防爆電氣設(shè)備的原理與管理
采用一定的安全技術(shù)措施,能在易爆危險(xiǎn)場(chǎng)所安全地發(fā)揮供電、用電、通信、檢測(cè)和控制功能的各類電氣設(shè)備,通稱為防爆電氣設(shè)備。
一、對(duì)礦用電氣設(shè)備的要求
由于煤礦井下電氣設(shè)備的運(yùn)行條件與地面不同,為了確保生產(chǎn)人員安全、設(shè)備安全運(yùn)行以及礦井的安全生產(chǎn),煤礦井下的特殊工作條件對(duì)電氣設(shè)備的要求主要有:
(1)井下環(huán)境潮濕,有的地方還有淋水,因此電氣設(shè)備要求防滴(濺),隔爆外殼及隔爆結(jié)合面要求防銹蝕,因此電氣絕緣材料要求耐潮。此外,井下溫度較高,故還應(yīng)對(duì)礦用電氣設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行濕熱試驗(yàn)。
(2)井下常有煤、巖石冒落、片幫,移動(dòng)設(shè)備的拉、掛、碰、撞,易使設(shè)備受損壞,要求電氣設(shè)備具有堅(jiān)固的外殼。
(3)井下采、掘工作面經(jīng)常移動(dòng),電氣設(shè)備也將隨著移動(dòng),因此要求電氣設(shè)備的選材與結(jié)構(gòu)應(yīng)便于搬運(yùn)。
(4)井下工作繁重、負(fù)荷變化大,因此要求電氣設(shè)備運(yùn)行可靠,有一定的過負(fù)荷能力。
(5)井下空間狹窄,照明不足,因此要求電氣設(shè)備體積小,操作簡(jiǎn)單,維護(hù)方便。
(6)井下存在著瓦斯、煤塵等爆炸性混合物,要求使用在爆炸性環(huán)境的電氣設(shè)備具有防爆性能。
電氣設(shè)備在正常運(yùn)行或事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)火花、電弧、熱表面和灼熱顆粒等,它們都具有一定的能量,可以成為點(diǎn)燃礦井瓦斯和煤塵的點(diǎn)火源。大量的統(tǒng)計(jì)資料表明,火源是井下瓦斯爆炸的主要點(diǎn)火源。例如,1970~1981年間全國(guó)煤礦(社、隊(duì)小煤窯除外)共發(fā)生255次重大爆炸事故。其中有115次是由電氣火花源引爆的,占爆炸事故的45%。如果按爆炸死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì),電火花引爆事故死亡人數(shù)則占死亡人數(shù)的55%,居第一位。又如,美國(guó)煤礦1952~1961年10年間所發(fā)生的209次瓦斯燃爆事故中,由于機(jī)電設(shè)備不良(含照明設(shè)備)引爆的次數(shù)為75次,占爆炸事故的35.9%。隨著煤礦生產(chǎn)電氣化程度的提高及井下電氣設(shè)備的電壓等級(jí)的提高,電氣設(shè)備的事故更易發(fā)生。因此,搞好電氣設(shè)備的防爆,對(duì)防止瓦斯、煤塵爆炸事故具有十分重要的意義。
為了防止瓦斯、煤塵爆炸事故的發(fā)生,一方面要限制它們?cè)诳諝庵械暮?,例如,采用加?qiáng)通風(fēng)以降低瓦斯的濃度,噴灑水或巖石粉迫使煤塵降落等措施;另一方面要杜絕一切能夠點(diǎn)燃礦井煤塵的點(diǎn)火源和危險(xiǎn)溫度。
電氣設(shè)備防爆總的方向是設(shè)法消除點(diǎn)火源銅爆炸性混合物的接觸,限制熱源的強(qiáng)度或作用范圍。目前,煤礦井下電氣設(shè)備防爆常采取以下諸項(xiàng)措施。
(1)間隙隔爆技術(shù)。間隙隔爆技術(shù)是把正常運(yùn)行或故障狀態(tài)下可能引爆瓦斯或煤塵的電氣設(shè)備置于堅(jiān)固的具有隔爆結(jié)構(gòu)的外殼內(nèi)。當(dāng)隔爆外殼內(nèi)部發(fā)生爆炸時(shí),不會(huì)引起外殼外部的瓦斯與煤塵的爆炸,即采用“隔爆外殼”進(jìn)行電氣防爆。這種防爆技術(shù)一般用于“強(qiáng)電”系統(tǒng)。
(2)本質(zhì)安全技術(shù)。本質(zhì)安全技術(shù)的特點(diǎn)是限制熱源的能量,使本質(zhì)安全設(shè)備電路在正?;蚴鹿薁顟B(tài)下所產(chǎn)生的電火花均不能點(diǎn)燃瓦斯與煤塵,即采用“本質(zhì)安全電路”。這種防爆技術(shù)只適用于“弱點(diǎn)”系統(tǒng)。
