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有關于電子儀器儀表類產品防爆常識

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     一、 防爆電氣設備的防爆型式
      
      1.爆炸性混合物產生爆炸的條件
      爆炸是指物質從一種狀態,經過物理變化或化學變化,突然變成另一種狀態并放出巨大的能 量,而產生的光和熱或機械功。在此僅談及爆炸性混合物的爆炸,即所有的可燃性氣體、蒸 氣及粉塵與空氣所形成的爆炸性混合物的爆炸。這類爆炸需要同時具備三個條件才可能發生 :第一,必須存在爆炸性物質或可燃性物質;第二,要有助燃性物質,主要是空氣中的氧氣 ;第三,就是還要存在引燃源(如火花、電弧和危險溫度等),它提供點燃混合物所必需的能 量。只有這三個條件同時存在,才有發生爆炸的可能性,其中任何一個條件不具備,就不會 產生燃燒和爆炸。因此,采取適當的措施,使三個條件不同時具備即可達到防止爆炸的目的 。由于爆炸性混合物普遍存在于煤炭、石油、化工、紡織、糧食加工等行業的生產、加工、 儲運等場所,如發生爆炸則危害極大。于是,人們采取了多種防爆技術方法,防止爆炸危險 性環境形成及其爆炸。
      2.基本防爆型式
      (1) 隔爆型“d”
      隔爆型防爆型式是把設備可能點燃爆炸性氣體混合物的部件全部封閉在一個外殼內,其外殼 能夠承受通過外殼任何接合面或結構間隙,滲透到外殼內部的可燃性混合物在內部爆炸而不 損壞,并且不會引起外部由一種、多種氣體或蒸氣形成的爆炸性環境的點燃(參見GB 3836 2標準)。
      把可能產生火花、電弧和危險溫度的零部件均放入隔爆外殼內,隔爆外殼使設備內部空間與 周圍的環境隔開。隔爆外殼存在間隙,因電氣設備呼吸作用和氣體滲透作用,使內部可能存 在爆炸性氣體混合物,當其發生爆炸時,外殼可以承受產生的爆炸壓力而不損壞,同時外殼 結 構間隙可冷卻火焰、降低火焰傳播速度或終止加速鏈,使火焰或危險的火焰生成物不能穿越 隔爆間隙點燃外部爆炸性環境,從而達到隔爆目的。
      隔爆型“d”按其允許使用爆炸性氣體環境的種類分為I類和IIA、IIB、IIC類。
      該防爆型式設備適用于1、2區場所。
      (2) 增安型“e”
      增安型防爆型式是一種對在正常運行條件下不會產生電弧、火花的電氣設備采取一些附加措 施以提高其安全程度,防止其內部和外部部件可能出現危險溫度、電弧和火花的可能性的防 爆型式。它不包括在正常運行情況下產生火花或電弧的設備(參見GB 38363標準)。
      在正常運行時不會產生火花、電弧和危險溫度的電氣設備結構上,通過采取措施降低或控制 工作溫度、保證電氣連接的可靠性、增加絕緣效果以及提高外殼防護等級,以減少由于污 垢引起污染的可能性和潮氣進入等措施,減少出現可能引起點燃故障的可能性,提高設備 正常運行和規定故障(例如:電動機轉子堵轉)條件下的安全可靠性!糐P〗
      該類型設備主要用于2區危險場所,部分種類可以用于1區,例如具有合適保護裝置的增安型 低壓異步電動機、接線盒等。
      (3) 本質安全型“i”
      本質安全型防爆型式是在設備內部的所有電路都是由在標準規定條件(包括正常工作和規定 的故障條件)下,產生的任何電火花或任何熱效應均不能點燃規定的爆炸性氣體環境的本質 安全電路!糎TH〗“iɑ”等級電氣設備〖HT〗是正常工作和施加一個故障和任意組合的 兩個故障條件下,均不能引起點燃的本質安全型電氣設備;〖HTH〗“ib”等級電氣設備 〖HT〗是正常工作和施加一個故障條件下,不能引起點燃的本質安全型電氣設備(參見GB 38 364標準)。
      本質安全型是從限制電路中的能量入手,通過可靠的控制電路參數將潛在的火花能量降低到 可點燃規定的氣體混合物能量以下,導線及元件表面發熱溫度限制在規定的氣體混合物的點 燃溫度之下。
      該防爆型式只能應用于弱電設備中,該類型設備適用于0、1、2區(Ex。楱)或1、2區(E x。椋)。
      (4) 正壓型“p”
      電氣設備的一種防爆型式。它是一種通過保持設備外殼內部保護氣體的壓力高于周圍爆炸性 環境壓力的措施來達到安全的電氣設備(參見GB 38365標準)。
