正壓型電氣設(shè)備,按照設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能和正壓保護(hù)方式的不同,分為靜態(tài)正壓型電氣設(shè)備和非靜態(tài)正壓型電氣設(shè)備;對(duì)于非靜態(tài)正壓型電氣設(shè)備,又可以分為內(nèi)含釋放源的正壓型電氣設(shè)備和不含釋放源的正壓型電氣設(shè)備。
這些不同類型的正壓型電氣設(shè)備,除應(yīng)該符合下面通用的防爆結(jié)構(gòu)和安全要求外,還應(yīng)該滿足各自類型的專門要求。
NO.01
通用結(jié)構(gòu)
(1)結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度
在正壓型電氣設(shè)備中,設(shè)備的外殼被稱作所謂的“正壓外殼”,是這種防爆型式的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)。
通常情況下,正壓外殼采用普通鋼板(例如Q235A鋼板)或者不銹鋼鋼板(例如1Cr18Ni9Ti鋼板)等金屬板材制成,當(dāng)然,也可以使用高強(qiáng)度的塑料材料制作。但是,假若使用塑料材料制作時(shí),防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮所使用的塑料材料必須具有抗靜電性能。
正壓外殼應(yīng)該具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,除設(shè)備正常要求的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外,外殼、與其連接的保護(hù)性氣體輸送管道以及連接部件應(yīng)該在所有進(jìn)、排氣口封閉的情況下承受1.5倍的最高正壓的壓力值,最低也應(yīng)該承受200Pa的壓力而不出現(xiàn)變形或損壞。
假若正壓型電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中內(nèi)部壓力可能引起外殼、輸送管道以及相關(guān)的連接部件發(fā)生變形,那么人們就應(yīng)該在正壓保護(hù)系統(tǒng)中設(shè)置自動(dòng)安全裝置,例如最高正壓監(jiān)測(cè)裝置,將系統(tǒng)中的過壓限制在對(duì)防爆型式不產(chǎn)生不利影響的程度。
(2)門和蓋子
正壓型電氣設(shè)備的門和蓋子應(yīng)該同電氣回路進(jìn)行聯(lián)鎖。這種聯(lián)鎖,當(dāng)門或蓋子開啟時(shí),應(yīng)該自動(dòng)切斷正壓保護(hù)系統(tǒng)中未按相應(yīng)防爆型式進(jìn)行防爆處理的電氣元器件的前綴電源;當(dāng)門或蓋子沒有可靠關(guān)閉且系統(tǒng)沒有完成吹掃之前,不能重新對(duì)這些元器件供電。
對(duì)于靜態(tài)正壓型電氣設(shè)備,門或蓋子必須使用專用工具才能夠開啟,而且還應(yīng)該在其外殼明顯部位設(shè)置一個(gè)警告標(biāo)志:“警告!嚴(yán)禁在危險(xiǎn)場(chǎng)所開啟!”。
在正壓型電氣設(shè)備上,尤其是I類設(shè)備上,使用的緊固件應(yīng)該是所謂的特殊緊固元件。為了防止因內(nèi)部壓力過大在開啟門或蓋子時(shí)出現(xiàn)傷害事故,設(shè)計(jì)人員可以采用雙位緊固件,或者其他的特殊緩動(dòng)措施。
此外,當(dāng)正壓型電氣設(shè)備內(nèi)部包含大容量的電容器和(或)發(fā)熱元器件時(shí),人們不得在電容器的剩余能量不符合要求時(shí)和(或)發(fā)熱元器件溫度沒有降至溫度組別的溫度值以下時(shí)打開門或蓋子。因此,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該將斷開前級(jí)電源至允許打開門和蓋子的時(shí)間間隔標(biāo)志在設(shè)備的外殼上,告誡人們只有在這個(gè)時(shí)間間隔以后才允許開啟設(shè)備。
