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防爆电器

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  防爆电器,顾名思义就是在含有爆炸性危险气体混合物的场合中能够防止爆炸事故发生的电器。我国的防爆电器基本上分为两大类:一类称之为矿用防爆电器,主要应用于煤矿、矿山具有瓦斯等爆炸性气体突出的场所,另一类称之为工厂用防爆电器,主要应用于除矿山、煤矿之外的所有场所。如:石油、化工、轻纺,医药、军工等企业,其中包括气体防爆和粉尘防爆电器。

  防爆电器主要分为:防爆灯具、防爆电器、防爆管件 、防爆防腐电器、粉尘防爆电器、不锈钢防爆电器。

  通常来说,防爆电器是指存在有爆炸危险性气体和蒸气的场所采用的一类电气设备。化工生产经常遇到各种有爆炸危险性的气体和蒸气,在有这些介质的地方,按照有关规范、标准和规定,正确选用合适的防爆电器,是保证安全生产、防止爆炸和火灾发生的重要措施。按类型分为隔爆型增安型本质安全型正压型、充油型、充砂型、无火花型、特殊型。主要品种有防爆转换开关及刀开关、防爆空气自动开关、工厂用防爆磁力起动器、防爆控制按钮防爆操作柱防爆行程开关防爆插销防爆接线箱防爆接线盒、防爆管件及密封材料、防爆电磁铁及防爆电磁阀等

  主要包括用于控制照明系统的照明配电箱和用于控制动力系统的动力箱。这类产品大部分结构为组合式,最多可控制12个回路,其外壳大部分是以铸造铝合金材料制作的,也有一部分为钢板焊接的,还有很少一部分为绝缘材料外壳。其内部主要由断路器、接触器、热继电器转换开关、信号灯、按钮等元件构成,制造厂还可根据用户需要而选择配备。防爆等级最高可达ⅡCT6级。顺便指出,防爆自动开关、防爆刀开关以及熔断器在一些控制场合也常用作控制动力或照明配电系统的线路分合之用,只是变成一个单件而已。因此这些产品也划归到这类产品中来。

  此类产品包括手动起动器、电磁起动器、可逆电磁起动器、自耦减压起动器、Y―Δ变换降压起动器和馈电开关等产品。防爆起动器类产品作为终端控制设备,一般是一台起动器控制一台电动机,属于量大面广类产品。其外壳壳体通常由铸造铝合金或钢板制成。其内部一般由接触器(空气式或真空式)、电动机保护系统、信号灯、按钮和自耦变压OS等元件组成,而且一般都具有就地控制、远距离控制和自动控制功能。也有的产品中安装有断路器作总开关,使产品更加完善。

  这类产品市场需求量相对来说也很大,所以生产厂家也比较多,主要包括照明开关、转换开关(组合开关)、行程开关、拉线开关等小型防爆产品。这些产品的防爆等级可达ⅡCT6级别,其防爆外壳壳体通常是采用而成的复合型结构,也有少数制造厂采用其它材质外壳。这类产品的特点是体积小,内部元件单一、技术含量较低、结构简单、制作容易。

  主令电器是用作闭合或断开控制电路,以发出命令或程序控制的开关电器。这类防爆电器主要包括控制按钮和操作柱。防爆控制按钮外壳一般用聚碳酸酯,玻璃纤维增强不饱合聚酯树脂ABS塑料注塑来制造,也有少量是用成形的。一般结构为增安型外壳,内装隔爆型元件,而且可以实现防腐功能,防爆等级可达ⅡC级。操作柱主要由主箱、接线箱和支柱组成。其主箱和接线箱有的制成一体,有的制成分体,各有特点。其材质基本上是用铸造铝合金材料制造。内部由各种仪表、转换开关、按钮和信号灯等元件组成。可以根据不同需要进行组合

  电气设备在使用中须经电线或电缆与供电网络连接起来,形成系统来完成其使用功能。但其连接导线或电缆不可能无限长,而且在连接过程中有很多地方需要串联、并联进行导线分接。这就势必造成接头部分外滤,容易引发事故。防爆接线箱类产品就是为解决这类问题而生产的产品,以求进一步保证安全生产。这类产品包括接线箱、接线盒、穿线盒、吊线盒、分线盒等产品,其外壳主要由铸造铝合金制造。根据需要设有很多进线和出线引入装置,箱内装有接线端子,用来进行连接或分接之用。这类产品大部分制成隔爆型增安型,体积有大有小,差异较大,防爆等级可达ⅡC级。

  任何一个工作场所和环境都必须采取照明措施,含有各种爆炸性气体的场所也不例外。由于其使用场所很多,遍布各个生产角落,因而使得防爆灯具类产品大批量生产。这类产品品种多、规格全,但大致可分为照明用、标志用、信号用、手提用等几种形式,从光源种类可分为白炽灯、自镇汞灯高压纳灯金卤灯镝灯荧光灯,从结构上分更加繁多,大致上有吊式、挂式、墙壁安装式、吸顶式、手提式、悬臂式等。从安装角度来说,防爆灯具类可以从30°~90°内都能实现。从功率来说,可以从几十瓦到几百瓦。安装高度从地面开始到几米高。可以说,防爆灯具是所有防爆电气产品中产量最大,使用最多的产品。而且,由于其特定功能,造成了损耗大、更换量大的局面。这类产品的结构形状各异,变化很多,但从防爆性能方面来分,基本上是隔爆型为主,外壳材质以铸造铝合金为多,基本上可以满足用户在ⅡC级以下场所的各种照明和显示功能的需要。

