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防爆电气设备

第四章 矿井防爆电气设备

第一节 防爆电气设备的类型及选用
一、防爆电气设备的类型、标志及适用条件
（一）隔爆型电气设备
1、隔爆型电气设备的隔爆原理、防爆标志及性能
隔爆型电气设备的原理是将正常工作或事故状态下可能产生火花的部分放在一个或分放在几个外壳中，这种外壳除了将其内部的火花、电弧与周围环境中的爆炸性气体隔开外，当进入壳内的爆炸性气体混合物被壳内的火花、电弧引爆时外壳不致被炸坏，也不致使爆炸物通过连接缝隙引爆周围环境中的爆炸性气体混合物。
（1）隔爆接合面的长度。
（2）隔爆接合面间隙。
（3）隔爆接合面粗糙度。
2、隔爆型电气设备的技术要求、特点及使用条件
（1）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大小。
（2）在加工法兰时，对法兰的隔爆面有严格的技要术要求。
（3）为了确保隔爆面间隙，隔爆面的防腐蚀措施也是十分重要的。
（4）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。
（5）隔爆电气设备的特点是防护能力强，防潮性好，具有隔爆和耐爆性能，所以适用于煤矿井下有爆炸危险的环境中使用。
（二）增安型电气设备
1、增安型电气设备的防爆原理、防爆标志及性能
增安型电气设备的防爆原理是对于那些在正常运行条件下不会产生电弧、火花和危险温度的矿用电气设备，为了提高其安全程度，在设备的结构、制造工艺以及技术条件等方面采取一系列措施，从而避免了设备在运行和过载条件下产生火花、电弧和危险温度，实现了电气防爆。
2、增安型电气设备的技术要求、特点及使用条件
对增安型电气设备要做到接线方便，操作简单，保持连接件具有一定的压力。
（三）本质安全型电气设备
1、本质安全型电气设备的防爆原理、防爆标志及性能
本质安全电路是就在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。
2、本质安全型电气设备的技术要求、特点及适用条件
本安型电气设备的外壳可用金属、塑料及合金制成。
（四）浇封型电气设备
浇封型电气设备的防爆原理是将电气设备有可能产生点燃爆炸性混合物的电弧、火花或高温部分浇封在浇封剂中，避免这些电气部件与爆炸性混合物接触，从而使电气设备在正常运行或认可的过载和矿障情况下均不能点燃周围的爆炸性混合物。
（五）气密型电气设备
气密型电气设备的防爆原理是将电气设备或电气部件置入经气密的外壳内。
（六）充砂型电气设备
充砂型电气设备的防爆原理是在电气设备外壳内填充石英砂粒，将设备的导电部件或带电部分埋在石英砂防爆填料层之下，使之在规定的条件下，在壳内产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或石英砂材料表面的温度都不能点燃周围爆炸性混合物。
（七）正压型电气设备
正压型电气设备的防爆原理是将电气设备置外壳内，将壳内充入保护性气体，并使壳内保护气体的压力高于周围爆炸性环境的压力，以阻止外部爆炸性混合物进入壳内，实现电气设备的防爆。
（八）矿用一般型电气设备
对矿用一般型电气设备的基本要求是外壳坚固、封闭，能防止人外部直接触及带电部分；防滴、防溅、防潮性能好了有电缆引入装置，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖之间有联锁装置等。
二、防爆设备的级别及防护等级
1、防爆设备的标志、类别、级别和组别
（1）标志。
（2）类别。
（3）级别。
（4）组别。
2、防扩等级
电气设备应具有坚固的外壳，外壳应具有一定的防护能力，并达到一定的防护等标准。
2、矿用防煤电型电气设备的通用要求
通用要求就是防爆电气设备共有的特性。主要有以下几个方面：
（1）电气设备的允许最高表面温度。
（2）电气设备与电缆的连接应采用防爆电缆接线盒，电缆的引入引出必须用密封式电缆引装置，并应具有防松动、防拔脱措施。
（3）对不同的额定电压和绝缘材料，电气间隙和爬电距离都有相应的较高的要求。
（4）具有电气或机械闭锁装置，有可靠的接地及防止螺钉松动装置。
（5）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。
（6）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。
（7）防爆型电气设备，必须经国家指定的防爆试验鉴定。
三、防爆设备的选用
由于煤矿井下条件特殊，对电气设备的选择用按照《煤矿安全规程》的要求，根据井下不同的使用场所，选用不同类型电气设备。