(3)保護(hù)性氣體的進(jìn)氣口和排氣口
正壓型電氣設(shè)備應(yīng)該設(shè)置保護(hù)性氣體進(jìn)氣口和(或)攆氣隧。它們的位置應(yīng)該根據(jù)保護(hù)性氣體的密度來決定。
當(dāng)保護(hù)性氣體的密度比空氣大時(shí),進(jìn)氣口應(yīng)該開設(shè)在設(shè)備外殼的上部,排氣口應(yīng)該開設(shè)在設(shè)備外殼的下部;當(dāng)保護(hù)性氣體的密度比空氣小時(shí),進(jìn)氣口應(yīng)該開設(shè)在設(shè)備外殼的下部,排氣口應(yīng)該開設(shè)在設(shè)備外殼的上部。不管進(jìn)氣口或排氣口是在設(shè)備外殼的上部或下部。進(jìn)氣口和排氣口都應(yīng)該設(shè)置在設(shè)備外殼的相對(duì)側(cè)。這樣的布置便于保護(hù)性氣體的流動(dòng)和吹掃換氣。
一般情況下,進(jìn)氣口(或排氣口)的面積可以按每1000cm3正壓外殼容積不小于1cm2來計(jì)算。這樣計(jì)算得出的進(jìn)氣口總面積,就可以保證正壓外殼在合適的時(shí)間內(nèi)得以充分的吹掃(換氣)。
(4)正壓外殼內(nèi)導(dǎo)流板
為了保證正壓型電氣設(shè)備得到充分的吹掃,設(shè)計(jì)人員可以在正壓外殼內(nèi)設(shè)置一些導(dǎo)流板,使吹掃氣流通過正壓外殼內(nèi)的每一個(gè)角落。
有時(shí)正壓型電氣設(shè)備內(nèi)的電氣元器件的安裝板也可以起到導(dǎo)流的作用。
如果正壓外殼被分割成幾個(gè)小的空腔,除采用導(dǎo)流板來改善保護(hù)性氣體的吹掃效果外,還可以對(duì)小空腔單獨(dú)設(shè)置一些進(jìn)氣孔,增加吹掃氣流的透道。
(5)火花和熾熱顆粒擋板
當(dāng)正壓型電氣設(shè)備的排氣口設(shè)置在爆炸性氣體環(huán)境中時(shí),在其外殼內(nèi)應(yīng)該設(shè)置一些擋板。防止外殼內(nèi)的熾熱顆粒和可能的放電火花通過外殼的排氣口竄出外殼,飛到周圍爆炸性氣體環(huán)境中。
假若外殼內(nèi)不產(chǎn)生熾熱顆粒,則可以不設(shè)置這種擋板。另一種情況,即當(dāng)外殼內(nèi)的觸頭工作電壓不大于275V(交流)或60V(直流),工作電流不大于10A,而且觸頭還安裝滅弧罩時(shí),正壓外殼的排氣口也可以不設(shè)置火花和熾熱顆粒的擋板。
在設(shè)置火花和熾熱顆粒擋板時(shí),這種擋板應(yīng)該使排出氣流在其流通方向上至少發(fā)生8次90°的方向改變。因?yàn)闅饬髟谄淞魍ǚ较蛏隙啻胃淖兎较蚩梢浴俺恋怼睙霟犷w粒和減小火花攜帶的能量。
(6)防護(hù)要求
為了保持正壓型電氣設(shè)備正常工作時(shí)內(nèi)部壓力高于外部壓力的正壓,除必要的進(jìn)氣口和排氣口以外,正壓外殼應(yīng)該盡可能地保持在密封狀態(tài),防止保護(hù)性氣體發(fā)生泄漏,降低外殼內(nèi)部的壓力。
在通常情況下,從防護(hù)等級(jí)(IP)角度看,正壓外殼的防護(hù)等級(jí)不應(yīng)該低于IP5X,對(duì)于使用在潮濕和充滿煤塵的采掘工作面上的電氣設(shè)備,防護(hù)等級(jí)不應(yīng)該低于IP54。
(7)警告標(biāo)志
在正壓型電氣設(shè)備外部明顯部位,人們應(yīng)該設(shè)置警告標(biāo)志:“警告!正壓外殼!”。
這個(gè)警告標(biāo)志告訴人們,正壓型電氣設(shè)備的外殼是一種特殊的外殼。它是保持內(nèi)部正壓壓力的重要結(jié)構(gòu),應(yīng)該具有適當(dāng)?shù)拿芊庾饔?,?yīng)該具有可靠的聯(lián)鎖功能。因此,人們?cè)诎惭b、運(yùn)行、維護(hù)、修理正壓型電氣設(shè)備時(shí)必須給以足夠的注意。
