防爆增安型電機(jī)與防爆無火花型電機(jī)的區(qū)別

章平誼

(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江 佳木斯 154000)

1 引言

防爆增安型電機(jī)即防爆領(lǐng)域簡稱的“e”型電機(jī)(這里指低壓電機(jī)，額定電壓660V以下);防爆無火花型電機(jī)簡稱“n”型電機(jī)。在多年的防爆審查、檢驗中發(fā)現(xiàn)有很多制造、使用單位對兩種防爆電機(jī)的防爆原理不是很了解，有的使用單位竟將防爆無火花電機(jī)當(dāng)作防爆增安型電機(jī)用在防爆1區(qū)危險場所造成了非常嚴(yán)重的不安全隱患。下面就將兩種防爆電機(jī)的防爆原理、設(shè)計要點、檢驗方法及兩者的差異詳細(xì)介紹一下。

2 術(shù)語和定義

2.1 “e”型防爆［3］

電氣設(shè)備的一種防爆型式，即對電氣設(shè)備采取一些附加措施，以提高其安全程度，防止在正常運(yùn)行或規(guī)定的異常條件下產(chǎn)生危險溫度、電弧和火花的可能性。

2.2 tE 時間［3］

交流轉(zhuǎn)子或定子繞組在最高環(huán)境溫度下達(dá)到額定運(yùn)行溫度后，從開始通過啟動電流IA時起直至溫度上升到極限溫度所需的時間(單位:s)。

2.3 啟動電流比IA/IN［3］

IA/IN初始啟動電流IA與額定電流IN之比。

2.4 “n”型防爆［4］

電氣設(shè)備的一種防爆型式，這種型式的電氣設(shè)備，在正常運(yùn)行時和本部規(guī)定的一些異常條件下，不能點燃周圍爆炸性氣體環(huán)境。

3 “e”型電機(jī)的防爆原理及設(shè)計要點

3.1 “e”型電機(jī)的防爆原理

對于在正常運(yùn)行時不產(chǎn)生電弧、火花和危險高溫的電機(jī)，如果在其結(jié)構(gòu)上再采取一些機(jī)械的、電氣的和熱的附加保護(hù)措施，盡力使電機(jī)在正常運(yùn)行或認(rèn)可的過載條件下不發(fā)生電弧、火花和過熱現(xiàn)象，就可進(jìn)一步提高設(shè)備的安全性和可靠性。因此這種電機(jī)在正常運(yùn)行時就沒有引燃源，而可用于爆炸危險環(huán)境。這就是增安型電機(jī)的防爆原理，同時也是它的名稱的來源。

3.2 “e”型電機(jī)的設(shè)計要點

3.2.1 電氣方面的要求

(1)加強(qiáng)繞組絕緣介電強(qiáng)度，繞組匝間、相間和對機(jī)殼的絕緣介電強(qiáng)度要在普通電機(jī)的試驗電壓基礎(chǔ)上提高10%。

(2)繞組導(dǎo)線須采用規(guī)定的至少包覆兩層絕緣，只有瓷釉可以是一層絕緣漆包線，而且導(dǎo)線公稱直徑不得小于0.25mm。

(3)繞組應(yīng)采用沉浸法、滴注法或真空加壓法浸漬，要保證導(dǎo)線之間空隙填實。采用含有溶劑的浸漬劑時必須至少進(jìn)行兩次浸漬和干燥過程。

(4)固體絕緣材料應(yīng)采用吸潮性小、耐電弧性能好、不燃或難燃的材料，而且在高于電機(jī)連續(xù)運(yùn)行溫度至少20℃下(但不低于80℃)仍具有良好的機(jī)械性能。

(5)不同電位的導(dǎo)電零件之間的電器間隙和爬電距離大于普通電機(jī)的規(guī)定值，應(yīng)符合GB3836.3－2010的規(guī)定要求。

3.2.2 機(jī)械方面的要求

(1)引入電纜或?qū)Ь€的連接要保證導(dǎo)線連接牢固、防止松動、擰轉(zhuǎn)(如采用彈簧墊圈)接線端子能承受連接件扭轉(zhuǎn)試驗;使用鋁導(dǎo)線時，采用銅鋁過度接頭。

(2)內(nèi)部導(dǎo)線避免直接采用錫鋁焊料焊接，必須先用機(jī)械連接后再用錫焊;或采用銀焊、銅焊或擠壓連接。

(3)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)不是壓鑄成一體時，應(yīng)采用硬釬焊或熔焊;為防止啟動時導(dǎo)條和轉(zhuǎn)子鐵芯之間產(chǎn)生火花，可采用壓力鑄鋁法或?qū)胃鶎?dǎo)條采用附加槽襯、加槽楔等嵌緊措施。

