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啟東正壓防爆電器有限公司

防爆電器:防爆正壓柜,防爆配電箱,防爆燈具,防爆儀表

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新聞動態

爆炸性氣體環境中電氣設備的安裝供電系統和電氣保護

發布時間:2019/7/18
  1.供電系統
  在電力供電系統中,通常采用三種供電制:三相五線制、三線四線制和三相三線制。在這些供電制中,電源與用電設備之間的電氣連接及保護性接地系統是各不相同的。這里主要且簡單地介紹一下供電系統的接地模式。
  對于交流電壓1000V(有效值)以下的電氣系統,系統的接地模式有三種:TN系統、TT系統和IT系統。
  (1)TN系統
  在爆炸性氣體環境中,防爆正壓柜設計人員應該采用TN-s系統,假若采用TN-c系統和TN—s系統的轉換系統,這種轉換應該在非危險場所進行,在那里將保護性接地線連接到等電位系統中。
  這里需要指出的是,不管是在爆炸性危險環境中還是在非爆炸性危險環境中,只要將TN—C系統轉換為TN.C.S系統,就不允許再將7rN—c—s系統反向轉換為TN—c系統。
  在危險場所中,防爆正壓柜設計人員還應該考慮到中性點的電位可能引起的麻煩。因為用電負荷的不平衡將會導致中性點電位升高,不處在地電位(0電位),于是,中性線和保護性接地線之間就產生一個電位差。顯然,這是一個十分令人討厭的問題。
  (2)TT系統
  在TN-C系統中,電源側有一點直接接地,用電設備的外露導電部分也直接接地,但是,兩個接地點在電氣上是相互獨立的。
  TT系統如圖15所示。在爆炸性危險場所的1區中,如果采用TT系統,應該在電源側設置漏電保護裝置進行電氣保護。
  接地電阻高的地方不允許使用這種系統。
  
  圖 TT系統
  L1、12、L3一相線 N一中性線置接地極
  (3)IT系統
  在這種系統中,電源側不直接接地或通過高阻阻抗接地,用電設備的外露導電部分直接接地。IT系統如圖16所示。
  假若在爆炸性危險場所中使用這種接地系統,防爆正壓柜設計人員應該在系統中設置絕緣監測裝置,實時監測接地故障。
除了上述的千伏級以下的供電系統外,在爆炸性氣體環境中電還有可能使用特低電壓供電系統。這種系統用符號SELV(Safety Extra Low Voltage)和PELV(ProtetiVe Extm h Voltage)表示;系統的標稱電壓不超過交流50V有效值)和直流120V;系統的電源為符合國家標準GB 19212.7[電力變壓器、電源裝置和類似產品的安全第7部分:一般用途安全隔離變壓器的特殊要求]規定的安全隔離變壓器電源或其他等效的安全電源。這些系統應該符合國家標準GB 16895.21-201111.低壓電氣裝置第4—1部分:安全防護電擊防護]和GB 3836.15[爆炸性氣體環境用電氣設備第15部分:危險場所電氣安裝(煤礦除外)]的相關規定,這里不再贅述。
  
  圖16 IT系統 L1.12、L3--相線
  2.電氣結線
  在爆炸性氣體環境中,一般情況下,要求采用IN.S系統;當采用其他供電系統(Tr系統IT系統)時還應該附加相應的漏電保護或絕緣檢測裝置。
  (1)設備連接
  在爆炸性氣體環境中,防爆電氣設備的電氣輸入和電氣輸出都必須通過電纜引入裝置進行。
  電纜引入裝置是保證防爆電氣設備防爆安全性能的關鍵環節。在爆炸性危險環境中進行電氣設計和安裝時,防爆正壓柜設計人員和安裝人員不僅要仔細地考慮電氣系統的電氣性能,而且還應該根據防爆型式來考慮電纜進入設備的方式。
  因而,在系統設計時,防爆正壓柜設計人員必須考慮設備類型和操作方式,從而選擇符合安裝要求的設備。
  這里所說的“設備類型”是指防爆電氣設備是終端設備還是控制設備。如果是終端設備例如電動機,則它只輸出機械功;例如照明燈具,則它只發出光和熱,如此等等。這樣,設備,需一個電纜引入裝置將電源引入設備就可以了。如果是控制設備,則它不僅有電源輸入而且還有電氣輸出(控制信號),這就需要一臺設備設置多個電纜引入裝置,而且這些引入裝置的尺寸也是不同的。
  這里以隔爆型磁力起動器為例來說明一下。磁力起動器的電氣控制原理示意圖如圖所示。人們希望在不同的位置通過它控制一臺隔爆型交流三相異步電動機。為此,防爆正壓柜設計人員在選擇隔爆型磁力起動器時應該考慮以下兩種情況:
  第1種情況:僅要求在“本地”進行控制。此時,控制設備只需設置兩個電纜引入裝置,一個供電源進入控制設備,另一個從控制設備引出電源,然后進入被控制設備。
  第2種情況:除“本地”控制外,還需要在“異地”進行控制,即“遠程”控制。此時,控制設備需要設置三個電纜引入裝置,除符合本地控制的要求外,第3個電纜引入裝置引出電纜供“遠程”控制按鈕連接使用。
  當然,對于隔爆型交流三相異步電動機來說,中性線(N)和保護性接地線(PE)可以合二為一,采用TN-c系統。
  1一電源輸入電纜引入裝置
  2一電源輸出電纜引入裝置
  3一電氣輸出電纜引入裝置
  4—控制設備(隔爆型磁力起動器)
  由此可見,為了能夠合理而有效地選擇和安裝防爆電氣系統,在設計和施工時,人們應該遵守以下原則:
  ①采用TN-S系統供電。
  ②按照用電設備-控制設備-配電設備的順序從“低層”逐漸向“高層”計算和核算電流,并以這些電流來選擇相應的電纜。
  ③根據功能和電流(電纜外徑)來選擇相應的防爆電氣設備(電纜引入裝置)。
  ④選擇防爆電氣設備后還要再核算一下電纜外徑與電纜引入裝置的匹配性。
  當人們按照上述原則完成相應的作業后,現場施工將不會遇到太大的麻煩。
(2)接地
  大家知道,普通工業或民用供電系統接地的主要目的是保障人和設備的安全。然而,在爆炸性氣體環境中,系統接地,除上述目的外,還能夠防止可能出現的點燃爆炸危險。
  在爆炸性危險場所中,防爆電氣設備需要接地時通常采用雙重接地模式(移動式設備除外),既進行所謂的“內接地”(主接地),又進行所謂的“外接地”(輔助接地)。這一點很重要。
  在這里我們建議,為了適應防爆電氣設備的這種雙重接地模式,在爆炸性危險場所中安裝電氣系統時應該采用TN.S系統,即所謂的“三相五線制”。這是因為,通常情況下,防爆電氣設備是通過專門的電纜引入裝置將電纜引入設備的,假若引入電纜的芯線中不包含保護性接地線,那就無法實現內接地。TN-S系統就要求引入電纜必須具有保護性接地芯線,直接同電源的接地網絡相連接,實現設備的內接地功能。
  至于保護性接地芯線導體的截面積,不管是TN系統,還是TT系統,抑或IT系統,都必須有一個最小截面積(表4)。而且,它的材質必須與主電路(相導體)的材質相同,否則最小截面積必須按照材料的電導率進行相應的修正。
  表4保護性接地芯線導體截面積與主電路導體截面積的關系