NO.02
電氣間隙、爬電距離和極限溫度
(1)電氣間隙和爬電距離
在正壓型電氣設(shè)備中使用的絕緣材料,和其他防爆型式的防爆電氣設(shè)備中使用的絕緣材料相比,沒有原則的區(qū)別l,因而電氣間隙和爬電距離也應(yīng)該是一樣的。
但是對(duì)于I類電氣設(shè)備來說,假若額定電流大于16A,例如在斷路器、接觸器或隔離開關(guān)中,這種電流在開、關(guān)時(shí)可能產(chǎn)生電弧,那么所用的絕緣材料至少應(yīng)該符合以下任一種要求:
①相比耐電痕化指數(shù)(CTI)不小于GB/T 4207-2022《固體絕緣材料耐電痕化指數(shù)和相比耐電痕化指數(shù)的測(cè)定方法》中規(guī)定的CTl400M(相當(dāng)于材料級(jí)別Ⅱ級(jí)或I級(jí))。
②絕緣材料表面上不同電位的裸露帶電導(dǎo)體之間的爬電距離應(yīng)該符合GB/T 16935.1-2008《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合 第1部分:原理、要求和試驗(yàn)》中規(guī)定的適用于3級(jí)污染、III類過電壓時(shí)材料的數(shù)值。
(2)溫度限制
正壓型電氣設(shè)備的溫度組別應(yīng)該符合各種防爆型式電氣設(shè)備的統(tǒng)一規(guī)定,但是溫度組別的確定方法,卻因正壓型電氣設(shè)備的設(shè)備保護(hù)級(jí)別的不同而不同。
1)“pb”級(jí)正壓型電氣設(shè)備
在確定“pb”級(jí)正壓型電氣設(shè)備的溫度組別時(shí),設(shè)計(jì)人員應(yīng)該既要考慮設(shè)備外殼外表面的最高表面溫度,還要考慮設(shè)備內(nèi)部零部件的最高表面溫度,按照這兩個(gè)溫度中最高的那個(gè)作為確定溫度組別的溫度值。
但是,對(duì)于正壓型電器設(shè)備內(nèi)的一些小元件(表面積不超過100m2),當(dāng)其最高表面溫度低于相應(yīng)的可燃性氣體的點(diǎn)燃溫度一定值時(shí),其最高表面溫度可以高于溫度組別的溫度值;另外,當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱元器件在開啟門或蓋子之前能夠冷卻到溫度組別規(guī)定溫度值以下時(shí),其最高表面溫度也可以超過溫度組別的規(guī)定值。
此外,當(dāng)正壓型電氣設(shè)備的正壓保護(hù)突然中斷時(shí),設(shè)備周圍的可燃性氣體就會(huì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部,因而,電氣設(shè)備此時(shí)還應(yīng)該具有一定的保護(hù)能力,防止在內(nèi)部發(fā)熱元器件沒有冷卻到允許的最高溫度之前接觸可燃性氣體。
對(duì)于這種情況,人們可以將發(fā)熱元器件用其他的防爆型式保護(hù)起來,防止這些元器件接觸進(jìn)入的可燃性氣體,或者對(duì)于一些特殊設(shè)備,可以采用備用的通風(fēng)系統(tǒng)(保護(hù)性氣體供氣系統(tǒng)),防止主正壓保護(hù)系統(tǒng)突然中斷時(shí)外部可燃性氣體進(jìn)入外殼內(nèi)(一旦中斷,備用系統(tǒng)馬上自動(dòng)啟動(dòng))。
2)“pc”級(jí)正壓型電氣設(shè)備
“pc”級(jí)正壓型電氣設(shè)備的溫度組別僅僅以正壓外殼外表面的最高表面溫度為依據(jù)來確定。
這是因?yàn)?,由于“pc”級(jí)正壓型電氣設(shè)備只允許運(yùn)行在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所的2區(qū),爆炸性氣體-空氣混合物出現(xiàn)的概率小,加之正壓外殼的阻礙,接觸內(nèi)部元器件的概率更小,所以在確定設(shè)備溫度組別不僅僅以外殼外表面的最高表面溫度為評(píng)價(jià)依據(jù)。
