煤矿防爆安全知识培训讲义.pptx
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1、煤矿防爆安全知识讲义,天安公司机电管理部XX,目录,一、防爆基础知识二、防爆设备通用要求三、防爆电器元件的标准要求四、煤矿安全规程摘录五、晋煤集团防爆六十条,前言,煤炭、石油、化学、纺织等工业在国民经济中占很重要的地位,这些行业在生产过程中会产生爆炸性气体蒸汽或爆炸性粉尘,这种场所均称为爆炸性危险场所。,一、防爆基础知识,1、防爆 指防止爆炸, 防止爆炸的产生必从三个必要条件来考虑,限制了其中的一个必要条件,就限制了爆炸的产生。2、燃烧和爆炸产生的条件 形成燃烧和爆炸必须具备一定条件。 下述条件在时间和空间上相遇,才会产生燃烧或爆炸:燃烧剂,例如氢气,汽油等;氧化剂,例如氧气,空气等;点燃源,
2、例如明火,火花,电弧,高温表面等。 上述条件被称为形成燃烧和爆炸的三要素。 工程上采取措施,防止三要素同时存在,防止出现火灾和爆炸危险。,在煤矿井下采掘过程中,空气里含有瓦斯(甲烷)、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、二氧化氮、氨及其它碳氢化合物,其中瓦斯(甲烷)含量占85%以上。当空气中的瓦斯(甲烷)含量达到515时,遇上650以上的高温或具有足够能量的火花,便会发生气体爆炸的危险。在采掘过程中还会引起大量煤尘的飞扬,当煤尘粒度在0.751mm以内,其浓度在302000g/m3范围内时,遇上700以上的较大热源,便可能发生爆炸的危险。,瓦斯爆炸必须同时具备三个条件:有一定的瓦斯浓度(5%-16%)
3、,具有一定能量、能点燃瓦斯的点火源或温度,有足够的氧气(12%以上);煤尘爆炸也必须同时具备三个条件:煤尘本身具有爆炸性且在空气中悬浮的煤尘达到一定浓度 (45g1500-2000g),有能引起煤尘爆炸的高温热源,有足够的氧气(17%以上);,由瓦斯、煤尘爆炸的条件可以看出,为了防止瓦斯、煤尘工作环境发生爆炸事故,一方面要限制它们在空气中的含量,另一方面,要杜绝一切能够点燃瓦斯、煤尘造成爆炸的点火源和危险温度。煤矿井下或其他爆炸性危险环境可能引起瓦斯、煤尘爆炸的能量源有:电气设备的电火花、违章放炮产生的火焰、机械撞击和摩擦产生的火花、灯具故障产生的火花、架线电机车或电缆破坏产生的电弧以、煤炭或
4、其他可燃物自燃、吸烟、明火、雷电、电气设备正常运行或故障状态下可能出现火花、电弧、热表面和灼热颗粒等,它们都具有一定能量,可以成为点燃矿井瓦斯、煤尘或其他爆炸性危险环境的点火源。因此爆炸性危险环境使用防爆电气设备具有非常重大的意义。,3、防爆电气设备的分类爆炸性环境用电气设备分为I类、II类和III类。3.1I类电气设备用于煤矿瓦斯气体环境。3.2II类电气设备用于除煤矿甲烷气体之外的其它爆炸性气体境。II类电气设备按照其拟使用的爆炸性环境的种类可进一步再分类。II类电气设备的再分类:IIA类:代表性气体是丙烷;IIB类:代表性气体是乙烯;IIC类:代表性气体是氢气。,3.3III类电气设备用
5、于除煤矿以外的爆炸性粉尘环境。III类电气设备按照其拟使用的爆炸性粉尘环境的特性可进一步再分类。III类电气设备的再分类:IIIA类:可燃性飞絮;IIIB类:非导电性粉尘;IIIC类:导电性粉尘。,4、防爆等级防爆电气设备的防爆等级的划分是根据设备使用的类别、爆炸性气体混合物的温度组别、防爆电气设备的防爆型式来划分的。防爆电气设备的分类主要是根据不同工况下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此四个危险等级,具体区别如下图:,其次,根据爆炸性气体混合物按引燃温度的差异,又分为T1、T2、T3、T4、T5、T6六种,引燃温度用t()表示:,5、防爆型式防爆型式是