主電路()導體的截面積So/mm2

保護性接地芯線導體截面積s/mm2

s0小于等于16

So

16小于So小于等于35

16

35小于So

0.550

  這里應該指出的是,假若按照表4得出的計算值不是標稱值,應該進行圓整并選取比它大的標稱值,而且這個值無論如何也不得小于4mm2。
  除了設備的內接地外,設備還應該進行可靠的外接地。外接地的接地導體直接就近連接在當地的接地網絡中;有時候,設備的金屬外殼安裝在接地的金屬結構件上并同它保持“金屬”接觸,也可以被認為是一種外接地。
  (3)等電位連接
  爆炸性危險場所中的電氣安裝,要求各個可能成為導電部件的金屬結構件進行等電位連接,以保證這些結構件不管在任何情況下都處于同電位(地電位)。
  在TN系統、TT系統和IT系統中,所有外露的導電部件,例如保護性導線、金屬導管、電纜的金屬護套、鎧裝電纜的鎧裝金屬絲(鎧裝金屬帶)和所有裝置的金屬結構件,都必須可靠地連接在等電位系統中。但是,中性導體(中性線)不得進行等電位連接。
  在這種連接中,假若外露的導電部件安裝在接地的金屬結構件上,并同金屬結構件保持“金屬”接觸的話,那么,人們就沒有必要再單獨進行這種等電位連接。
  “i”本質安全型設備的外露金屬部件,采用陰極保護措施的相關金屬結構件,也沒有必要進行等電位連接。
  3.電氣保護
  在爆炸性氣體環境中電氣網絡的保護,除符合普通電氣網絡應該具有的保護措施外,還應該考慮這種環境的特殊情況提出一些專門的保護要求。
  防爆正壓柜設計人員應該對用電設備設置過載、短路和接地故障保護。
  通常認為,當用電設備發生過載時,如果過載電流超過額定電流10倍以上,則這樣的“過載”被認為是“短路”。這是一個模糊的概念。
  對于旋轉電動機來說,過載保護裝置可以選用:
  ①延時時間繼電器,監控三相過載電流的延續時間。當整定值為1.2倍額定電流時,過載保護裝置應該在2h以內動作;當整定值為1.05倍額定電流時,過載保護裝置應該在2h以內不動作。
  ②溫度傳感元件,嵌入電動機繞組內以監控繞組的溫度。
  ③其他的等效元器件或裝置,例如熔斷器等。
  此外,還應該防止三相電動機在斷相情況下運行。
  對于變壓器來說,防爆正壓柜設計人員也必須配置過載保護裝置,除非一次側在額定電壓和額定頻率條件下二次側發生的持續過載(短路)電流不會造成不允許的危險溫度,或者,二次側不可能發生短路。
  對于除電動機以外的其他用電設備來說,短路和接地故障是威脅電氣安全的主要因素。
  短路和接地故障的保擰裝置不應該在故障沒有排除之前使被保護系統自動重新合閘。
  對爆炸性危險場所供電,防爆正壓柜設計人員還應該配置緊急斷電措施和電氣隔離措施。
  緊急斷電措施應該設置在危險場所以外,在緊急情況下拉閘斷電。但是,在危險場所中必連續運行的設備不得包括在緊急斷電電路中,應該另設單獨的線路,以防止危險場所中事故狀進一步惡化。
  電氣隔離措施是為了便于某一電路斷電或供電而設置的。例如,在用電設備的前一級安裝隔離開關,等等。
  這里必須特殊指出,電氣系統的中性線不得安裝如熔斷器之類的自動切斷裝置。在實際應用中,中性線突然斷開后不平衡的電壓和電流導致設備損壞的例子比比皆是。