此外,設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該考慮當(dāng)正壓保護(hù)突然中斷瞬內(nèi)部帶電部件的盤身保護(hù)。
NO.03
正壓保護(hù)系統(tǒng)中自動(dòng)安全裝置的防爆型式
對(duì)于正壓型電氣設(shè)備來說,除正壓外殼外,對(duì)正壓保護(hù)系統(tǒng)工況的監(jiān)測(cè),是保證這種防爆型式防爆安全性能的一項(xiàng)十分重要的安全措施。這是正壓型電氣設(shè)備的一個(gè)重要特征。
在正壓保護(hù)系統(tǒng)中,檢測(cè)和控制正壓保護(hù)系統(tǒng)工況的監(jiān)測(cè)單元(裝置)被稱為自動(dòng)安全裝置。它本身不應(yīng)該成為可燃性氣體的點(diǎn)燃源,應(yīng)該符合一種防爆型式的要求,或者安裝在非爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所中。這一點(diǎn)是設(shè)計(jì)人員必須重視的。
在選擇自動(dòng)安全裝置的防爆型式時(shí),設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照下列原則進(jìn)行:
①對(duì)于“pb”級(jí)正壓型電氣設(shè)備,自動(dòng)安全裝置的防爆型式可以采用設(shè)備保護(hù)級(jí)別為 Ga(Ma)級(jí)或Gb(Ma)級(jí)的各種防爆型式。
②對(duì)于“pc”級(jí)正壓型電氣設(shè)備,自動(dòng)安全裝置的防爆型式可以采用所有設(shè)備保護(hù)級(jí)別的各種防爆型式。
另外需要指出的是,各種自動(dòng)安全裝置是正壓保護(hù)系統(tǒng)必需的伺服單元;它們應(yīng)該在正壓保護(hù)系統(tǒng)投入工作之前、運(yùn)行之中和停止工作之后提供可靠“服務(wù)”。因此,自動(dòng)安全裝置的電源不應(yīng)該和主回路共用一個(gè)電源,至少應(yīng)該設(shè)置在主回路的隔離開關(guān)或電源開關(guān)之前,這樣就可以在主回路斷電時(shí)仍然能夠提供可靠的“服務(wù)”。
NO.04
保護(hù)性氣體
(I)氣體種類
在正壓型電氣設(shè)備中使用的保護(hù)性氣體,應(yīng)該是一種非可燃性氣體,它自身不應(yīng)該被點(diǎn)燃。此外,保護(hù)性氣體還不應(yīng)該影響正壓外殼、輸送管道以及連接部件的可靠性,不應(yīng)該影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。
因此,清潔的空氣,以及氮?dú)獾纫恍┒栊詺怏w,可以作為保護(hù)性氣體。
這里應(yīng)該指出的是,在使用惰性氣體作為保護(hù)性氣體時(shí),應(yīng)該警告人們,惰性氣體有窒息的危險(xiǎn)。
(2)氣體溫度
在正壓外殼的進(jìn)氣口處,保護(hù)性氣體的溫度,通常情況下不應(yīng)該超過40℃。
但是在在一般特殊情況下,保護(hù)性氣體的溫度可以較高一些,或較低一些,此時(shí),人們應(yīng)該把最高溫度或最低溫度標(biāo)志在正壓型電氣設(shè)備的外殼上。有時(shí)人們還應(yīng)該考慮如何避免因溫度升高而影響電氣元器件工作,或溫度過低而出現(xiàn)凝露或結(jié)冰現(xiàn)象,以及溫度離低交替變化引起的“呼吸”作用。
NO.05
正壓保護(hù)技術(shù)
從正壓型電氣設(shè)備的防爆原理可知,正壓外殼內(nèi)部的壓力必須高于外殼外部的壓力(大氣壓力或某個(gè)壓力),這樣才能夠防止外殼外部環(huán)境的可燃性氣體進(jìn)入外殼內(nèi)部。GB3836.5《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第5部分:正壓外殼型“P”》指出,正壓型電氣設(shè)備外殼內(nèi)任何池方的壓力:對(duì)于“pb”級(jí),大于等于50Pa;對(duì)于“pc”級(jí),大于等于25Pa。