(3)增加安全程度。采用各種方法提高電氣設(shè)備的安全程度,使其故障率大大降低,從而防止電弧、火花或危險(xiǎn)溫度的產(chǎn)生。配合有效的保護(hù)措施之后,可以實(shí)現(xiàn)防止井下瓦斯或煤塵被電氣設(shè)備引燃事故的發(fā)生。這種防爆措施主要用于正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)燃作用的電器和照明燈具上。
(4)快速斷電技術(shù)??焖贁嚯娂夹g(shù)又叫超前切斷技術(shù),其特點(diǎn)是采取可靠的自動(dòng)快速切斷故障電流的措施,使可能產(chǎn)生的電火花或電弧存在的時(shí)間小于點(diǎn)燃瓦斯、煤塵所需要的最小時(shí)間。
二、防爆電氣設(shè)備的類型、原理及標(biāo)志
1.防爆電氣設(shè)備的類型及原理
防爆電氣設(shè)備是按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的不會(huì)引起周圍爆炸性混合物爆炸的電氣設(shè)備。在煤炭、石油、化工及其他有混合物爆炸可能的行業(yè)中,由于生產(chǎn)環(huán)境及爆炸物質(zhì)不同,所采用的防爆措施也不同了。為了使防爆電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造標(biāo)準(zhǔn)化,便于檢驗(yàn)、使用和維修,國(guó)家已制定了完整的防爆電氣設(shè)備的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)行的防爆電氣設(shè)備的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是gb3836。gb3836把防爆電氣設(shè)備分為隔爆型、增安型、本質(zhì)安全型、正壓型、充油型、充砂型、無火花型、澆封型、氣密性和特殊型等十種類型。
(1)隔爆型電氣設(shè)備。具有隔爆外殼的電氣設(shè)備稱為隔爆型電氣設(shè)備。隔爆外殼既能承受內(nèi)部混合性氣體被引爆產(chǎn)生的爆炸壓力,又能防止內(nèi)部爆炸火焰和高溫氣體竄出隔爆間隙點(diǎn)燃外殼周圍的爆炸性混合物。該型設(shè)備的標(biāo)志為“d”。
(2)增安型電氣設(shè)備。正常運(yùn)行下不會(huì)產(chǎn)生電弧、火花或可能點(diǎn)燃爆炸性混合物的高溫點(diǎn)電氣設(shè)備,在其結(jié)構(gòu)上采取措施,提高安全程度,一避免在正?;蛞?guī)定的過載條件下出現(xiàn)電弧、火花或可能點(diǎn)燃爆炸性混合物的電氣設(shè)備,稱為增安型電氣設(shè)備。該型設(shè)備的標(biāo)志為“e”。
(3)本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。全部電路均為本質(zhì)安全電路的電氣設(shè)備稱為本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。所謂本質(zhì)安全電路是指:在規(guī)定條件下,在正常工作或規(guī)定的故障狀態(tài)下,產(chǎn)生電火花和熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃爆炸性混合物的電路。該型設(shè)備的標(biāo)志為“i”(分ia,ib兩類)。
(4)正壓型電氣設(shè)備。具有正壓外殼的電氣設(shè)備稱為正壓型電氣設(shè)備。所謂正壓外殼是指向外殼內(nèi)注入保護(hù)性氣體,保持內(nèi)部保護(hù)性氣體的壓力高于周圍爆炸性環(huán)境的壓力,以阻止外部爆炸性混合物進(jìn)入殼內(nèi)的外殼。該型設(shè)備的標(biāo)志為“p”。
(5)充油型電氣設(shè)備。將全部部件或可能產(chǎn)生電火花或過熱的部分部件浸在油內(nèi),使其不能點(diǎn)燃油面以上或殼外的爆炸性混合物,此類電氣設(shè)備稱為供電性電氣設(shè)備。例如,充油的高壓隔爆配電裝置的油斷路器。該型設(shè)備的標(biāo)志為“o”。