      正壓設備保護型式可利用不同方法。一種方法是在系統內部保護靜態正壓,而另一種方法是 保持持續的空氣或惰性氣體流動,以限制可燃性混合物進入外殼內部。兩種方法都需要在設 備起動前用保護氣體對外殼進行沖洗,帶走設備內部非正壓狀態時進入外殼內的可燃性氣體 ,防止在外殼內形成可燃性混合物。這些方法的要點是監測系統,并且進行定時換氣,以保 證系統的可靠性。
      該類設備按照保護方法可以用于1區或2區危險場所。
      (5) 油浸型“o”
      油浸型防爆型式是將整個設備或設備的部件浸在油內(保護液),使之不能點燃油面以上或外 殼外面的爆炸性氣體環境(參見GB 38366標準)。
      這是一個主要用于開關設備的老的防爆技術方法。形成的電弧、火花浸在油下。
      該類型設備適用于1區或2區危險場所。
      (6) 充砂型“q”
      充砂型防爆型式是一種在外殼內充填砂;蚱渌幎ㄌ匦缘姆勰┎牧,使之在規定的使用 條件下,殼內產生的電弧或高溫均不能點燃周圍爆炸性氣體環境的電氣設備保護型式(參見G B 38367標準)。
      該防爆型式將可點燃爆炸性氣體環境的導電部件固定并且完全埋入充砂材料中,從而阻止了 火花、電弧和危險溫度的傳播,使之不能點燃外部爆炸性氣體環境。通常它用于Ex“e” 或Ex“n”設備內的元件和重載牽引電池組。
      該類型設備適用于1區或2區危險場所。
      (7) “n”型防爆電氣設備
      該類型電氣設備在正常運行時,不能夠點燃周圍的爆炸性氣體環境,也不大可能發生引起點 燃的故障(參見GB 38368標準)。
      “n”型電氣設備正常運行時,即指設備在電氣和機械上符合設計規范并在制造廠規定的范 圍內使用,不可能產生火花、電弧和危險溫度。
      該類型電氣設備僅適用于2區危險場所。
      (8) 澆封型“m”
      澆封型防爆型式是將可能產生引起爆炸性混合物爆炸的火花、電弧或危險溫度部分的電氣部 件,澆封在澆封劑(復合物)中,使它不能點燃周圍爆炸性混合物(參見GB 38369標準)。
      采用澆封措施,可防止電氣元件短路、固化電氣絕緣,避免了電路上的火花以及電弧和危險 溫度等引燃源的產生,防止了爆炸性混合物的侵入,控制正常和故障狀況下的表面溫度。
      該類設備適用于1、2區危險場所。
      (9) 氣密型“h”
      該類防爆設備型式采用氣密外殼。即環境中的爆炸性氣體混合物不能進入設備外殼內部。氣 密外殼采用熔化、擠壓或膠粘的方法進行密封,這種外殼多半是不可拆卸的,以保證永久氣 密性(參見GB 383611標準)。
      該防爆措施屬于“n”型防爆措施范疇,GB 383611已被GB 38368—2003代替。
      (10) 特殊型防爆電氣設備“s”
      指國家標準未包括的防爆類型式,該型式可暫由主管部門制定暫行規定,并經指定的防爆檢 驗單位檢驗認可能夠具有防爆性能的電氣設備。
      該類設備是根據實際使用開發研制,可適用于相應的危險場所。
      (11) 可燃性粉塵環境用電設備
      粉塵防爆電氣設備是采用限制外殼最高表面溫度和采用“塵密”或“防塵”外殼來限制粉塵 進入,以防止可燃性粉塵點燃(參見GB 124761標準)。
      該類設備將帶電部件安裝在有一定防護能力的外殼中,從而限制了粉塵進入,使引燃源與粉 塵隔離來防止爆炸的產生。按設備采用外殼防塵結構的差別將設備分為A型設備或B型設備。 按設備外殼的防塵等級的高低將設備分為20、21和22級,例如DIP A20、DIP A21、DIP B20 和DIP B21等。
      該類型設備按照等級適用于20、21或22區粉塵危險場所。
      在平常實際使用中可能很容易的看到,許多防爆電氣產品在一個產品中就采用了多種防爆保 護方法。例如,照明裝置可能采用了增安型保護(外殼和接線端盒)、隔爆型保護(開關)和澆 封型保護(鎮流器)。這樣能夠使制造商采用最適用的復合防爆保護方法。有一點要注意的是 ,產品銘牌上列出采取的防爆方法的順序將往往告訴用戶產品的結構,如一個產品被標識為 Ex。洌,則極可能為隔爆型而其中帶有增安型部件。另一個產品被標識為Ex。澹, 則極可能不是隔爆型外殼(例如不銹鋼或強化聚脂玻璃),而帶有隔爆開關或部件安裝其中。 兩種產品可能均適用于1區,但他們是使用不同的防爆保護措施達到同樣的目的。用戶可根 據自己的實際需要和所了解信息,來選擇可提供在費用、性能和安全方面達到最佳平衡的防 爆型式的產品。