當(dāng)正壓型電氣設(shè)備吹掃結(jié)束、正式起動(dòng)之后,如果不采取相應(yīng)的技術(shù)措施,由于正壓外殼不可避免地會(huì)發(fā)生泄漏,因而外殼內(nèi)部的壓力就會(huì)降低,以至于降低到所要求的壓力值以下,這是不允許的。
為此,人們可以采取所謂的“連續(xù)稀釋式”正壓保護(hù)技術(shù)或“泄漏補(bǔ)償式”正壓保護(hù)技術(shù),來維持正壓井殼內(nèi)部所需的壓力值。
(1)連續(xù)稀釋式正壓保護(hù)技術(shù)
連續(xù)稀釋式正壓保護(hù)是指,在正壓型電氣設(shè)備吹掃之后,連續(xù)地以一定流量的保護(hù)性氣體輸入正壓外殼內(nèi),以使外殼內(nèi)可燃性氣體的濃度始終保持在其爆炸極限下限以下。
這種保護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)是,在正壓型電氣設(shè)備吹掃之后允許保護(hù)性氣體通過排氣管道排放到外殼外部,但是不允許正壓外殼內(nèi)部的壓力降低到正壓規(guī)定值以下。
因而,對(duì)于這種正壓保護(hù)技術(shù),設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在正壓型電氣設(shè)備的排氣管道的出口處設(shè)置一個(gè)所謂的“阻氣門”,使排氣管道的出口在這里突然變小,人為地給通過正壓外殼的保護(hù)性氣體氣體流一個(gè)阻力。在保護(hù)性氣體通過正壓外殼的流量一定的情況下,阻氣門使正壓外殼內(nèi)部建立一個(gè)比外殼外部高的壓力,即所謂的“正壓”。
此外,為了保持正壓外殼內(nèi)部的壓力不低于相應(yīng)的正壓規(guī)定值,正壓保護(hù)系統(tǒng)在正壓型電氣設(shè)備起動(dòng)之后還必須連續(xù)地向正壓外殼輸送一定流量的保護(hù)性氣體。
這種保護(hù)技術(shù)使用的保護(hù)性氣體可以是空氣,也可以是惰性氣體。
(2)泄漏補(bǔ)償式正壓保護(hù)技術(shù)
泄漏補(bǔ)償式正壓保護(hù)是指,在正壓型電氣設(shè)備吹掃之后,對(duì)正壓外殼供給一定數(shù)量的保護(hù)性氣體,以補(bǔ)償正壓外殼及其連接的輸送管道發(fā)生的任何泄漏,從而保持外殼內(nèi)部所需的正壓值。
對(duì)于這種保護(hù)形式的正壓型電氣設(shè)備,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在正壓型電氣設(shè)備的排氣管道的出口處設(shè)置一個(gè)截止閥;在吹掃之后,閥門就將排氣管道封堵。但是,正壓外殼及其輸送管道在內(nèi)部正壓的作用下不可避免地會(huì)發(fā)生泄漏,因而外殼內(nèi)部的壓力就會(huì)下降,甚至下降到正壓規(guī)定值以下。
所以。為了保持正壓型電氣設(shè)備內(nèi)部的正壓規(guī)定值,正壓保護(hù)系統(tǒng)在正壓型電氣設(shè)備起動(dòng)之后必須實(shí)時(shí)地補(bǔ)償正壓外殼內(nèi)保護(hù)性氣體的任何泄漏數(shù)量。
設(shè)計(jì)人員在正壓型電氣設(shè)備的進(jìn)氣管道人口處設(shè)置一個(gè)流量控制裝置,在系統(tǒng)的其他自動(dòng)安全裝置的配合下,實(shí)時(shí)地向正壓外殼內(nèi)補(bǔ)充一定數(shù)量的保護(hù)性氣體,以維持正壓外殼內(nèi)部的規(guī)定壓力。這就是這種正壓保護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)。
這種保護(hù)技術(shù)使用的保護(hù)性氣體可以是空氣,也可以是惰性氣體。
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