6、为防止点燃周围爆炸性混合物而对电气设备结构所采取特定的安全措施,就我国现有制定的强制性国家标准及近几年来的技术状况来说,其防爆型式有:,我国煤矿井下常用的型式以隔爆型、增安型、本质安全型、特殊型及混合型为主。5.1矿用隔爆型电气设备“d”具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备。5.1.1隔爆外壳的基本防爆原理隔爆型电气设备的防爆原理是:将电气设备的带电部件放在特制的外壳内,该外壳具有将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔离开的作用,并能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力,而外壳不被破坏;,同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆,不会
7、引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。具有隔爆外壳的电气设备称为“隔爆型电气设备”。隔爆型电气设备具有良好的隔爆和耐爆性能,被广泛用于煤矿井下等爆炸性环境工作场所。隔爆性电气设备的标志为“d”。,5.1.2隔爆型电气设备结构隔爆型电气设备主要包括壳体与盖,及附属其外壳上的防爆部件,主要有电缆及导线的引入装置、接线盒、透明件、衬垫等。,5.2增安型电气设备“e”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,提高其安全程度, 以避免在正常和规定过载条件下出现点燃现象的电气设备。增安型电气设备没有防爆的外壳和保护介质,它采取的是综合性的安全措施
8、:限制设备的种类;电气间隙和爬电距离比较大;好的绝缘材料;规定导体连接方式;降低温升;提高外壳防护等级;配用合适的保护装置等。 适用产品:异步电动机,变压器,接线盒等。,5.3本质安全型电气设备“i”5.3.1本质安全型电路及本质安全型电气设备“i”本质安全型电路是指在规定条件(包括正常工作和规定的故障条件下)产生的任何电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。本安型电气设备,是指由本安电路组成的电气设备。全部电路都是本安电路的电气设备为单一的本安型电气设备;局部电路为本安电路的电气设备为复合式本安型电气设备,例隔爆兼本安型电气设备。,5.3.2本质安全电路的防爆原理通过限制电气设备
9、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。,(1)本质安全的主要防爆措施是限制电路中的能量,使产生的火花的能量小于相应的最小点燃能量。 主要保护措施: 电路的电压和电流限制; 电路中的电容和电感限制; 本安电路与非本安电路的隔离; 可靠元件和组件的要求; 安全栅的规定;正常工作与规定的故障状态、故障分析和试验规定等。 适用产品:测量、控制、通讯等弱电设备。,(2)防爆措施 电源:1)限
10、电压;2)限电流;3)双重化。 负载:1)限电感;2)限电容;3)双重化。(3)本质安全型电气设备的特点: 结构简单、体积小、重量轻;制造、维修方面、投资少;安全性能可靠。本安型是一种比较理想的防爆设备,在满足技术要求的情况下,应优先选用。 本质安全型电气设备的外壳可采用金属、塑料及合金制成。外壳必须具有一定的强度,并具有一定的防尘、防水、防外物能力。采用合金外壳的材质中的含镁量不超过0.5,以防止由于摩擦产生危险火花。,本质安全型电气设备的电源有两种: 独立电源:指干电池、蓄电池、光电池和化学电池等。 外接电源:指经电网引入、经电源变压器供电的电源。煤矿井下使用的本质安全型电气设备的电源大多
11、数是从电网引入经电源变压器整流后的电源,一般为隔爆兼本质安全型。(4)分类及标志本质安全型电气设备分为:单一式和复合式单一式:指电气设备的全部电路是由本质安全电路组成的。复合式:指电气设备的部分电路是本质安全型电路,另一部分是非本质安全型电路,本质安全型电气设备的级别: 本质安全型电气设备根据安全程度的不同分为ia和ib两个等级。 ia等级是指电路在正常工作和一个或两个故障时,都不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备;当正常工作时,安全系数为2;一个故障时,安全系数为1.5;两个故障时,安全系数为1。 ib等级是指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;当正常工作时,安全系数为2