  防爆连接件主要功能是进行电缆连接和电缆分支之用。其主要产品为防爆插销和防爆电源插座箱。额

  定电压为220V~380V,额定工作电流最大可达100A,品种有两极、三极加中性线和接地线结构,产品外壳有金属和塑料材质制成,防爆等级可达ⅡC级。其内部主要由接插件组成,有的产品加装有带断点的开关,这个开关与接插件之间均具有连锁功能,即先断开开关后拔插,先插入插头后关合。不带开关的产品也具有先断开主回路后断开接地线,先插入接地线后插入主回路之功能。这都是为保证安全状态下操作。这类产品大部分是用手直接操作,所以对其绝缘性能要求一般较高,切不可忽视。

  此类产品主要包括防爆吊扇防爆排风扇防爆轴流风机等产品,其结构由防爆电机防爆接线盒和防爆调速控制器及叶片组成。其额定工作电压一般至380V,防爆等级可达ⅡBT4级。

  石化企业在生产过程中经常需要一些加热设备和电气取暖设备,因此这类产品的防爆问题也是十分重要的。主要产品有防爆电暖器防爆加热器。由于防爆控制变压器和防爆镇流器等产品尽管主要功能不是获取热能,但其在运行中也会发热,也应引起极大重视,所以全部划入此类产品中。当然,也会出现很多用高科技材料制成的电热设备,但其防爆问题仍不能忽视。防爆发热设备主要元件为绕组、控制器和接线盒等元件组成,而且往往具有对温度进行控制或监视的保护功能。此类产品基本上为隔爆型防爆等级为ⅡBT4级

  在某些生产场合,往往需要一些灯光和声响来提示人们的行动,在含有爆炸性危险气体的环境中,这类电器就显得更加重要。其主要产品有防爆指示灯、防爆电钤、防爆电笛、防爆峰鸣器等产品,结构通常为隔爆型,用铸造铝合金制造,防爆等级可达ⅡCT6级。其工作电压可分为直36~220V,交流可达380V。防爆接线盒和防爆壳体是其主要结构件。

  这类产品主要有防爆电磁铁、防爆电磁阀、防爆电磁驱动器等产品。其工作原理是在电磁场作用下,通过产生的电磁力来推动机械设备工作,一般作制动用。结构大部分为隔爆型,用铸钢或铸铁制造,防爆等级为ⅡBT6级。其主要技术参数一般为推力或吸力(以kg计算)和通电持续率,切不可长期通电,否则容易过热造成危险。

  在复杂的生产过程中往往会遇到许多的特殊要求,对此需制造出特殊的防爆电器产品。由于此类产品产量少,要求特殊,属非标准类产品,因此将其归纳为防爆其它类。主要有电工仪表、温度变送器、压力变送器、速度变送器、液位计、定量控制仪、点火装置、摄像机等产品。这些产品基本上是以生产需要而制造的,尽管其性能要求各不相同,但大部分产品为金属制作的外壳,其型式为隔爆型或增安型结构,也有很少一部分产品为本质安全型产品,其工作电压和工作电流一般都比较低,防爆等级为ⅡCT6级。

  以上将工厂用防爆电器产品大致分为十二大类,以求得对这些产品有一个比较清晰的理性认识。上述分类可能有遗漏或不全面的地方。

  应当指出的是:还有一些产品,如变径接头、密封接头、管接头活接头挠性连接管等产品,很多制造厂将它们也列为防爆产品,这是一个错误认识。这些产品只能称之为防爆电器产品的辅助件。因此,这里的产品分类没有包括这些产品。

  根据在实际生活中的需要,在民用上也需要一些防爆产品,这类产品比较杂,所以归一为民用防爆产品,主要有防爆三轮车,防爆电钻等。这类产品要求技术比较高。也是防爆行业的一个新起点,和新方向

  便携式、本质安全型仪器仪表的外壳有时采用塑料外壳,有时采用金属外壳。当选用塑料外壳时,为保证塑料外壳正常工作时不积聚危险静电,其表面电阻不得超过 1×10

  正常运行产生火花、电弧或危险温度的电气设备、功率大于250W或电流大于5 A的Ⅰ类电气设备,均须采用接线盒与设备主体进行电气连接接线盒就是专供电缆或导线与电气设备进行连接的部件。Ⅰ类隔爆型电气设备广泛使用的是隔爆型接线。盒接线盒内壁应涂耐弧漆,接线盒及主体腔上的隔爆接合面应做防锈处理,如涂防锈油等。