(4)增大電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙，以減少轉(zhuǎn)子掃膛的可能性。按GB3836.3－2010中規(guī)定最小徑向單邊氣隙定子和轉(zhuǎn)子之間的最小徑向單邊氣隙(mm)在旋轉(zhuǎn)電機(jī)靜止時，不應(yīng)小于下列公式計算的值:最小徑向氣隙，單位:mm。

式中:D—轉(zhuǎn)子直徑，單位:mm，其在最小徑向氣隙公式中的最小值取75，最大值取750;n—最大額定轉(zhuǎn)速r/min，最小值取1000;r—按下列公式計算，最小值取1.0。

(5)電機(jī)中絕緣帶電部件的外殼防護(hù)等級不低于IP44;裸露帶電部件的外殼防護(hù)等級(如接線盒)不低于IP54的要求。如安裝在清潔室內(nèi)并有專人經(jīng)常檢查的電機(jī)，外殼防護(hù)等級允許降低要求，但接線盒和裸露帶電部件除外。

(6)電機(jī)風(fēng)扇、風(fēng)扇罩、隔板須有足夠機(jī)械強(qiáng)度，保證可靠固定，并且相互間距符合規(guī)定要求，不得相互碰撞或摩擦而產(chǎn)生火花?？紤]設(shè)計公差，內(nèi)、外風(fēng)扇、風(fēng)扇罩、通風(fēng)孔擋板和它們的緊固件之間的距離應(yīng)至少為風(fēng)扇最大直徑的1/100，但不必大于5mm。在任何情況下，該間距不應(yīng)小于1mm。如果為控制尺寸的同心度和尺寸的穩(wěn)定性，有關(guān)零件經(jīng)機(jī)加工后，間隙可減少至1mm。

(7)電纜引入口要密封嚴(yán)密，并須防止電纜受力拔脫。

3.2.3 熱(溫度)方面的要求

(1)電機(jī)中凡可能與爆炸性混合物接觸的零部件表面的極限溫度不得超過規(guī)定值。

(2)增安型電機(jī)正常運(yùn)行時絕緣繞組的允許溫升，應(yīng)比相應(yīng)的普通電機(jī)的允許溫升降低不少于10℃，這樣一方面提高其安全程度，同時延長繞組壽命。

(3)增安型電機(jī)轉(zhuǎn)子在堵轉(zhuǎn)時間tE內(nèi)，電機(jī)絕緣繞組的極限溫度不得超過規(guī)定值。tE時間一般可以通過試驗確定，對于大于75kW的電機(jī)，允許用計算法求得。

電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時，定子繞組的溫升△θ與時間t的比可按下列公式計算:

式中:j是啟動電流密度，單位A/mm2;

a是常數(shù)(對銅繞組，a=0.0065)。如果采用電流保護(hù)裝置防止超過極限溫度，tE時間的長短應(yīng)當(dāng)電機(jī)被堵轉(zhuǎn)時，電流保護(hù)裝置能夠在tE時間結(jié)束之前使電機(jī)斷開電源。通常，如果電動機(jī)的tE時間大于圖中作為啟動電流比IA/IN函數(shù)關(guān)系確定的tE時間最小值，則這些可滿足上述要求。如果電動機(jī)的tE時間小于圖中的規(guī)定值，則采用合適的過載保護(hù)裝置并通過試驗證明其功能有效后才允許使用。此裝置須在電動機(jī)銘牌上注明。

tE值一般應(yīng)大于10s，同時還要求tE時間應(yīng)不小于轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時過電流延時保護(hù)裝置切斷電機(jī)電源所需的時間。

在確定tE時間中，要注意定子繞組的tE1時間和轉(zhuǎn)子繞組的tE2時間是不同的，應(yīng)取其中較小值作為電機(jī)的tE時間。

式中:j是啟動電流密度，單位A/mm2;

a是常數(shù)

圖1 電動機(jī)tE時間最小值與啟動電流比IA/IN的關(guān)系

tE值和啟動電流比IA/IN均應(yīng)在銘牌上標(biāo)明，以便用戶選用保護(hù)裝置。

采用過電流延時保護(hù)裝置的電機(jī)一般只允許用于輕載啟動和不頻繁啟動的連續(xù)工作狀態(tài)。對于啟動困難(即啟動時間超過1.7倍tE)或頻繁啟動的電機(jī)，須采用特殊保護(hù)裝置。

4 “n”型電機(jī)的防爆原理及設(shè)計理念

4.1 “n”型電機(jī)的防爆原理

這種型式的防爆電機(jī)，在正常運(yùn)行時和規(guī)定的一些異常條件下，不能點燃周圍爆炸性氣體環(huán)境。所謂“正常運(yùn)行和規(guī)定的一些異常條件下”是指電機(jī)的電氣性能和機(jī)械性能符合設(shè)計規(guī)范要求，并在制造商規(guī)定的范圍內(nèi)使用。