      二、危險場所的劃分 
      ----眾所周知,在危險場所中安全地使用爆炸性環境用電氣設備的前題條件是合理的選擇、正確 的安裝和必要的維護。合理的選擇防爆電氣設備,必然涉及到與其所在的危險場所要相適 應。因此,首先要明確什么是危險場所?它又是如何劃分的?
      危險場所就是由于存在著易燃易爆性氣體、蒸氣、液體、可燃性粉塵或者可燃性纖維而具 有引起火災或者爆炸危險的場所。典型的危險場所,如石油化工行業中爆炸性物質的生產、 加工和貯存過程中所形成的環境、煤礦井下(由于煤層中不斷滲透出的甲烷氣體而形成的工 作環境)等等。 按照GB 3836.14—2000(GB 3836.14標準等同于IEC 60079-10)要求,可用類別、區域 和組別三層概念來說明危險場所的劃分。
      ----1 爆炸性物質的分類
      標準將爆炸性物質分為III類:
      I類:礦井甲烷;II類:爆炸性氣體混合物(含蒸氣、薄霧);III類:爆炸性粉塵(纖維或飛 絮物)。
      既首先要確定環境中存在著何類爆炸性物質,然后才按氣體或粉塵的不同對危險場 所進行劃分。
      ----2 危險場所的界定
      按場所中存在物質的物態的不同,將危險場所劃分為 爆炸性氣體環境和可燃性粉塵環境 。
      按場所中危險物質存在時間的長短,將兩類不同物態下的危險場所劃分為三個區,即:對爆 炸性氣體環境,為0區、1區和2區;對可燃性粉塵環境,為20區、21區和22區。
      ----(1) 爆炸性氣體環境
      ----GB 3836.14—2000標準中規定:
      ----0區:爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的場所。
      ----1區:在正常運行時,可能出現爆炸性氣體環境的場所。
      ----2區:在正常運行時,不可能出現爆炸性氣體環境,如果出現也是偶爾發生并且僅是 短時間存在的場所。
      ----在此,“正常運行”是指正常的開車、運轉、停車,易燃物質產品的裝卸、密閉容器蓋的開 閉,安全閥、排放閥以及所有工廠設備都在其設計參數范圍內工作的狀態。
      ----(2) 可燃性粉塵環境
      ----GB 12476.1—2000標準中規定:
      ----20區:在正常運行過程中可燃性粉塵連續出現或經常出現,其數量足以形成可燃性粉塵與空 氣混合物和/或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內部。
      ----21區:在正常運行過程中,可能出現粉塵數量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20 區的場所。
      該區域包括,與充入或排放粉塵點直接相鄰的場所、出現粉塵和正常操作情況下可能產生可 燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所。
      ----22區:在異常條件下,可燃性粉塵云偶爾出現并且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾出現 堆積或可能存在粉塵層并且產生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉 塵堆積或粉塵層時,則應劃分為21區。
      對危險場所的界定,解決了危險場所劃分中爆炸性物質存在的時間問題。那么,長時間存在 或偶爾發生的時間概念又怎么界定呢?歐洲有關資料中也相應地給出了具體的規定,見表1 。
      ----表1 場所劃分
      危險物質 長期存在(大于1 000 h/年) 正常運行時存在(10-1 000 h/年) 僅在不正常時存在(少于10 h/年)
