电工手册防爆技术.pdf

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1、!第八篇现代煤矿电气防爆技术第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理第一节防爆电气设备概述及通用要求一、概述工作在煤矿、石油、化工等爆炸性环境中的电气设备必须采取一定的防爆安全措施，使其在规定的运行条件下不会引起周围爆炸性混合物爆炸。这种按规定的条件设计制造的、不会引起周围爆炸性混合物爆炸的电气设备通称为防爆电气设备。防爆电气设备的种类很多，有防爆电机、防爆开关、防爆灯具、防爆仪器仪表、防爆电话、防爆监测系统、防爆控制器等。特别是防爆单片机应用系统，以其体积小、重量轻，低功耗、抗干扰能力强、可靠性高、电源工作范围宽、工作环境温度范围广、价格低廉等优势，在防爆型智能仪器仪表、工业监控系统、自动控制系统

2、、通信系统、数据处理系统中获得了广泛应用，为煤炭、石油、化工等企业的技术改造和产品的更新换代提供了有力的手段。为了适应不同的生产环境和爆炸性环境，国家制定了不同类型的防爆电气设备的设计制造标准，有以下九种类型：隔爆型、本质安全型、增安型、浇封型、气密型、充砂型、正压型，充油型和无火花型。另外，矿用一般型电气设备是用于煤矿井下的非防爆电气设备。各种类型的防爆电气设备型式及标志见表!#。防爆电气设备的国家标准是$%&!&（矿用一般型除外），所有防爆电气设备的设计、制造、检验均应以此标准为依据。关于各种类型防爆电气设备的防爆原理、防爆措施和技术要求等内容将在以后的章节中#()#第一章煤矿电气防爆设备

3、及其防爆原理逐一介绍。表!#!爆炸性环境用电气设备类型及标志!防爆电气设备类型标志防爆电气设备类型标志隔爆型电气设备本质安全型电气设备增安型电气设备浇封型电气设备气密型电气设备$%&(充砂型电气设备正压型电气设备充油型电气设备无火花型电气设备矿用一般型电气设备)*+,-.二、基本概念#/类别、级别和组别为了正确选用防爆电气设备，必须了解防爆电气设备的类别、级别和组别。防爆电气设备按使用环境的不同分为两大类：!类：用于煤矿井下的电气设备。主要用于含有甲烷混合物的爆炸性环境。类：用于工厂的防爆电气设备。主要用于除甲烷外的其他各种爆炸性混合物环境。由于这些爆炸性气体在相同的外界条件下具有不同的最大安

4、全间隙和不同的最小点燃电流，所以对类电气设备要进行分级。分级的依据就是它们各自的最大试验安全间隙和最小点燃电流比，分级标准见表!#0。表!#0类电气设备级别划分级别!12（）34567!128/93456:8/!;8/9:!12:8/8/!34568/=58/!128/=:3456注：!12为最大试验安全间隙，3456 为最小点燃电流比。最大试验安全间隙：是指在标准规定的试验条件下，点燃试验壳内爆炸性混合物后，让其通过 0，电感 9?的电路，用火花试验装置分断该电路后，电路产生的火花对各种爆炸性气体混合物进行点火，能使09=#第八篇现代煤矿电气防爆技术其点燃的最小电流。最小点燃电流比：各种爆炸

5、性气体混合物的最小点燃电流同甲烷与空气的混合物的最小点燃电流之比。为了保证各种类型电气设备在运行中不产生引燃爆炸性混合物的温度，对!类电气设备运行时能允许的最高表面温度进行了分组，分组情况见表!#$。表!#$电气设备的允许最高表面温度电气设备类型温 度 组 别设备允许表面温度（%）说明类#&(&设备表面可能堆积粉尘采取措施防止粉尘堆积!类!#!)!$!(!&!*(&$)#$&#!&(&!$!+(&)!+$#$&!+)#!+#$&!&!+#注：表中 为可燃性气体、蒸气的引燃温度。),电气间隙与爬电距离由于煤矿井下空气潮湿、粉尘较多、环境温度较高，严重影响电气设备的绝缘性能。为了避免电气设备由于绝

6、缘强度降低而产生短路电弧、火花放电等现象，对电气设备的爬电距离和电气间隙作出了规定。电气间隙和爬电距离是既有区别又有联系的两个不同概念。电气间隙是指两个裸露的导体之间的最短距离，即：电气设备中有电位差的金属导体之间通过空气的最短距离。电气间隙通常包括：（#）带电零件之间以及带电零件与接地零件之间的最短空气距离；（)）带电零件与易碰零件之间的最短空气距离。电气间隙应符合表!#(的规定。只有满足电气间隙的要求，裸露导体之间和它们对地之间才不会发生击穿放电，才能保证电气设备的安全运行。爬电距离是指两个导体之间沿其固体绝缘材料表面的最短距离。也就是在电气设备中有电位差的相邻金属零件之间，沿绝缘表面的最