(6)充砂型電氣設(shè)備。外殼內(nèi)部充填沙粒材料,使其在規(guī)定條件下外殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧、傳播的火焰、殼壁或砂粒材料表面的過熱溫度均不能點(diǎn)燃其周圍的爆炸性混合物,此類電氣設(shè)備稱為充砂型電氣設(shè)備。該型設(shè)備的標(biāo)志為“q”。
(7)無火花型電氣設(shè)備。在正常運(yùn)行條件下不會(huì)點(diǎn)燃周圍爆炸性混合物,且一般不會(huì)發(fā)生有電燃作用故障,此類電氣設(shè)備稱為無火花型電氣設(shè)備。該型電氣設(shè)備的標(biāo)志為“n”。
(8)澆封型。將導(dǎo)電部件澆封在澆封劑中,與危險(xiǎn)氣體隔離的電氣設(shè)備,稱為澆封型電氣設(shè)備。其標(biāo)志為“m”。
(9)氣密型。采用完全密封的金屬外殼,與危險(xiǎn)氣體隔離的電氣設(shè)備,稱為氣密性電氣設(shè)備。器標(biāo)志為“h”。
(10)特殊型電氣設(shè)備。凡在結(jié)構(gòu)上不屬于尚屬基本防爆類型,或上述基本防爆型的組合,二采取其他特殊措施,經(jīng)充分試驗(yàn)證明確實(shí)具有防止引燃爆炸性氣體混合物的能力,此類電氣設(shè)備稱為特殊型電氣設(shè)備。例如,防爆特殊型蓄電池機(jī)車,就是因?yàn)殡娫措姵夭扇×颂厥獾慕Y(jié)構(gòu)型式,不能引爆,故而稱為防爆特殊型蓄電池機(jī)車。特殊型電氣設(shè)備的代號(hào)為“s”,該型設(shè)備須經(jīng)國(guó)家安全部門指定的檢驗(yàn)單位檢驗(yàn)合格,還應(yīng)報(bào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局備案。
2.防爆電氣設(shè)備的標(biāo)志
防爆型電氣設(shè)備外殼的明顯處,需設(shè)置清晰的永久凸紋標(biāo)志“ex”;小型電氣設(shè)備及儀器儀表可采用標(biāo)志牌鉚在或焊在外殼上,也可采用凹紋標(biāo)志。設(shè)備外殼的明顯處需設(shè)置銘牌,并可靠固定,銘牌的右上方應(yīng)有明顯的“ex”標(biāo)志。
為了從防爆電氣設(shè)備的外觀上能夠明顯的區(qū)別出防爆電氣設(shè)備的型式、類別、級(jí)別和組別,一般要求與防爆設(shè)備的總標(biāo)志“ex”一起,構(gòu)成各種防爆型式的標(biāo)志如表所列。
防爆標(biāo)志舉例
設(shè)備外殼上的符號(hào) | 防爆型式 | 類別 | 級(jí)別 | 組別 |
exdⅰ | d | ⅰ | - | - |
exdⅱbt3 | d | ⅱ | b | t3 |
exiaⅱat5 | ia | ⅱ | a | t5 |
exibⅱct5 | ib | ⅱ | c | t5 |
exsⅰ | s | ⅰ | - | - |
exepⅱbt4 | ep | ⅱ | b | t4 |
完整的防爆標(biāo)志依次表明防爆型式、類別、級(jí)別和組別。例如,為exdⅱbt3為ⅱ類b級(jí)t3組的隔爆型電氣設(shè)備;exiaⅱat5為ⅱ類a級(jí)t55組的ia級(jí)本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。如有一種以上符合防爆型式,應(yīng)先標(biāo)出主體防爆型式,如exepⅱbt4為主體增安型,并由正壓型部件的防爆型電氣設(shè)備。對(duì)于只允許用于某一種可燃性氣體或蒸汽環(huán)境的電氣設(shè)備,可直接用該氣體或蒸汽的分子式或名稱標(biāo)注,而不必注明級(jí)別和組別,如exdⅱ(nh3)或exdⅱ氨為用于按期環(huán)境的隔爆型電氣設(shè)備。對(duì)于ⅱ類電氣設(shè)備,可以標(biāo)溫度組別,可以標(biāo)最高表面溫度,亦可二者都標(biāo)出。例如,最高溫度125℃的工廠用增安型電氣設(shè)備可標(biāo)注為exeⅱt4、exeⅱ(125℃)或exeⅱ(125℃)t4。
三、防爆電氣設(shè)備的選用
采取一定措施或改進(jìn)后能在礦井井下正常使用的電氣設(shè)備叫礦用電氣設(shè)備。它有兩種類型,即礦用防爆型電氣設(shè)備和礦用一般型電氣設(shè)備。