“n”型電機(jī)是一種用于地面工廠2區(qū)危險場所的防爆電機(jī)。對于2區(qū)爆炸危險場所，是指不太可能產(chǎn)生爆炸性氣體混合物，即使產(chǎn)生也只能短時存在的場所。另外，對于“n”型電機(jī)，正如前面所述，是一種正常運(yùn)行時不會產(chǎn)生火花，也不太可能產(chǎn)生引起點燃故障的電機(jī)。綜合起來看，一是場所不太可能出現(xiàn)危險，二是電機(jī)不太可能形成點燃源，兩者同時發(fā)生并相遇的機(jī)會就很小，這就容易達(dá)到我們所能接受的安全水平。為了有一個定量的概念，我們就兩者相遇概率作一個粗略的估算。根據(jù)德國、日本、澳大利亞等國的有關(guān)資料介紹，在2區(qū)爆炸危險場所中，每年出現(xiàn)爆炸性混合物的時間不大于10h(一年按8000h計)，亦即爆炸性混合物出現(xiàn)的概率為1/800;假設(shè)電機(jī)每小時起動1次，每次需2s，則1h內(nèi)可能產(chǎn)生火花的概率為兩者相遇的概率為10－7，可見相遇概率極小，達(dá)到我們所能接受的安全水平。這就是“n”型電機(jī)用于2區(qū)爆炸危險場所的原因。

4.2 “n”型電機(jī)的設(shè)計要點

無火花型電機(jī)的設(shè)計與增安型電機(jī)相比，除對絕緣介電強(qiáng)度試驗電壓、tE時間不像增安型電機(jī)那樣做出專門規(guī)定外，其他方面與增安型電機(jī)的設(shè)計要求一樣。

根據(jù)國外資料報道，大型組合結(jié)構(gòu)的無火花型電機(jī)曾因電機(jī)的雜散磁場產(chǎn)生的環(huán)流電流經(jīng)過機(jī)殼上下對接部分的接縫處時產(chǎn)生的電火花引燃周圍爆炸性混合物。1985年末在英國近海鉆探船上發(fā)生過兩起因此種原因而引起的爆炸事故，由于這兩起爆炸事故引起了重視，經(jīng)過研究提出了一些防護(hù)措施。這些措施包括加強(qiáng)緊固防止松動;在未焊接在一起的相鄰金屬件之間加金屬片，以便提供連續(xù)的通路;螺栓等緊固件的尺寸和數(shù)量必須合適，使之能承受環(huán)流而防止出現(xiàn)過高的表面溫度;采用金屬片的地方，安裝用的凸臺應(yīng)焊在板上使接觸電阻減至最小;一定要采取措施防止緊固件逐漸松動;金屬片應(yīng)跨接電流通路中各個接縫;金屬片應(yīng)對稱布置;在軸承室及附近配金屬片時，一定要避免造成軸承絕緣短路。

5 “e”型電機(jī)與“n”型電機(jī)的差異

前面已將“e”型電機(jī)和“n”型電機(jī)的防爆原理及設(shè)計要點做了詳細(xì)介紹，總結(jié)出幾種防爆電機(jī)的主要差異:

(1)絕緣介電強(qiáng)度試驗電壓:增安型電機(jī)比無火花型電機(jī)要求的高。

(2)導(dǎo)線繞組溫升:增安型電機(jī)有tE時間要求。

(3)使用環(huán)境:增安型電機(jī)可以用在1區(qū)危險場所(這里指的是低壓電機(jī)，額定電壓660V以下);無火花型電機(jī)只能用在2區(qū)危險場所。

6 結(jié)束語

隨著石油、化工、煤炭、冶金等工業(yè)的迅速發(fā)展，防止事故爆炸的發(fā)生已成為十分突出的問題。為了解決這個問題就需要我們采取的預(yù)防措施合理、可靠、經(jīng)濟(jì)。首先了解爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域，環(huán)境中出現(xiàn)的爆炸性氣體的類型、溫度組別，在相應(yīng)的區(qū)域和爆炸性氣體環(huán)境中使用哪種防爆型式的電氣設(shè)備是安全可靠的，只有這樣才能有的放矢，設(shè)計、生產(chǎn)出即安全可靠又經(jīng)濟(jì)實用的防爆電氣設(shè)備。

［1］工業(yè)防爆實用技術(shù)手冊［S］.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社出版的.

［2］GB3836.1－2010爆炸性環(huán)境第1部分:設(shè)備通用要求［S］.

［3］GB3836.3－2010爆炸性環(huán)境第3部分:由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備［S］.

［4］GB3836.8－2003爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第8部分:“n”型電氣設(shè)備［S］.

［5］GB3836.14－2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第14部分:危險場所分類［S］.

［6］GB3836.15－2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第15部分:危險場所電氣安裝(煤礦除外)［S］.