第二节 矿用隔爆型电气设备的失爆
一、失爆的现象与检查方法
失爆指电气设备的隔爆外壳失去了耐爆性或隔爆性。
1、用螺栓固定的隔爆接合面的失爆现象
（1）缺螺栓、弹簧垫圈或螺母，螺栓或螺孔滑扣，螺栓折断在螺孔中，未上满扣。
（2）弹簧垫圈未压平或螺栓松动，弹簧垫圈断裂或无弹性。
2、电缆引出入装置的失爆现象
（1）密封圈老化、失去弹性、变质、变形，有效尺寸配合间隙达不到要求，超不到密封作用。
（2）密封圈外径与进线装置内径差值超过规定。
（3）密封圈内径与引入电缆外径差不于1mm以上。
（4）密封圈的单孔内穿进多根电缆。
（5）密封圈割开套在电缆上。
（6）密封圈刀削后凸凹不整齐圆滑，锯齿直径差大于2mm以上。
（7）密封圈没有完全套在电缆护套上。
（8）线嘴压紧没有余量，线嘴与密封圈之间没有加装金属垫圈。
（9）进线嘴压紧后没有余量或进线嘴内缘压不紧密封圈或密封圈端面与器壁接触不严，或密封圈能活动。
（10）引入引出电缆压线板未压紧电缆，用单手扳动喇叭嘴上下左右晃动时有时显晃动。
（11）在引入装置处能轻易来回抽动电缆。
（12）高压铠装电缆终端接线盒没有灌绝缘胶；绝缘胶没有灌到电缆三叉以上；绝缘胶有裂纹而能相对活动。
3、隔爆型插接装置的失爆现象
（1）煤电钻插销的电源侧应接插座，负荷侧应接插销，如接反即为失爆。
（2）电源电压低于1140V的插接装置，缺少防止突然拔脱的联动装置。
（3）电压在1140V以上的插接装置没有电气联锁装置。
（4）插销在触头断开的断电瞬间，外壳隔爆接合面的最大直径差W和最小有效长度L不符合规定。
4、隔爆电气设备内外壳的失爆现象
（1）使用未经国家法定的检验单位发证的生产的防爆部件。
（2）隔爆外壳有裂纹、开焊、严重变形长度超过50mm，同时凹坑深度超过5mm者。
（3）隔爆壳内外有锈皮脱落。
（4）闭锁装置不符合规定，闭锁装置不全，变形损坏起不到机械闭锁作用。
（5）电气闭锁不起作用。
（6）隔爆室的观察窗的透明板松动、破裂，使用普通玻璃或机械强度不符规定。
（7）螺纹隔爆结构：螺距的最少啮合扣数、最小拧入深度不符合规定时，拧紧程度一般用手正向用力再拧入半圈以上者。
（8）喇叭嘴外缺损影响防爆性能者。
（9）未接线的喇叭嘴没有分别用密封圈、挡板、金属圈子依次装入、压紧，有一项未装上或未压紧者。
（10）挡板直径与进线装置内径之差大于2mm，挡板厚度小于公称尺寸2mm，挡板材质低于钢垫板强度，挡板有缺陷或机械性伤痕超过有关规定者。
（11）金属圈外径小，与进线装置内径之差大于2mm，金属圈厚度小于1mm，金属圈开口等。
5、防爆面的失爆现象
防爆接全面应保持光洁、完整，各结构参数符合规定。
二、矿用防爆型电气设备的失爆原因及危害
1、失爆原因
（1）由于维护和定期检查不采，防护层脱落往旆使隔爆面上出现砂泥灰尘等杂物，某些用螺钉紧固的平面对口接合面出现凹坑，使隔爆面间隙增大。
（2）井下电气设备由于移动或搬运不当而发生磕碰，使外壳变形或产生严重的机械伤痕，或在使用中亦很可能发生撞击现象，严重时可能增加接合面间隙。
（3）装配时产生严重的机械划痕。
（4）隔爆面上产生锈蚀现象，增大粗糙度。
（5）由于不熟悉设备的性能，在装卸过程中没有采用专用工具或发生误操作。
（6）螺钉紧固的隔爆面，由于螺孔深度过浅或螺钉太长，而不能很好地紧固零件。
（7）由于工作人员对防爆理论知识掌握不够，对各种规程不能正确贯彻执行。
2、失爆的危害
井下防爆设备具有隔爆性和耐爆性，就是说在设备的壳内产生的电火花引起混合气体爆炸时其火焰传不到壳外，而设备失爆后就起不到隔爆和耐爆的作用，内部发生爆炸的火焰会传到壳外，并且与井下可燃、可爆性混合气体直接接触，会引起矿井火灾及瓦斯煤尘爆炸，造成重大恶性事故。
三、矿用隔爆型电气设备失爆的防治
为了确保矿用隔爆型电气的完好，杜绝失爆的发生，必须坚持管理、装置、培训岗位练兵，技术比武活动，提高安全意识和操作技术水平。
当设备使用时间超过寿命期或过于陈旧时，要更换新设备或进行现代化改装。
加强电气防爆设备的管理，各故要设防爆检查组，充分发挥防爆检查员的作用，做好检查督促工作，严禁使用失爆设备。