1.礦用防爆型電氣設(shè)備
礦用防爆型電氣設(shè)備與礦用一般型電氣設(shè)備相比,關(guān)鍵是具有防爆性能,因而能在井下任何有瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所使用。
根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定,礦用電氣設(shè)備必須按下表選用
煤礦井下電氣設(shè)備的選型
使用場(chǎng)所 類別 | 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井和瓦斯噴出區(qū)域 | 瓦斯礦井 | ||||
井底車場(chǎng)、總進(jìn)風(fēng)巷或主要進(jìn)風(fēng)巷 | 翻車機(jī)硐室 | 采區(qū)進(jìn)風(fēng)道 | 總回風(fēng)道、主要回風(fēng)道、采區(qū)回風(fēng)道、工作面和工作面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)道 | |||
低瓦斯礦井 | *高瓦斯礦井 | |||||
高低壓電機(jī)和電氣設(shè)備 | **礦用防爆型(礦用增安型除外) | 礦用一般型 | 礦用一般型 | 礦用防爆型 | 礦用防爆型 | 礦用防爆型(礦用增安型除外) |
照明燈具 | ***礦用防爆型(礦用增安型除外) | 礦用一般型 | 礦用一般型 | 礦用防爆型 | 礦用防爆型 | 礦用防爆型(礦用增安型除外) |
通信、自動(dòng)化裝置和儀表、儀器 | 礦用防爆型(礦用增安型除外) | 礦用一般型 | 礦用一般型 | 礦用防爆型 | 礦用防爆型 | 礦用防爆型(礦用增安型除外) |
注:*——使用架線電機(jī)車運(yùn)輸?shù)南锏乐醒卦撓锏赖臋C(jī)電硐室內(nèi)可以采用礦用一般型電氣設(shè)備(包括照明燈具、通信、自動(dòng)化裝備和儀表、儀器);
**——煤(巖)與瓦斯突出礦井的井底車場(chǎng)的主泵房?jī)?nèi),可使用礦用增安型電動(dòng)機(jī);
***——允許使用經(jīng)安全檢測(cè)鑒定,并取得煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志的礦燈。
3.礦用一般型電氣設(shè)備
礦用一般電氣設(shè)備,沒有任何防爆措施,但其構(gòu)造必須滿足以下基本要求。
(1)電氣設(shè)備外殼應(yīng)有較高的機(jī)械強(qiáng)度,一保護(hù)內(nèi)部機(jī)構(gòu),并能防止水點(diǎn)滴入或?yàn)R入。
(2)電氣設(shè)備的絕緣材料應(yīng)當(dāng)防潮,能在周圍溫度為25℃、相對(duì)濕度為97%情況下正常工作,機(jī)器內(nèi)部的絕緣應(yīng)是耐油的。
(3)進(jìn)線裝置應(yīng)符合gb1336-77《防爆電氣設(shè)備制造檢驗(yàn)規(guī)程》的要求。
(4)電纜與電氣設(shè)備的連接,按規(guī)定必須使用電纜接頭和插銷。
(5)觸頭及導(dǎo)電部分應(yīng)裝入封閉的外殼內(nèi)或浸在油內(nèi)。
(6)接線盒內(nèi)的內(nèi)壁和可能產(chǎn)生火花的金屬外殼內(nèi)壁應(yīng)均勻的涂上一層耐弧漆。
四、電氣設(shè)備防爆管理
電氣設(shè)備防爆管理是指對(duì)煤礦防爆電氣設(shè)備、防爆電器及一切可能產(chǎn)生電火花的設(shè)施和部位所施行的管理。它包括對(duì)防爆設(shè)備(小型電器)的使用、維護(hù)、檢查、檢修等的管理,還包括對(duì)有關(guān)人員的管理。
電氣防爆管理的主要內(nèi)容一般包括:建立必要的組織機(jī)構(gòu),實(shí)行專業(yè)化管理;嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)管理制度,堅(jiān)持科學(xué)管理制度,堅(jiān)持科學(xué)管理,保證防爆電氣設(shè)備的防爆性能等技術(shù)狀況經(jīng)常處于良好狀態(tài)。
1.健全專業(yè)化管理組織機(jī)構(gòu)