      氣體 0區 1區 2區
      ----3 爆炸性物質的分組
      ----爆炸性物質的分類,將危險物質按其物態,進行粗劃分。對同是氣體的爆炸性物質,由于其 爆炸特性差別很大,故又將爆炸性氣體進行了分組。
      ----GB 3836.1通用要求中,將爆炸性氣體按其最大實驗電壓安全間隙和最小試驗電流分為A、B 、C三組。三組的代表性氣體分別為:氫氣&乙炔、乙烯和丙烷,具體的參數見表2。
      ----表2 爆炸性氣體的分組 
      組別 代表性氣體 最大試驗安全間隙 最小點燃電流
      IIC 乙炔氫氣 <0.5mm <0.45
      IIB 乙烯 0.5~0.9 mm 0.45~0.8
      IIA 丙烷 >0.9 mm >0.8
      ----爆炸性物質的分組,可以說是基本上說明了危險場所中存在的是哪種危險物質。
      三、防爆標志
      
      防爆電氣設備按GB 3836標準要求,防爆電氣設備的防爆標志內容包括:
      防爆型式+設備類別+(氣體組別)+溫度組別
      1 防爆型式
      根據所采取的防爆措施,可把防爆電氣設備分為隔爆型、增安型、本質安全型、正壓型、
      油浸型、充砂型、澆封型、n 型、特殊型、粉塵防爆型等。它們的標識如表1所示。
      表1 防爆基本類型
      防爆型式 防爆型式標志 防爆型式 防爆型式標志
      隔爆型 Ex。 充砂型 Ex q
      增安型 Ex。 澆封型 Ex m
      正壓型 Ex。 n型 Ex n
      本安型 E x。閍Ex。椋 特殊型 Ex s
      油浸型 Ex。 粉塵防爆型 DIP ADIP B
      
      2 設備類別
      爆炸性氣體環境用電氣設備分為:
      I類:煤礦井下用電氣設備;
      II類:除煤礦外的其他爆炸性氣體環境用電氣設備。
      II類隔爆型“d”和本質安全型“i”電氣設備又分為IIA、IIB、和IIC類。
      可燃性粉塵環境用電氣設備分為:
      A型塵密設備;B型塵密設備;
      A型防塵設備;B型防塵設備。
      3 氣體組別
      爆炸性氣體混合物的傳爆能力,標志著其爆炸危險程度的高低,爆炸性混合物的傳爆能力越 大,其危險性越高。爆炸性混合物的傳爆能力可用最大試驗安全間隙表示。同時,爆炸性氣 體、液體蒸氣、薄霧被點燃的難易程度也標志著其爆炸危險程度的高低,它用最小點燃電流 比表示。II類隔爆型電氣設備或本質安全型電氣設備,按其適用于爆炸性氣體混合物的最大 試驗安全間隙或最小點燃電流比,進一步分為IIA、IIB和IIC類。
      如表2所示。
      表2 爆炸性氣體混合物的組別與最大試驗安全間隙或最小點燃電流比之間的關系
      氣體組別 最大試驗安全間隙MESG (mm) 最小點燃電流比MICR
      IIA MESG≥0.9 MICR>0.8
      IIB 0.9>MESG>0.5 0.8≥MICR≥0.45 
      IIC 0.5≥MESG 0.45>MICR
      
      4 溫度組別
      爆炸性氣體混合物的引燃溫度是能被點燃的溫度極限值。
      電氣設備按其最高表面溫度分為T1~T6組,使得對應的T1~T6組的電氣設備的最高表面溫度 不能超過對應的溫度組別的允許值。溫度組別、設備表面溫度和可燃性氣體或蒸氣的引燃溫 度之間的關系如表3所示。
      表3 溫度組別、設備表面溫度和可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度之間的關系
      溫度級別IEC/EN /GB 3836 設備的最高表面溫度T[℃] 可燃性物質的點燃溫度[ ℃]
      T1 450 T>450
      T2 300 450≥T>300 
      T3 200 300≥T>200
      T4 135 200≥T>135
      T5 100 135≥T>100
      T6 85 100≥T>8
      
      5 防爆標志舉例說明