第三节 矿用真空开关
一、高压真空配电装置
1、结构特点
BGP-6矿用爆型高压真空配电装置的总体结构，分为隔爆箱体和机芯小车两大部分。隔爆箱由壳体、箱门、后盖（2块）、接线腔、底架等组成。中间隔板，将箱体分为前后两个腔。前腔内，真空断路器、三相电压互感器、电流互感器、压敏电组、保护装置、隔离插销动触头等装在机芯小车上；后腔分为上、下两室，在下室的高压缆引入内侧装有一只零序互感器，下室底板上装有一终端电阻，用户使用的负载电缆是UGSP型监视屏蔽电缆时，要求绝缘监视保护时，将终端电阻取下。上室装有电源接线端子。在箱体内外有可靠的机械电器联锁装置。
2、 电气原理
6kV三相电源从配电装置的电源接线盒引入到后腔上室，经上隔离插销、真空断路器和下隔离插销，到后腔下室的底板电缆口输出到负载。
（1）电动合闸电路。
（2）电动分闸电路。
（3）保护动作分闸电路。
（4）过载、短路、漏电、监视电路的故障保护均为电脑启动处理。
3、保护装置的技术指标
（1）漏电保护为零率方向型和零序电流型，确定值见表
一次零序电流分档/A
二次零序电压分档/V
动作时间分档/s
误差值/%
工
作
区180º
0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0
3、5、10、15、20、25
<0.1、0.2、0.3、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0
<±8

（2）过载保护动作值按电流互感器二次额定电流（5A）的倍数分数整定，整定误差值不超过±8%，其反时限保护特征符合的规定。
（3）短路保护的动作电流按电流互感器二次电流（5A）的1.6、2、3、4、5、6、8、10倍8个档分级整定，整定误差不超过±8%，短路保护动作时间小于0.1s。
（4）绝缘监视保护是对高压双屏蔽电缆的地线及监视线状况进行监视，其动作特征符合的规定。
保护工作状态
可靠动作
允许动作
不允许动作
监视线与地线回路电阻/kΩ
＞1.5
0.8-1.5
＜0.8
监视线与地线间绝缘电阻/kΩ
＜3.0
3.0-5.5
＞5.5
动作时间/s
＜0.1

（5）欠压脱扣器动作特性符合
操作电压与额定电源电压比值/%
＜35%
＞65%
＞85%
脱扣器铁芯工作状态
可靠地释放
不得释放
可靠吸合

（6）过电压保护配备了MYGK —6/5型高压氧化锌压敏电阻3只，用于配电时过电压不超过额定电压（峰值）.5倍，用于控制高压电动机时过电压不超过额定电压（峰值）的2.5倍4、调试与安装
1）井下安装前的检查
2）下井安装前的试验
3）安装
二、DKZB—400/1140矿用隔爆型真空馈电开关
1、结构特点
隔爆型真空馈电开关的隔爆外壳呈方形，分害为2个隔爆空腔，上部为接线腔，下部为主控腔。
2、工作原理
（1）原电部分
（2）过流信号检测和速定分压器
（3）过载、过流保护电路部分组成
（4）漏电保护
（5）漏气闭锁保护
（6）分励脱扣线圈F、次压脱扣线圈S
（7）检查电路
（8）工作状态指示
3、使用
1）合闸操作
2）分闸操作

第四节 干式变压器和移动变电站
一、矿用干式变压器
1、KSG型干式变压器
KSG型干式变压器由圆桶爆外壳、外壳拖架、铁芯线圈等主要部分构成。
2、KSGB型矿用隔爆干式变压器
KSGB型矿用隔爆干式变压器，其容量有31.5kV·A、50kV、100kV三种，一次电压为6kV，二次电压为693V或400V，专为煤矿井下局部通风机供电。
3、KBSG型矿用隔煤高压干式变压器
1）结构特征
矿用隔爆高压干式变压器KSGB和KBSG的构造基本相同。
2）技术参数
二、移动变电站
1、电气保护
2、使用

