、可燃性气体、蒸气的引燃温度组别与电气设备最高表面温度组别一一对应,如T4组气体,引燃温度为200℃≥T>135℃。

  4.15 我国的防爆标志由哪几部分构成?分别说明其含义?

  答 防爆标志一般由以下5个部分构成:

  ①防爆标志EX—表示该设备为防爆电气设备;

  ②防爆结构形式—表明该设备采用何种措施进行防爆,如d为隔爆型,p为正压型;i为本安型等;

  ③防爆设备类别—分为两大类,I为煤矿井下用电设备,II为工厂用电气设备;

  ④防爆级别—分为A、B、C三级,说明其防爆能力的强弱;

  ⑤温度组别—分为T1~T6六组,说明该设备的最高表面温度允许值。

  4.16 一台仪表的防爆标志为EXdIIBT4,请说明其含义。

  答 EX——防爆总标志;

  d——结构形式,隔爆型;

  II——类别,工厂用;

  B——防爆级别,B级

  T4——温度组别,T4组,最高表面温度≤135℃。

  4.17 一聚酯电源接线箱的防爆标志为EXedIICT4,请说明其含义。

  答 EX——防爆总标志;

  ed——结构形式,e:增安型,d:隔爆型;

  II——类别,工厂用;

  C——防爆级别,C级

  T4——温度组别,T4组,最高表面温度≤135℃。

  4.18 一台进口气相色谱仪的防爆标志为EEXdps IIB+H2T4,请说明其含义。

  答 EEX——欧洲共同体防爆总标志;

  dps——该仪表采用隔爆、正压、特殊三种防爆措施;

  II——工厂用电气设备;

  B——防爆级别,B级

  + H2——也适用于H2场所(B级防爆不适用于H2,该仪表由于采取多种防爆措施,也可用于H2场所);

  T4——表面最高温升≤135℃。

  4.19 一台日本产仪表的防爆标志为JISia3Ng4,请说明其含义。

  答 JIS——日本工业标准代号;

  ia——本质安全防爆,ia级;

  3n——防爆等级为3n,防所有3级爆炸性气体,相当于我国的IIC;

  G4——温度组别,相当于我国的T4。

  说明 JISia3nG4为日本原采用的防爆标志,现在日本已采用IEC标准,上述防爆标志现已标示为JISEXiaIICT4。

  4.20 一台进口仪表的防爆标志为Class1,Division1,GroupB、C、D,T4A,请说明其含义。

  答 Class1—1级,可燃性气体或蒸气场所;

  Division1—1区,存在或可能形成爆炸或燃烧的场所;

  GroupB、C、D—适用于B、C、D组危险气体存在的场所;

  T4A—最高表面温度≤120℃。

  上述防爆标志对应于我国的EXIIA、IIB、IICT4,可用于0区、1区危险场所。但应注意,该表不能用于乙炔场所。

  4.21 一台进口仪表的防爆标志如下,请说明其含义。

  UL/FM/CSA Class1,GroupB、C、D,T5

  Class3,GroupE、F,T5

  CENELEC EEXedIICT5

  答 UL——美国保险高试验室;

  FM——美国工厂联合研究会;

  CSA——加拿大标准协会;

  CENELEC——欧洲电工技术委员会。

  说明该仪表的防爆性能已经UL、FM、CSA、CENELEC测试认可。

  Class1,GroupB、C、D,T5 —适用于NEC规定的B、C、D组可燃气体,表面温度≤100℃。

  Class2,GroupE、F,T5适用于NEC规定的E、F组粉尘,表面温度≤100℃。

  EEXedIICT5—符合EN标准(EN为欧共体标准代号,其防爆标准与IEC等效)、工厂用防爆仪表,增安、隔爆型,防爆等级C级,最高表面温度≤100℃。

  4.22 变送器输出信号的传输距离有无限定?

  答 现在生产的电容式变送器,供电都是24VDC,按仪表最大输出22.5mA,最小工作电压10.5VDV算,其负载电阻为600Ω。对于隔爆变送器来说,只要导线电组和变送器带的设备电阻之和不超过600Ω,导线的传输距离没有限定。但是对本安型变送器来说,导线的长度是有规定的。因为本安是一个系统,不单是一台本安仪表,还包括关联设备和外部配线在内。关联设备一般都是安全栅,它对导线的长度是有要求的,每种安全栅上都注有最大允许电感和最大允许电容。如果导线的分布电容和电感加上变送器未经保护的电容和电感超过了规定范围,仪表系统便是不本安的了。

  4.23 在爆炸危险场所安装仪表时有哪些要求?

  答 ①爆炸危险场所使用的仪表、电气设备和安装材料如接线盒、分线盒、端子箱等,必须具有经本国授权机构签发的防爆合格证,安装前应检查其规格、型号是否符合设计要求,其外部应无损伤、裂纹。

  ②在爆炸危险场所也可设置正压防爆的仪表箱,内装非防爆型仪表及其他电气设备,仪表箱的通风管必须保持畅通,在送电以前,应通入箱体积5倍以上的气体进行置换。

  ③爆炸危险场所1区内的仪表配线,必须保证在万一发生接地、短路、断线等事故时,也不致形成点火源。因而电缆、电线必须穿管敷设,采用耐压防爆的金属管,穿线保护管之间以及保护管与接线盒、分线箱、拉线盒之间,均应采用圆柱管螺纹连接,螺纹有效啮合部分应在5~6扣以上。需挠性连接时应采用防爆挠性连接管。

  在2区内的仪表配线,一般也应穿管,但只是为了保护电缆、电线的绝缘层不受外伤。

  ④汇线槽、电缆沟、保护管穿过不同等级的爆炸危险场所分界线时,应采取密封措施,以防止爆炸性气体从一个危险场所串入另一个危险场所。

  ⑤保护管与现场仪表、检测元件、电气设备、仪表箱、分线箱、接线盒、拉线盒等连接时,应在连接处0.45m以内安装隔爆密封管件,对2in以上的保护管每隔15m应设置一个密封管件。

  4.24 安装本质安全型仪表时,有哪些要求?

  答 ①不同系列的本质安全型仪表及安全栅等关联设备不应随便混用,必须经有关部门鉴定,确认其技术性能具有兼容性后方可互相替换。

  ②本安关联设备如安全栅、电流隔离器、缓冲放大器等,应安装在安全场所一侧,并可靠接地。

  ③为防止本安系统的配线与本安关联回路、一般回路的配线间发生混触、静电感应和电磁感应而引起危险,应采用穿管敷设。本安线路和非本安线路不应共同一根电缆或保护管。两个以上不同系统 的本安回路,也不应共同一根电缆(芯线分别屏蔽者除外)或共用同一根保护管(用屏蔽导线者除外)。

  ④本安线路与非本安线路在同一汇线槽、电缆沟内敷设时,应用接地的金属板或绝缘隔离,否则应分开排列,间距大于50mm,并分别固定。

  ⑤仪表盘内本安和非本安线路的端子板应互相分开,间距大于50mm,否则应用绝缘板隔离,两类线路应分开敷设,绑扎牢固。

  ⑥本安线路的长度应使其分布电容和分布电感不超过仪表制造厂规定的最大允许值。

  ⑦本安系统的配线一般应设置蓝色标志。

  ⑧本安线路一般不应接地,但当需要设置信号接地基准点时则接地,此接地点应是所有本安仪表系统接地导体的单一接地点,并与电源接地系统分开。

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