(1)防爆設(shè)備檢查組。防爆設(shè)備檢查組由防爆設(shè)備檢查員組成。防爆設(shè)備檢驗(yàn)員應(yīng)具有一定的文化程度,責(zé)任心強(qiáng),熟悉井下工作條件對(duì)電氣設(shè)備的要求,熟悉防爆電氣設(shè)備的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程,必須掌握各種防爆電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和調(diào)試、檢查方法。防爆設(shè)備檢查員須經(jīng)過礦務(wù)局培訓(xùn),考試合格,并發(fā)給“防爆設(shè)備檢查員證”。
防爆設(shè)備檢查組隊(duì)井下供電系統(tǒng)、防爆設(shè)備(包括小型電器)、三大保護(hù)、煤電鉆綜合保護(hù)、局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)電閉鎖、電纜及各種電氣安全保護(hù)設(shè)施等實(shí)行監(jiān)督檢查。檢查的主要內(nèi)容是:各種防爆電氣設(shè)備的防爆性能是否符合要求;各種電氣保護(hù)裝置,如安全供電三大保護(hù)、煤電鉆綜合保護(hù)、局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)電閉鎖、電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)等是否堅(jiān)持使用,并對(duì)其整定值進(jìn)行檢查校核;對(duì)保護(hù)裝置動(dòng)作靈敏度進(jìn)項(xiàng)試驗(yàn)等。高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井使用的電器設(shè)備,應(yīng)每周檢查兩次;低瓦斯礦井要每周檢查一次。對(duì)入井的防爆電氣設(shè)備和小型電器的防爆性能進(jìn)行入井前的檢查,檢查合格者發(fā)給“入井許可證”,否則不準(zhǔn)入井使用。
(2)小型電器組。小型電器組對(duì)全礦小型電器及4mm2以下的電纜實(shí)行集中統(tǒng)一管理,負(fù)責(zé)領(lǐng)取、發(fā)放、修補(bǔ)、試驗(yàn)、保管等工作。應(yīng)實(shí)行圖、牌板管理,做到帳、卡、物、板四對(duì)口。為此,管理人員必須經(jīng)常深入井下生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),對(duì)運(yùn)行中的小型電器和小斷面電纜的使用情況、管理狀況、技術(shù)性能等進(jìn)行調(diào)查了解,隨時(shí)掌握其動(dòng)態(tài),真正做到數(shù)量清、狀態(tài)明。
除以上專業(yè)組外,各礦對(duì)煤電鉆綜合保護(hù)、局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)電閉鎖等安全裝置,可根據(jù)具體情況建立適當(dāng)?shù)膶I(yè)管理組織。各區(qū)隊(duì)要配備兼職的管理網(wǎng)員,形成專管和群管相結(jié)合的電氣安全管理網(wǎng),確保井下電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
2.健全管理制度,實(shí)行科學(xué)管理
煤礦井下防爆電氣設(shè)備,不僅使用數(shù)量多,而且品種雜、分布廣,要搞好防爆電氣設(shè)備的管理必須建立必要的管理制度,做到有章可循,實(shí)行科學(xué)管理。
(1)建立設(shè)備帳卡,實(shí)行圖牌板管理。
(2)做好基礎(chǔ)工作,健全技術(shù)資料。
(3)嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)證采購(gòu)制度。
3.嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)證采購(gòu)制度
采購(gòu)礦用電氣設(shè)備應(yīng)有礦用電氣設(shè)備安全標(biāo)志準(zhǔn)用證、產(chǎn)品合格證等。