12、;一个故障时,安全系数为1.5。 从安全等级划分标准和技术要求上可以看出,ia等级的本质安全型电气设备的安全程度和设计制造要求高于ib等级。 本质安全型电气设备的标志为“i”。矿用本质安全型电气设备“ExiI” 矿用本质安全型电气设备,本质安全回路等级ia级 “ExiaI”矿用本质安全型电气设备,本质安全回路等级ib级 “ExibI”矿用隔爆兼本质安全型电气设备,本质安全回路等级ia级“ExdiaI,6、标志 为了从电气设备外观上能明显的了解它的类型,把防爆电气设备的类型(d,e,ia,等)、级别和组别(,)连同防爆电气设备的总标志(Ex)按照一定顺序排列起来,构成防爆标志。例如: Exd-煤
13、矿用() 隔爆型(d)电气设备 Exdib-煤矿用() 隔爆(d)兼本质安全(i)型电气设备,其中 本质安全回路为ib等级。 矿用防爆电气设备的外壳明显处,均有清晰永久性凸纹标志“Ex”和煤矿矿用产品安全标志“MA”。,二、防爆设备通用要求,1、IP防护等级IP(INGRESS PROTECTION)防护等级系统是由IEC(INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)所起草。将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具,人的手指等均不可接触到电器内之带电部分,以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成,第1个数字表示灯具离尘或设备防止外物侵入的
14、等级,第2个数字表示灯具防湿气或设备防水侵入的密闭程度,数字越大表示其防护等级越高。,1.1、IP防护等级表示平时所见的防护等级都用IP加两位数字来表示,其中IP为防护等级的标示,第一位数字表示含义对应下表:,第二位数字表示含义对应下表:,2、温度 2.1矿用电气设备表面考虑到易堆积煤尘,如表面温度大于200时,会发生焖燃现象,因此,允许最高表面温度为150。如果采取措施后能防止煤尘堆积,则允许最高表面温度为450。 2.2矿用电气设备的运行环境温度应满足2040。如果环境温度范围不符合,须在铭牌上标明,并以最高环境温度为基准计算电气设备的最高表面温度。,3、爆炸危险场所分类3.1我国爆炸场所
15、划分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GB50058-92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。,3.2国际上对爆炸场所的划分3.2.1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)。,3.2.2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
16、。3.3两者关系气体: IEC0区、1区NEC1区 IEC2区NEC2区粉尘: IEC10区NEC1区IEC11区NEC2区IEC“区”的英文为Zone;NEC“区”的英文为Division。,4、危险场所电气设备选型(1)根据场所区域类型选型(2)根据场所中爆炸性气体或蒸气的的引燃温度选择设备的温度组别(3)根据场所中可能出现的爆炸性气体或蒸气的爆炸等级选择设备的的级别(4)外部环境因素的影响,爆炸危险场所电气设备选型表,5、允许的电缆、电线和布线方式(1) 0区0区只允许ia类本质安全电缆系统,而且必须加设浪涌电流保护装置和防雷措施。(2)1区和2区电缆配线系统:-允许使用塑料护套电缆、橡