7、短距离。爬电距离是由电气设备的额定电压、绝缘材料的耐泄痕性能以及绝缘材料表面形状等因素决定的。额定电压越$-(#第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理高，爬电距离就越大，反之，就越小。绝缘材料表面施加污染液或污垢杂质之后，在两个电极之间的电场作用下，这些导电液体或污垢杂质将产生微小的火花放电，使绝缘材料发生局部破坏，那么绝缘材料抵抗这种破坏的能力就称为耐泄痕性能。防爆电气设备是在有爆炸危险的场所使用的，环境中含有各种污染液和污垢杂质，设备绝缘材料的耐泄痕性能是十分重要的。绝缘材料的耐泄痕性能通常是用耐泄痕指数来表示。耐泄痕指数是指固体绝缘材料能够承受!滴或#滴以上的电解液而没有形成漏电的最高电压。

8、绝缘材料根据相对泄痕指数分为$、%、&、(个级，$级最高，级最低。常用绝缘材料耐泄痕指数分级见表)*#*!。由此可见，绝缘材料耐泄痕性能越好，爬电距离就越小，反之越大。防爆电气设备的最小爬电距离见表)*#*(。表)*#*(!电气间隙与爬电距离额定电压（+）最小电气间隙（,）最小爬电距离（,）$%&额定电压（+）最小电气间隙（,）最小爬电距离（,）!$%&!-.(.#/#./!.#(#)/(/)-!(!#/0.0)#-.(!.0!1!/.)#/.)!#-!#.-)#/#!#/!#!#)/(注：表$、%、&、是绝缘材料按相对泄痕指数的分级。表)*#*!绝缘材料按相对泄痕指数分级级别相对泄痕指数试验

9、电压（+）滴数绝 缘 材 料$.2#上釉的陶瓷、云母、玻璃%!2!三聚腈胺石棉耐弧塑料，硅有机石棉耐弧塑料&-)-)2!聚四氟乙烯塑料、三聚腈胺玻璃纤维塑料，表面用耐弧漆处理的环氧玻璃布板#0!#0!2!酚醛塑料、层压制品-3 防护等级电气设备应具有坚固的外壳，外壳应具有一定的防护能力，达到一定的防护等级标准。防护等级就是防外物和防水能力。防外物是指防止外部固体进入设备内部和防止人体触及设备内的带电或运动部分的性能，简称防外物。防水是防止外部水分进入设备(1(#第八篇现代煤矿电气防爆技术内部，对设备产生有害影响的防护性能，简称防水。防护等级用字母!连同两位数来标志。例如：!#$中的!是外壳防护

10、等级标志，第一位数字#表示防外物#级，第二位数字$表示防水$级。数字越大表示防护等级越高，要求越严格。防外物共分%级，防水共分&级。外壳防护等级标准见 ()(*。表 ()(*外壳的防护等级防护等级防外物能力分级防水能力分级简称说明简称说明+无防护没有专门的保护无防护没有专门的保护)防 护 大 于,+-的固体能防止直径大于,+-的固体异物进入壳内防滴垂直的滴水应不能直接进入产品内部.防 护 大 于).-的固体能防止直径大于).-的固体异物进入壳内),/防滴与铅垂线成),/角范围内的滴水应不能直接进入产品内部$防 护 大 于.0,-的固体能防止直径大于.0,-的固体异物进入壳内防淋水与铅垂线成*+

11、/角范围内的淋水应不能直接进入产品内部#防 护 大 于)-的固体能防止直径大于)-的固体异物进入壳内防溅任何方向的溅水对产品应无有害的影响,防尘能防止影响产品正常运行的灰尘进入壳内防喷水任何方向的喷水对产品应无有害的影响*尘密完全防止灰尘进入壳内防海浪或强力喷水猛烈的海浪或强力喷水对产品应无有害影响%浸水产品在规定的压力和时间下浸在水中，进水量应无有害的影响潜水产品在规定的压力下长时间浸在水中，进水量应无有害的影响三、通用要求不同类型的防爆电气设备具有不同的特性，这就需要对它们作出专用的规定。但作为防爆电气设备，它们又有共同的特性，这就是对防爆电气设备的通用要求。无论何种类型的电气设备都必须在

12、符合通用要求和专用规定的情况下，才能保证其防爆性能。通用要求主要包括：防爆电气设备使用的环境温度，对外壳、紧固件、联锁装置、绝缘套管、接线盒，连接件、引入装置及接地的要求等。现将有关要求介绍如下：)0 防爆电气设备使用的环境温度为(.+1#+2，环境气压为（+0 1)0)）3)+,4。,&#)第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理!防爆电气设备如果采用塑料外壳，须采用不燃性或难燃性材料制成，并保证塑料表面的绝缘电阻不大于#$#%&!，以防积聚静电还必须承受冲击试验和热稳定试验。防爆电气设备限制使用铝合金外壳，防止其与锈铁摩擦产生大量热能，避免形成危险温度。(紧固件是防爆电气设备的主要零件。常用的紧