第五节 隔爆型三相异步电动机
一、异步电动机的类型
交流异步电动机按其转子结构形式可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机2种。
按照机壳的防护型式异步电动机可分为：
（1）防护型。用于灰尘少，无腐蚀性气体的场所。
（2）封闭型。用于灰尘多，无腐蚀性气体的场所。
（3）开启型。用于干燥通风不含酸碱等有腐蚀性气体的场所。
（4）防爆型。防爆型电动机一般又分为防爆安全型、隔爆型和防爆通风型，专门适用于瓦斯、煤尘和易燃易爆气体的煤矿井下，及石油、化工等有爆炸危险的场所。
二、三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机由两个基本部分组成：静止部分称为定子公司转动部分称为转子。定子与转子之间有个很小的间隙为空气隙，它是磁路的一部分。
1、定子
电动机定子由机座、定子铁芯和定子绕组3部分组成。
1) 机座
2) 定子铁芯
3）定子绕组
2、 转子
1）鼠笼式转子
2）绕线式转子
三、三相异步电动机的工作原理
1、旋转磁场的建立
当三相对称定子绕组接入对称的三相电源时，随时定子绕组中的三相电流不断地变化，它所产生的合成磁场也就在空间不断地旋转。
2、异步电动机的工作原理
当三相异步电动机的三相绕组接入三相效流电源后，在定子内的空间便生产施转磁场。
四、电动机的定子接线
三相异步电动机定子绕组的出线端分别引接在机座外的接线盒内，A、B、C三个绕组的始端用U、V、W表示，末端相应用U2、V2、W2、表示。6个端子在接线盒中的排列，其不同的接线方式可适应绕组的不同工作额定电压。

第六节 井下隔爆电气设备的检查和维护
一、井下隔爆电气设备的检查
1、井下各种类型的防爆电气设备的检查标准
1）异步电动机的检查
（1）各种分螺栓是否紧固，引出线的标志是否正确，转子转动是否灵活。
（2）直流电阻误差不超过平均值的4%。
（3）对地绝缘电阻和相间绝缘电阻不小于5MΩ。
2）隔爆馈电开关的检查
（1）开关停、送电正确，短路、过载动作可靠。
（2）开关手柄、指示装置在各种工作状态下位置正确，动作灵活。
（3）各种联锁、闭锁与手柄、按钮之间动作关系清楚。
（4）各种指示灯的指示与手柄、按钮状态相符，颜色正确。
3）隔爆磁力启动器的检查
QJZ-300/1140隔爆真空磁力启动器的检查：
（1）空接触器、真空隔离开关、真空灭弧室完好，螺钉紧固，机构灵活。
（2）各辅助控制开关、按钮开关完好。
（3）插接件插接牢固，接线完好。
（4）电源电压与启动电压等级一致，并将漏电、闭锁插件速定于相应的电压等。
（5）隔爆间隙符要求。
（6）用500V摇表测绝缘电阻，主回路不得小于5MΩ。测量控制回路时，要取下插件等不能承受高压的装置。
2、隔爆电气设备的基本要求
1）外壳的强度
2）法兰面的强度
3、隔爆外壳的水压试验
（1）型试试验
（2）检查试验
4、隔爆外壳的结构及参数
为实现外壳隔爆性能，通常把互相连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。
5、接线装置
1）进线装置
（1）为防止井下移动电气设备时不慎将接线电缆拔脱，使电缆与接线柱连接处造成火花或弧光短路的危险，因此应将电缆固定或压紧。
（2）通过压紧装置将橡胶垫圈压紧，并使此垫内径与电缆公称外径与电缆公称外径紧密配合，起到隔爆的作用。
在引入电缆时，大体上分为压紧螺母式、压盘式结构和浇铸固化密封填料式3种。
2）接线盒
接线盒是民缆与隔爆设备的连接部位，检查时注意：线嘴是否上紧；压线板的压紧程度是否适当；密封圈是否合适；电缆；地线与火线的长度是否适宜；接线装置是否齐全、完整、紧固，导电良好。
6、电气间隙和爬电距离
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。
7、闭锁装置
对于某此电气设备，特别是隔爆型电气设备，闭锁装置是必不可少的。其形式不一，不同的设备膛同的要求，使用它主要有两个目的：一是防止任意操作设备，或是在充备不完善的情况下造成明火的危险。二是防止误操作时产生的人身触电和机电事故。
1）电气闭锁
2）机械闭锁
二、井下隔爆电气设备的维修与保养
1、隔爆外壳的修理与保养
1）隔爆接合面的修复
2）隔爆面修补标准
3）隔爆面的防锈处理
4）隔爆外壳的保养
2、本安型电气设备的维修
为了确保本安型电气设备及系统的安全运行，必须做到定期维修。