  另外,对于防爆电器,要在其外壳的明显处有永久性的 Ex 防爆总标志及 MA 安全标志。

  针对某些地方煤矿井下存在的电机违章操作现象,我们研制了QF40 型小型防爆起动器,其额定电压380V,额定电流40A。外壳设计分为主体腔与接线 mm 厚钢板。隔爆接合面的尺寸及加工精度符合GB3836.2 规定。外壳外形尺寸为 437 mm×308 mm,外壳防护等级为 IP54。在外壳的正前方设有铭牌,铭牌右上角设有 Ex 标志,防爆标志dⅠ(150℃), 此外,铭牌上还标有名称、型号、额定电压、额定电流防爆合格证编号、安全标志、出厂编号、制造日期等。

  首先,电路的设计要完成电器的电气功能,保证电气原理的正确性。其次,防爆电器的电气间隙爬电距离、绝缘参数必须符合GB3836的规定要求。例如,研制 QF40 型防爆起动器时,将接线柱的爬电距离设计为不小于16 mm,电气间隙不小于10 mm。隔爆腔内电器元件及装配布置爬电距离不小于16 mm,电气间隙不小于10 mm。隔爆接线腔内设有内接地螺栓。外壳设有外接地螺栓。

  研制的本质安全型钢弦频率计在正常工作和故障状态下的最大工作电流和电压均不大于所设计的最大允许电流:它的爬电距离为3 mm,绝缘涂层下的爬电距离为1mm,电气间隙为3 mm。

  本质安全型便携式电气设备最常用的独立电源是干电池和蓄电池。干电池和蓄电池电源都属于电阻性电路,可按电阻性电路最小点燃电流曲线确定电源安全参数。按电池最高电压查出相应最小点燃电流,再除以安全系数值(为2), 即为该电池的设计允许最大安全电流。电池最严重的放电状态是电池直接短路。因此,应以电池的最大短路电流作为衡量电源本质安全性能的基准。若电池最大短路电流大于设计允许值,必须串加限流电阻。并且,电池或蓄电池与限流电阻胶封为一体,构成本质安全型组件。胶封材料有环氧树脂、硅橡胶、工业石蜡等。

  例如,我们在设计钢弦频率计时特制的本安电池组,由4节5#充电电池串接而成,并串入一个用康铜丝自制的限流电阻,其功率为5.2 W 。并用环氧树脂胶液充满电池盒整个空间,灌封牢固。

  煤矿井下实际应用的本质安全型电气设备,还有许多采用从动力电网引入经整流供电电源。由于输入电路与动力电网关联,所以,要设计成隔爆兼本质安全型。

  对于隔爆型电器的电源,是在上级断电时,在隔爆接线盒内接线,完成电器电源的连通工作。

  Ⅱ类电气设备,按其适用于爆炸性最小点燃电流比,分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三类;并按其最高表面温度分为T1~T6六组。

  具有能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力,并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播的电气设备外壳的电气设备,其标志为“d”。

  在正常运行条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温,结构上采取措施提高安全裕度,以避免在正常和认可的过载条件下出现电弧、火花或高湿电气设备,其标志为“e”。

  4、防爆原理电气设备引燃可燃性气体混合物有两方面原因:一个是电气设备产生的火花、电弧、另一个是电气设备表面(即与可燃性气体混合物相接触的表面)发热。对于设备在正常运行时能产生电弧、火花的部件放在隔爆外壳内,或采取浇封型、充砂型、充油型或正压型等其他防爆型式就可达到防爆目的。而对于增安型电气设备是对在正常运行时不会产生电弧、火花和危险高温的设备,如果在其结构上再采取一些保护措施,尽力使设备在正常运行或认可的过载条件下不会发生电弧、火花和过热现象,就可进一步提高设备的安全性和可靠性。因此这种设备在正常运行时就没有引燃源,而可用于爆炸危险环境。

  如电气设备采用一种以上的复合型式,则先标出主体防爆型式,后标出其它防爆型式,如主体采用增安型内装ⅡC类隔爆部件,温度组别为T4,标志为ExedⅡCT4。

  不同的国家和地区,按各自的标准划分爆炸危险区域。我国根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间,将爆炸性气体环境分为O区、1区和2区。(与IEC国际电工委员会一致)

  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。

  0区一般只存在于密封的容器,贮罐等内部气体空间,在实际设计过程中1区也很少存在,大多数情况属于2区。

  3、Ⅱ类电气设备,按其适用于爆炸性最小点燃电流比,分为ⅡA,ⅡB,ⅡC三类;并按其最高表面温度分为T1-T6六组。

  5、爆炸性气体混合物,按其最大试验安全间隙(MESG)或最小点燃电流比(MICR)分级。

  性质:在规定试验条件下,气体、蒸气爆炸性混合物的最小点燃电流与甲烷爆炸性混合物的最小点燃电流之比。中国规定气体、蒸气危险物质按最小点燃电流比分为ⅡA级,ⅡB级和ⅡC级。最小点燃电流比≤1.0,0.8的为ⅡA级;≤0.8,0.45的为ⅡB级;≤0.45的为ⅡC级。例如,乙烷、乙烯、乙炔分别为ⅡA级,ⅡB级,ⅡC级危险物质

  王尽余 潘妙琼 钟梅. 防爆电器手册[M]. 化学工业出版社, 2009.

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