13、固件是由螺栓和螺母及防松用的弹簧垫组成。对于要用特殊紧固件的防爆电气设备必须用特殊紧固件，如隔爆型电气设备外壳各部分的连接必须用护圈式紧固件，以防无关人员随意打开外壳，使外壳失去防爆性能。使用护圈式紧固件应符合以下几点要求：螺栓头或螺母要放在护圈内，并且只有使用专用工具才能打开；#紧固后的螺栓头或螺母的上平面不能超出护圈；$各种规格螺栓的通孔直径，护圈高度、扩圈直径应符合表)*#*+的有关规定；%护圈可设开口，开口的圆心角不大于#!%,；&护圈要与主体牢固连在一起。无论何种紧固件都应采用不锈材料制成或经防锈处理。表)*#*+护圈式或沉孔式紧固件技术要求螺纹规格!通孔直径!#护圈高度护圈直径!（

14、适用于六角头）护圈直径!（适用于小六角头）护圈直径!（适用于内六角头）最大最小最大最小最大最小-(.(&)-.#&#+#%-/!%#)#!#-)&)!.!%#)#/#.-#%#%!+!.!%#)-#!#(#!.#%!+!%-#(#/#(%/.#!/!(-#/#)#/(%(%/!)!/-#)!%#)()(%#!&-!%!%.%(/()(.-!(!./.#.%(/)/-!(!/!(/#.+./.#(!(%.为了防止电气设备误操作造成事故，防爆电气设备应设置联锁装置。联锁装置在设备带电时，设备可拆卸部分不能拆卸。当可拆卸部分拆开时，设备不能送电，以保证安全。/对于固定在设备外壳隔板上用来使导线穿过隔

15、板的绝缘套竹，必须用吸湿小的绝/&(#第八篇现代煤矿电气防爆技缘材料制成，绝缘套管的使用不能改变电气设备的防爆型式。如果绝缘套管或电气设备需要使用胶结剂，胶结剂必须具有抗机械、热和化学的能力。!为了保证电气设备导线和电缆连结牢固，防止电气设备运行中产生火花、电弧，引燃爆炸性混合物，对正常运行产生火花、电弧或危险温度的电气设备，功率大于#$%&或电流大于$的!类电气设备，其电缆和导线的连接都应使用接线盒和连接件。接线盒的型式根据使用环境及有关技术要求决定。接线盒应符合下列条件：接线盒内要留有导线弯曲半径的空间，接线盒内裸露导体间的电气间隙、爬电距离要符合相应防爆类型的有关规定，为防止电弧、闪络现

16、象，接线盒内壁应涂耐弧漆。(连接件是置于接线盒内，供引入电缆或电线接线用的（又称接线端子）。连接件要有足够的机械强度和结构尺寸，要保证导线连接可靠，保证在振动和温度的影响下连接不松动，不产生火花，过热和接触不良等现象。对于与铝芯电缆连接的连接件要用铜铝过渡接头。)引入装置是防爆电气设备外电路的电缆或电线进入设备内的过渡装置，是防爆电气设备的薄弱环节，因此引入装置的密封是十分重要的。常用的密封引入装置有三种：密封圈式引入装置，该种引入方式应用最广泛，包括压盘式引入装置和压紧螺母式引入装置两种，如图(*+*+和图(*+*#所示；#浇封固化填料密封式引入装置，如图(*+*,所示；$金属密封环式引入装

17、置，如图(*+*-所示。引入装置所用密封圈的材料要用弹性好、不易老化不易龟裂的橡胶材料或其他类似材料制成，其硬度应达到邵尔氏硬度-$./$.。密封圈只有硬度适宜才能起到密封和防松作用，保证防爆性能。引入装置必须具有防松和防止拔脱装置。图(*+*+压盘式引入装置+防止电缆拔脱装置；#压盘；,金属垫圈；-金属垫片；$密封圈；0联通节!)-+第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理图!#$压紧螺母式引入装置#压紧螺母；$金属垫圈；%金属垫片；&密封圈；防止电缆拔脱及防松装置；(联通节；)接线盒图!#%浇封固化填料密封式引入装置#联通节；$固化密封填料；%电缆，&防止电缆拔脱装置!*&#第八篇现代煤矿电气防

18、爆技术图!#$金属密封环式引入装置#金属护套电缆；%螺母；&套筒；$端部固定套管；导体；(绝缘套管；)绝缘填料；!金属密封环#*+为了防止电气设备外壳带电时发生人身触电或对地放电引起周围可燃性气体混合物爆炸，防爆电气设备必须进行良好接地。电气设备的接地主要包括设备金属外壳的外接地端子和设备接线盒内的内接地端子。内外接地端子都应标接地符号“!”。接地零件要用不锈钢材料制成或经防锈处理。无论是内接地端子还是外接地端子，所选用的规格必须与电气设备容量大小相匹配，设备功率越大所用接线端子直径应越大。对于便携式或运行中需要移动的电气设备，可不设置接地装置，但必须使用有接地芯线的电缆，其外壳与接地芯线连接