      為了更進一步地明確防爆標志的表示方法,對氣體防爆電氣設備舉例如下:
      如電氣設備為I類隔爆型:防爆標志為ExdI
      如電氣設備為II類隔爆型,氣體組別為B組,溫度組別為T3,則防爆標志為:ExdIIBT3。
      如電氣設備為II類本質安全型ia,氣體組別為A組,溫度組別為T5,則防爆標志為:ExiaIIA T5。
      對I類特殊型:ExsI。
      對使用于礦井中除沼氣外,正常情況下還有II類氣體組別為B組,溫度組別為T3的可燃性氣 體的隔爆型電氣設備,則防爆標志為:ExdI/IIBT3。
      另外,對下列特殊情況,防爆標志內容可適當進行調整:
      (1) 如果電氣設備采用一種以上的復合型式,則應先標出主體防爆型式,后標出其他的防爆 型式。如:II類B組主體隔爆型并有增安型接線盒T4組的電動機,其防爆標志為:ExdeIIBT4 。〖JP3〗
      (2) 如果只允許使用在一種可燃性氣體或蒸氣環境中的電氣設備,其標志可用該氣體或蒸氣 的化學分子式或名稱表示,這時,可不必注明氣體的組別和溫度組別。如:II類用于氨氣環 境的隔爆型的電氣設備,其防爆標志為:ExdII(NH3)或ExdII(氨)。
      反過來,利用表2,制造廠可以按照防爆電氣產品的使用環境決定產品的溫度組別,按照溫 度組別設計電氣設備的外殼表面溫度或內部溫度。防爆電氣設備的用戶可以根據場所中可能 出現的爆炸性氣體或蒸氣的種類,方便地選用防爆電氣產品的溫度組別。例如,已知環境中 存 在異丁烷(引燃溫度460 ℃),則可選擇T1組別的防爆電氣產品;如果環境中存在丁烷和乙醚 (引燃溫度160 ℃),則須選擇T4組的防爆電氣產品。
      對于粉塵防爆電氣設備:
      如可用于21區的A型設備,最高表面溫度TA為170 ℃,其防爆標志為:DIP A21 TA170 ℃ 或者DIP A21TA,T3;
      如可用于21區的B型設備,最高表面溫度TB為200  ℃,其防爆標志為:DIP B21 TB200 ℃ 或者DIP B21TB,T3
      6 設置標志的要求
      (1) 應在電氣設備主體部分的明顯地方設置標志;
      (2) 標志必須考慮到在可能存在的化學腐蝕下,仍然清晰和耐久。如標志Ex、防爆型 式、類別、溫度組別可用凸紋或凹紋標在外殼的明顯處,
      標志牌的材質應采用耐化學腐蝕的材料,如青銅、黃銅或不銹鋼。
      7 國際上常用的防爆電氣設備標志舉例
      表4
      國際電工委員會(IEC)Ex d [ia] IIC T5其中:Ex — 防爆d — 保護方式(隔爆型)[ia] — 本安輸出關聯設備II — 設備類別C — 氣體組別T5 — 溫度組別〖〗 CENELEC(歐洲電工委員會)EEx d [ia] IIC T5其中:EEx — 歐洲標志d — 保護方式(隔爆型)[ia] — 本安輸出關聯設備II — 設備類別C — 氣體組別T5 — 溫度組別
      US (NEC 505)(美國)* Class I, Zone 1, A Ex d [ia] IIC T5 其中:Class I — 允許的類別Zone 1 — 允許使用的場所A — 美國國家標準Ex — 防爆d — 保護方式(防爆型)[ia] — 本安II — 設備類別C — 氣體組別T5 — 溫度組別 US(NEC。担埃埃(美國)Explosionproof。鳎椋簦琛。桑樱。希酰簦穑酰簦,Clɑss。 ,Division。,Group。,B,C,D,T5其中:Explosionproofwith。桑樱。希酰簦穑酰簦 — 防護方式(除IS之外,可選擇)Clɑss。 — 允許的類別Division。 — 允許的等級(除2級外,可選擇)Groups。,B,C,D — 允許的氣體組別T5 — 溫度組別
      
      * NEC為美國電氣規程,1996年,美國電氣規程中增加了第505章,旨在與國際普遍采用的I EC標準體系的危險場所劃分方法協調一致。NEC 500表示為適合于北美危險場所劃分體系 。 
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