17、胶护套电缆或矿物绝缘护套电缆;-1区不允许电缆中间接头,只允许在接线盒或分线盒中进行;-低压电缆和导线的绝缘介电强度至少500伏; 介电强度:是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度. 它定义为试样被击穿时, 单位厚度承受的最大电压, 表示为伏特每单位厚度. 物质的介电强度越大, 它作为绝缘体的质量越好. -铜芯线截面1区至少2.5mm2(1mm2);2区1.5mm2.,三、防爆电器元件的标准要求,1、电气间隙1.1在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的最短空间距离。即在保证电气性能稳定和安全的情况下,通过空气能实现绝缘的最短距离。1.2不同电位的导电零件之间的电气间隙须符合下表
18、规定。,1.3带电零件与接地零件之间的电气 间隙,按线电压进行计算。如果额定电压为10kV或更高的电气设备,仅用在中性点直接接地的电网中,则带电零件与接地零件之间的电气间隙可按电气设备的相电压计算。,2、爬电距离沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短路径。即在不同的使用情况下,由于导体周围的绝缘材料被电极化,导致绝缘材料呈现带电现象。此带电区(导体为圆形时,带电区为环形)的半径,即为爬电距离。2.1不同电位的导电零件之间爬电距离须符合下表规定:,3、紧固件紧固件是确保电气设备防爆性能的重要零件,设计选用时一般应作如下考虑: (1)紧固用螺栓和螺母附能防松装置。(
19、2)对要求采用特殊紧固结构时,可采用护圈式结构。a.螺栓头或螺母设在护圈内,要使用专用工具者能拧松取出;b.紧固后的螺栓头或螺母的上平面不得超出护圈高度;c.护圈直径、高度、螺栓通孔直径须符合标准中的规定;d.护圈可设有开口,开口的圆心张角须不大于120度。(3)紧固件应采用不锈材料制造,或经电镀等防锈措施。,4、联锁装置为保持专用防爆型式用的联锁装置,其结构应保证非专用工具不能轻易解除其作用。注:螺丝刀、镊子或类似的工具不应使联锁装置失效。5、绝缘套管可能承受扭矩时,作为连接件使用的绝缘套管在接线和拆线过程中应安装牢固,并保证所有部位不转动。,6、连接件与接线空腔6.1电气连接件:a.保证连
20、接可靠;b.具有足够的机械强度和发热截面,足够的电气间隙、爬电距离;c.在振动、温度变化影响下,不产生松动或者接触不良等现象。,6.2接线空腔:凡正常运行时产生火花、电弧或危险高温的电气设备,其功率大于250W或电流5A者,均须采用接线空腔。设计时应考虑:a. 接线、拆线操作方便;b. 盒内要留有电缆芯线弯曲半径的空间;c. 接线后裸露带电体之间及每相对任何壳体之间的电气间隙、爬电距离都要符合相应电压等级规定的数值;d. 为防止万一出现电弧闪络现象,接线盒内壁应涂以耐电弧瓷漆。,7、引入装置引入电气设备的电缆或导线(包括橡套电缆、铠装电缆)的引入装置有三种方式,即密封圈式、浇铸固化填料密封式及
21、金属密封环式。7.1密封圈式a.密封圈式中分为压盘式与压紧螺母式,两种,这两种引入装置都须具有防松与防止电缆拔脱的措施。b. 引入橡套电缆时,其电缆入口处须制成喇叭状,要求内缘应平滑。,c.引入高压电缆时,引入装置(或接线盒)须留有放置电缆头的空间。d.密封圈须能承受标准中所规定的老化试验。 e.密封圈的非压缩轴向长度需符合标准中的规定。f.引入装置一般应加设金属垫圈,以增大接触面积。g.当引入装置超过一个时,须备有公称厚度不小于2mm的钢质堵板,以防止在不引入电缆时,形成对外通孔,同时也作为防爆的措施之一。h.在额定工作状态下,如电缆引入口处的温度高于70或电缆芯线分支处的温度高于80时,须
22、在接线盒内部设置铭牌,标明温度,以便选配相就的电缆。i.引入装置还须能承受专门规定的夹紧试验。,7.2浇铸固化填料密封式:A.须设置防止电缆拔脱装置,并须敷设电缆保护管。B.填料须符合下列要求: (a)具有不燃性或难燃性; (b)不必加热即可填充; (c)填充后,在常温下短时间内即可固化; (d)固化后,不产生有害的裂纹,且软化的温度不低于95; (e)不得对电缆护套产生不良影响;,C.填料的填充深度须大于电缆引入口孔径的1.5倍(最小40mm),并应有表示所需填充量的标记。 7.3金属密封环式:主要用于IIA、IIB电气设备。,8、接地8.1内部应在电气设备内部电路连接件旁设置接地连接件。8
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