19、并与井下总接地网可靠连接。#+无论何种型式的防爆电气设备，都应有明显的防爆标志，它是由防爆电气设备的类型、类别、级别、组别和防爆设备的总标志“,-”构成。单一型防爆电气设备标志按前面所述内容标出即可。例如：“,-.!/0&”表示是!类隔爆型/级 0&组防爆电气设备；“,-12!30”表示是!类本质安全型 12 等级 3 级 0组防爆电气设备。复合式防爆电气设备必须先标出主体防爆型式，后标出其他防爆型式。例如：“,-450$”表示是!类主体增安型并具有正压型部件 0$组的电气设备。复合型电气设备，还应分别在不同防爆型式的外壳上标出相应的防爆型式。防爆标志一定要制作在防爆电气设备的最明显处。其标志

20、牌可铆或焊在外壳上，也可以采用凹纹标志。防爆型电气设备必须设置铭牌，在铭牌的右上方标出“,-”字样。铭牌应包括以下内容：防爆标志（型式、类别、级别、温度组别等），防爆合格证编号，其他要标出的特殊条件，有关防爆型式专用标准规定的附加标志，出厂日期或产品编号。铭牌可用青铜或不锈钢制成，厚度应不小于#66。标志应清晰可见，经久不褪。77$#第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理由于煤矿井下环境潮湿，还有煤块、岩石冒落的危险，并存在爆炸性混合物，因此用于煤矿井下的电气设备应具有一些基本条件，也就是矿用电气设备的通用要求：!电气设备的外壳应具有一定的防护能力；具有良好的防潮性能，以保证电气设备良好的绝缘性能

21、；#各种类型的电气设备在满足技术要求的前提下，应尽量减小体积、减轻重量、便于操作、维修方便，以适合井下工作环境狭小的特点；$无论何种型式的电气设备必须具有良好的防爆性能，这是至关重要的一点。第二节隔爆型电气设备一、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

22、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“!”。隔爆型电气设备除电气部分外，主要结构包括隔爆外壳及一些附在壳上的零部件，如衬垫、透明件、电缆（电线）引入装置及接线盒等。根据隔爆型电气设备的防爆原理，我们知道隔爆外壳应具有耐爆和隔爆性能。所谓耐爆就是外壳能承受壳内爆炸性混合物爆炸时所产生的爆炸压力，而本身不产生破坏和危险变形的能力。所谓隔爆性能就是外壳内爆炸性混合物爆炸时喷出的火焰，不引起壳外可燃性混合物爆炸的性能。为了实现隔爆外壳耐爆和隔爆性能，对隔爆外壳的形状、材质、容积、结构等均有特殊的要求。二、防爆措施隔爆型电

23、气设备主要在煤矿井下爆炸危险工作场所使用，其使用环境场地狭窄，搬运困难，并有岩石、煤块冒落、撞击的危险，其外壳不仅要具有耐爆性，还应具有足够机械#$第八篇现代煤矿电气防爆技术强度，才能保证设备外壳在发生内部爆炸或受到外物撞击时，外壳不发生严重变形或损坏。为此，常在煤矿井下采掘工作面工作的隔爆型电气设备的隔爆外壳必须采用钢板或铸铁构成，但其他零部件或装配后冲击不到的或容积不超过!的电气没备，可用#$!%&灰铸铁制成。对于!类非采掘工作面用隔爆外壳也可以用#$!%&灰铸铁制成。对于容积不大于!的外壳，也可以采用工程塑料制成，这种材料具有易成型、易切削加工、比重轻、易于制造等优点，但使用这种材料作隔

24、爆外壳时必须注意到塑料在高温下易发生分解和变形的性质。因此，在具有大量热源和能发生大电弧的电气设备上不宜使用塑料外壳。隔爆外壳的几何形状是多样的，大量的理论研究和实践证明：在相同容积、不同形状的隔爆外壳中，非球形外壳中的爆炸压力比球形外壳中压力低，即球形外壳的爆炸压力最大，而长方体外壳爆炸压力最小，外壳内的爆炸压力是随着容器形状的不同而改变。这是因为随着外形散热表面积的增大而降低了爆炸压力。因此，隔爆外壳以采用长方形外形为宜，这样可以提高外壳的耐爆能力。隔爆外壳的容积也是设计隔爆外壳的关键。理论和实践都证明：在其他条件都一定的情况下，隔爆外壳的容积与外壳内的爆炸压力无关，容积对压力的影响不大。

25、因此在设计制造隔爆外壳时就可以在满足设备技术要求的前提下，尽量减小隔爆外壳的体积，既保证了外壳的耐爆性又减小了体积、减轻了重量，更便于在煤矿井下特殊环境中使用。一般隔爆外壳大都是由两个或两个以上的空腔组成，且空腔间是连通的，因此在外壳内爆炸性混合物发生爆炸时将会产生压力重叠现象，也就是当一个空腔里的爆炸性混合物爆炸时，会使另一个空腔里的爆炸性混合物受到压缩，而使压力增高。如果这个空腔再爆，将会出现过压现象，形成多空腔压力重叠，隔爆外壳的耐爆性将受到威胁。因此，在设计制造隔爆外壳时应尽量避免采用多空腔结构，如果无法避免这种结构则应尽量增大各空腔间联通孔的面积。因为多空腔压力重叠的过压大小与两空腔

26、容积比以及连通孔断面积有关。当两空腔容积比一定时，连通孔断面积越大，过压就愈小，从而增加外壳的耐爆性能。另外，外壳的长，宽、高尺寸之比也不要过大，以免造成外壳内的压力重叠现象。隔爆型电气设备的隔爆外壳不但具有耐爆性还应具有隔爆性。隔爆外壳如何实现隔爆作用，这是研究隔爆型电气设备的关键。我们知道，由于加工、制造、使用、维修等方面的需要，无论何种形状的隔爆外壳，都不可能是一个“天衣无缝”的整体，而是由几部分和各种零件构成的。各部分以及零件之间都需要联接，而联接的缝隙势必会成为外壳内的爆炸性产物穿过的途径。如果对这些联接的间隙不作特殊规定和技术要求，那么穿过()%(第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理

27、间隙的壳内爆炸产物就要引燃壳外周围爆炸性混合物，其后果不堪设想。为了阻止壳内爆炸性混合物爆炸生成物引燃壳外周围的爆炸性混合物，就必须在外壳的各接合处，也就是联接间隙采取一些特殊有效的措施，实现外壳隔爆性能。通常把互相联接的接合面称为“隔爆接合面”，简称“隔爆面”。而隔爆面之间的间隙称为“隔爆接合面间隙”，简称“隔爆间隙”。隔爆间隙的大小是隔爆外壳能否隔爆的关键。通常隔爆面是采用法兰连接的隔爆保护方式。隔爆结合面间隙有多种结构：平面形结构（开关大盖与壳体、接线盒与壳体），圆筒形结构（电动机端盖与机座、转轴与转孔），平面加圆筒形结构（煤电钻接线盒盖与接线盒），曲路（迷宫）结构（原苏联进口的开关大盖

28、与壳体），螺纹结构，衬垫结构（照明灯罩与金属外壳），叠片结构（老式蓄电池箱上防爆结构），微孔结构（分析仪器传感器用铜基、不锈钢基粉末冶金片、不锈钢球隔爆结构、发泡不锈钢板），金属网隔爆结构（多层铜网、不锈钢网）等，如图!#$所示。利用外壳的间隙进行隔爆的理论与金属网对火焰熄灭作用原理相仿。隔爆外壳的隔爆作用是利用外壳的法兰间隙来实现隔爆的。为什么法兰间隙能实现隔爆，现在理论研究上仍有两种观点：一种观点认为，法兰间隙对壳内爆炸生成物（火焰）有熄火作用，火焰在狭窄的法兰间隙中自动熄灭，因此法兰间隙有隔爆作用；另一种观点则认为，法兰间隙不仅能熄灭壳内火焰而且还能降低壳内爆炸生成物的温度，而这些生成物

29、是有传爆危险的，所以法兰间隙能起到隔爆作用。总之，理论的研究和实践都证明了利用隔爆外壳的法兰间隙能起到隔爆作用。既然法兰间隙能起隔爆作用，那么间隙的大小与隔爆作用的大小又存在什么关系呢？研究证明：法兰间隙越大，穿过间隙的爆炸产生物能量就越多，传爆性就越强，隔爆性能就越差。相反，法兰间隙越小，传爆性就越弱，隔爆性能就越好。法兰隔爆面的长度也和法兰间隙的隔爆性紧密相关。隔爆面越长，传爆的可能性就愈小；隔爆面越短，传爆的可能性就越大。为了能使隔爆外壳具有最佳隔爆性，人们对外壳法兰间隙的大小与隔爆性能进行了试验研究，试验得出：最大不传爆间隙就是最大试验安全间隙，不同的爆炸性混合物的最大试验安全间隙不同

30、（当法兰间隙的长度为%$&）。既然法兰最大安全间隙对隔爆有如此重要的作用，那么影响最大安全间隙又有哪些因素呢？研究证明，影响最大试验安全间隙的因素有：!爆炸性混合物的浓度；隔爆法兰的长度及其表面加工粗糙度；#隔爆外壳的容积；$爆炸混合物的初始压力、温度和湿度；%点火源到隔爆间隙内缘的距离；&爆炸性混合物的流动状态等诸多因素。下面逐一研究这些因素对最大安全间隙影响的程度。%$#第八篇现代煤矿电气防爆技术图!#$隔爆结合面间隙结构%&$#第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理!爆炸性混合物浓度的影响。最大安全间隙试验时使用的爆炸性混合物的浓度是最危险的浓度，当这种爆炸性混合物浓度高于或低于最危险浓度时

31、（最大安全间隙试验中所采用的浓度），都会使试验安全间隙增大。爆炸性混合物浓度对最大试验安全间隙的影响是非线性关系变化的。#隔爆法兰长度的影响。法兰长度下降，安全间隙下降，法兰长度上升，试验安昼间隙增大。当法兰长度从零增加到!$%时，试验安全间隙增长很快。但当法兰长度再度增大时，试验安全间隙只能增大到这种爆炸性混合物的熄火距离。如果再增大法兰面的间隙，爆炸性混合物的爆炸生成物将穿过间隙向壳外周围传播，那么外壳也就失去了隔爆作用。&隔爆外壳法兰表面加工粗糙度的影响。法兰表面加工粗糙度只要不影响间隙的宽度，即只要保持法兰表面平整，不会造成间隙宽度畸形，法兰表面略粗糙一些，对隔爆性能没有大的影响。一般

32、认为，隔爆面加工粗糙度达到&#就能满足要求，但不能低于&#。在保证隔爆面平整的前提下，加工表面略粗糙些，将会降低隔爆壳内爆炸性产物在穿过隔爆间隙时的速度，这对法兰间隙的隔爆作用是有利的，但不能过分粗糙，否则将引起安全间隙下降。隔爆外壳的容积对最大试验安全间隙的影响。在壳内点火源位置一定的前提下，隔爆外壳容积的改变对最大试验安全间隙影响是不大的。$爆炸性混合物的压力和温度对最大安全间隙的影响。爆炸性混合物压力提高，最大试验安全间隙将下降；爆炸性混合物温度的提高更易爆炸，将会使试验安全间隙下降。(爆炸性混合物湿度的影响。随着爆炸性混合物湿度的提高，间隙的传爆的可能性减小，最大试验安全间隙将随之增大

33、。)隔爆外壳内点火源位置对试验安全间隙的影响。对于快速反应的爆炸性混合物，壳内点火源位置对试验安全间隙的影响不大。但对于反应缓慢的爆炸混合物，点火源对最大试验安全间隙有较大影响。点火源位置偏离中心，最大试验安全间隙将随之增大。三、技术要求隔爆型电气设备的技术要求如下：!隔爆接合面结构参数应符合表*+!+*、表*+!+,、表*+!+!-和表*+!+!的要求。-$!第八篇现代煤矿电气防爆技术表!#!类隔爆结合面结构参数接合面型式!（$）!#（$）（$）外壳容积#（%）#!&#&#(#平面、止口或圆筒结构)&#*+*+&,&)&!&-&#+&.&,&+&,&+&)&带有右列轴承的电动和圆筒结构)&#

34、*+*+&,&,&+&)&,&+&)&!&表!#-/隔爆结合面结构参数接合面型式!（$）!#（$）（$）外壳容积#（%）#!&#&#(#!*&*&(#平面、止口或圆筒结构)&#*+*+&,&)&!&-&#+&.&.&,&.&,&+&*&,&+&带有滚动轴承的圆筒结构滑动轴承)&#*+*+&,&.&.+&,&+&.&,&+&*&,&+&滚动轴承)&#*+*+&,&,+&+&)&0+&,+&)&0+&.&)&0+*在平面对平面的隔爆结构中，当法兰长度确定后，法兰厚度的设计选择要保证在爆炸压力的作用下，法兰的变形程度不能影响隔爆间隙的大小。.在加工法兰时，对法兰的隔爆面有严格的技术要求。对于圆筒面对

35、圆筒面的隔爆+&+#第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理结构，在设计和制造时，要保证其同心度，避免发生单边间隙过大或过小的现象。对于圆筒形活动隔爆结构要避免发生摩擦现象。!为了确保隔爆面间隙宽度，隔爆面的防腐蚀措施也是十分重要的。一般采用磷化、电镀、涂防锈油等方法，但绝对不能涂油漆，因为油漆的漆膜在高温作用下分解，将会使隔爆间隙宽度变大，影响隔爆性能。表#$%$%&!隔爆结合面结构参数接合面型式!（(）!%（(）（(）外壳容积#（)）#!&*%&%+#!,&,&+#平面、止口或圆筒结构*&%,-,-&!&*&#&.&%-&,&,&,&,&,&,-&%-&,&,-带有右列轴承的电动机圆筒结构滑轴承

36、*&%,-,-&!&,&,-&/&!&,&,-&/&,&,-滚动轴承*&%,-,-&!&/&!&!-&*&/&!&!-&,&/&!&表#$%$%!0（不包括乙炔）隔爆结合面结构参数接合面型式!（(）!%（(）（(）外壳容积#（)）#!&%&%+#!,&,&+#平面、止口或圆筒结构*&%,-,-&*&#&.&%&%-&%-&%&%&%&滚动轴承*&%,-,-&%-&,&,-&%-&,&,&-对于隔爆接合面所用的紧固件也必须有防锈和防松的措施。只有外壳零件紧固后，才能构成一个完整的隔爆外壳，起到隔爆作用。采用螺纹隔爆结构要符合表#$%$*&-%第八篇现代煤矿电气防爆技术!规定。表#$!$!螺纹隔爆

37、结构螺纹的最少啮合扣数、深度外壳净容积!（%）最小拧入深度（&）最少啮合扣数!、()!*+!*+!,!+*+*,!-+*.+*!+-/为试验安全扣数的 倍，但不少于/扣隔爆型电气设备主要包括壳体与盖，但还有一些附属其壳上的部件，主要有电缆及导线的引入装置、接线盒、透明件、衬垫等。!+接线盒隔爆型电气设备的电缆和导线的引入装置包括直接引入和间接引入两种。对于符合下述条件的电气设备可采用直接引入装置：（!）正常运行时设备不产生火花、电弧和危险温度；（）0 类电气设备，功率不大于-*1，电流不大于-；类电气设备功率不大于!21。间接引入装置是指电缆或导线通过接线盒或插销与电气设备进行连接。对于不能使

38、用直接引入装置的电气设备必须采用间接引入装置，这样才能保证在膈爆外壳内部发生爆炸时，不会发生由于引入装置的不可靠而造成传爆事故。无论采用何种方式的引入装置，都必须符合有关的规定，确保隔爆型电气设备的防爆性能。接线盒是电气设备间接引入的中间环节。隔爆型电气设备的接线盒可采用隔爆型、增安型或其他防爆型式。无论何种型式的接线盒，都应符合本章第一节通用要求中对接线盒的有关要求。接线盒的空腔与主腔之间要采用隔爆或胶封结构，对于类电气设备可采用密封结构。接线盒内的电气间隙和爬电距离应符合本章第一节的表#$!$3 中规定的数值。+透明件透明件主要是指照明灯具的透明罩、仪器窗口和指示灯罩，它们是隔爆外壳的一部

39、分。因此这些透明件必须能承受隔爆型电气设备使用环境的爆炸性混合物爆炸时产生的爆炸压力和温度的作用和使用环境中外界因素的影响，包括机械、化学、热能的作用。因此透明件一般采用玻璃和钢化玻璃制成。透明件必须能承受国家规定的机械冲击和热冲击试验。灯具透明件与外壳之间可以直接胶封。观察窗透明件可采用密封结构，此时密封垫既有密封作用又有隔爆作用，密封垫厚度不小于&。为保证密封的可靠性，密封垫一般采用硅橡胶或氟橡胶等离火能自动熄灭的材料制成。4*-!第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理!衬垫隔爆外壳上有些零件是用塑料玻璃等脆性材料制成的。为了使这些零件与金属零件能够安全接合，实现防潮和防尘的要求，常常需要使用

40、衬垫。衬垫的使用有两种情况：一种是用在设备维修中需要打开的外壳部件上，此时衬垫仅起密封作用，而不能作隔爆措施。因为维修中需要打开的部件其衬垫容易丢失。一旦丢失，整个隔爆结构就被破坏了。但观察窗内密封衬垫则例外，它既有密封作用，又有隔爆作用。第二种是衬垫用在设备维修中不经常打开的部件上，此时衬垫可作隔爆措施，但衬垫必须符合以下#点要求：!衬垫必须采用具有一定强度的金属或金属包覆的不燃性材料制成；衬垫的厚度不能小于$%；#当外壳净容积不大于&(时，衬垫宽度不得小于)%，当外壳容积大于&(时，衬垫宽度不得小于*%；$衬垫安装后要保证不脱落，并在外壳产生爆炸压力时也不会被挤出外壳。#通气与排液装置通气

41、与排液装置也是隔爆外壳的一部分。通气排液装置是隔爆外壳内的电气设备或元件在正常运行或停机泄压时向壳外环境通气或排液的重要装置。通气、排液装置要与外壳可靠连接，并要保证良好的隔爆和耐爆性能。由于煤矿井下空气中粉尘多、湿度大、含有腐蚀性气体，因此通气、排液装置要用防腐蚀金属材料制成，并要有防尘措施，以防止通气孔或排液孔被堵塞，失去通气和排液功能。第三节本质安全型电气设备一、防爆原理本质安全型电气设备的防爆原理是：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

42、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（以下简称本安型）。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、电弧和热能都不能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，*&+第八篇现代煤矿电气防爆技术简化设备的结构。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、制造维修方便等优点，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!#左右，因而使用

43、范围受到了限制。目前本安型电气设备主要用于通讯、信号和控制系统，以及仪器、仪表等。本质安全型电气设备分为单一式和复合式两种型式。单一式本安型电气设备是指电气设备的全部电路都是由本质安全电路组成的，如携带式仪表多为单一式。复合式本质安全型电气设备是指电气设备的部分电路是本质安全电路，另一部分是非本安电路，如调度电话系统。本安型电气设备同其他型式的防爆电气设备一样，由于使用环境不同分为!类和类两种类型设备。类设备根据最小点燃电流比的不同分为$、%、&三级，见表 ()(!规定；按其最高表面温度的不同分为六组，见表 ()(*规定。本安型电气设备根据安全程度的不同分为!+和!,两个等级。-+等级是指电路

44、在正常工作、一个或二个故障时，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!；一个故障时，安全系数为).；两个故障时，安全系数为)。-,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!；一个故障时，安全系数为).。从上面安全等级划分标准中可以看出，-+等级的本质安全型电气设备的安全程度高于!,等级。从技术要求上看，-+等级的本质安全型电气设备比!,等级的本质安全型电气设备要更高更严。本质安全型电气设备的标志为“-”。本质安全电路是设计制造本质安全型电气设备的关键所在。所谓本质安全电路是指在电路设计时通过合理地选择电气参数，使电路在规定

45、的试验条件下，无论是正常工作或是在规定的故障状态下产生的电火花和热效应都不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。上述“规定的试验条件”是指在考虑了各种最不利因素（这包括一定的安全系数、试验介质的浓度等）的试验条件，“电火花”是指电路中触点动作火花（包括按钮、开关、接触器接点、各种控制接点等所产生的火花），以及电路短路、断路或接地时所产生的电火花，也包括静电和摩擦产生的火花，“热效应”是指电气元件、导线过热形成的表面温度及热能量和电热体的表面温度及热能量，“正常工作”是指本质安全型电气设备在设计规定的条件下工作，“规定的故障状态”是指除“可靠元件或组件”外，所有与本质安全性能有关的电气元件损坏或电路连

46、接发生的故障，诸如电气元件短接、晶体管或电容击穿、线圈匝简短路等均为规定的故障状态。“可靠元件或组件”是指在使用、存储和运输期间不会/0)第一章煤矿电气防爆设备及其防爆原理出现影响本质安全电路安全性能的故障的元件或组件。二、火花放电本安型电路无论是在正常工作状态下，还是在规定的故障状态下，所产生的电火花和热效应都不能点燃规定的爆炸性混合物。这里所指的电火花是广义的，它包括电路中两个电极间的放电火花，也包括电路切换时产生的电弧，以下统称电路的放电火花。电路的放电火花，是电气设备在实际运行中由于开关触点的开闭和电路绝缘损坏形成短路而产生的。而电路绝缘损坏形成短路所产生的电火花相当于开关触点闭合时所

47、产生的电火花。所以在研究本安电路的电火花时，只需研究开关触点开闭时的放电火花就行了，放电火花的能量大小是研究本安型电路的核心。放电火花是电源能量和电路中储能元件的储存能量向通断的电极间隙放电的现象（释放能量），是电路的电子流和电极间气体电离的离子流形成的导电带。放电火花含有熔融的金属粒子和蒸气（即液态金属桥），在极高的电流密度作用下产生高温和大量的热能。当这种能量超过了周围爆炸性混合物的最小点燃能量时就会引起爆炸。通常认为电路放电有三种型式：火花放电、弧光放电和辉光放电。火花放电的特点是低电压大电流放电，如本安电路中的电容放电、化学电源放电均属于火花放电。弧光放电为高压击穿时产生的放电，它可以

48、产生持续电弧，电流密度大、能量集中、点燃周围环境中爆炸性混合物的能力强，电感电路能产生弧光放电。辉光放电是在高电压小电流的条件下发生的，通常认为电压在!#$%以上才能发生辉光放电。辉光放电的特点是能量不集中，散失大，点燃周围环境中爆炸性混合物的能力差。不同性质的电路（电阻性、电感性、电容性）及电路的开关状态（接通、断开、通断速度）将对电火花的形成和特点产生不同的影响。&电阻电路的火花放电电阻电路没有储能元件，是最简单最基本的电路。电阻电路通断时所产生的电火花的能量来源于电源，放电过程比较简单。电阻电路的火花放电电路如图()&)*所示。当电路断开时，电极间接触面急剧减小，接触部位间的电流密度又急

49、剧增加，可高达&$#&+,-.!而电极间电压逐渐增大。在电压和电流的作用下，电极迅速熔化形成金属桥。而后产生的金属蒸气破坏了金属熔桥，电极间电阻变大，电极间电压随之上升，当电压高于起弧电压时就会产生电弧放电。当电路的电感大于!/时就会产生起弧电压。通过以上分析可以看出，电阻电路的火花放电是在一定的电流和电压作用下才能发生的。只有在火花放电功率相当大的情况下，放出适当大小的能量，才有可能点燃爆炸性&0&第八篇现代煤矿电气防爆技术混合物。如果火花功率相当小，即使火花放电时间长，也是不会点燃爆炸性混合物的。同其他性质的电路相比，电阻电路的放电火花的能量是比较小的。图!#$电阻电路火花放电电路开关通断

50、速度对电火花能量的大小也有影响。研究表明：火花放电能量与电源电压、电路电流、火花放电持续时间三因素乘积成正比。因此，开断电气参数一定的电路（电源电压和电路电流一定），其火花放电的能量却是不一定的，而是随着火花放电持续时间和放电波形而变化的，持续时间越长，火花放电能量就越大。所以，对于电阻电路的断开时产生的火花，慢速度断开比快速断开更危险。电阻电路闭合时火花放电与断开时火花放电在现象和效果上是一样的。%&电感电路的火花放电电感电路是由电感和电阻组成的电路，其火花放电电路如图!#所示。电路中的电感元件是储能元件，它可以把电路的能量以磁能的形式储存起来，当电路发生通断变化时，又能释放能量。电感电路的