爆炸性氣體環(huán)境中電氣設(shè)備安裝的供電系統(tǒng)和電氣保護(hù)

時(shí)間：2020-08-21作者：南陽云防爆科技有限公司瀏覽：94

爆炸性氣體環(huán)境中電氣設(shè)備安裝的供電系統(tǒng)和電氣保護(hù)

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　　1.供電系統(tǒng)


　　在電力供電系統(tǒng)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(shè)備之間的電氣連接及保護(hù)性接地系統(tǒng)是各不相同的。這里主要且簡(jiǎn)單地介紹一下供電系統(tǒng)的接地模式。
　　對(duì)于交流電壓1000V(有效值)以下的電氣系統(tǒng)，系統(tǒng)的接地模式有三種：TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。
　　(1)TN系統(tǒng)
　　在爆炸性氣體環(huán)境中，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員應(yīng)該采用TN-s系統(tǒng)，假若采用TN-c系統(tǒng)和TN—s系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，這種轉(zhuǎn)換應(yīng)該在非危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行，在那里將保護(hù)性接地線連接到等電位系統(tǒng)中。
　　這里需要指出的是，不管是在爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境中還是在非爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境中，只要將TN—C系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為TN.C.S系統(tǒng)，就不允許再將TN—c—s系統(tǒng)反向轉(zhuǎn)換為TN—c系統(tǒng)。
　　在危險(xiǎn)場(chǎng)所中，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該考慮到中性點(diǎn)的電位可能引起的麻煩。因?yàn)橛秒娯?fù)荷的不平衡將會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)電位升高，不處在地電位(0電位)，于是，中性線和保護(hù)性接地線之間就產(chǎn)生一個(gè)電位差。顯然，這是一個(gè)十分令人討厭的問題。
　　(2)TT系統(tǒng)
　　在TN-C系統(tǒng)中，電源側(cè)有一點(diǎn)直接接地，用電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分也直接接地，但是，兩個(gè)接地點(diǎn)在電氣上是相互獨(dú)立的。
　　TT系統(tǒng)如圖15所示。在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所的1區(qū)中，如果采用TT系統(tǒng)，應(yīng)該在電源側(cè)設(shè)置漏電保護(hù)裝置進(jìn)行電氣保護(hù)。
　　接地電阻高的地方不允許使用這種系統(tǒng)。

　　圖 TT系統(tǒng)
　　L1、L2、L3一相線 N一中性線置接地較
　　(3)IT系統(tǒng)
　　在這種系統(tǒng)中，電源側(cè)不直接接地或通過高阻阻抗接地，用電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分直接接地。IT系統(tǒng)如圖16所示。
　　假若在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所中使用這種接地系統(tǒng)，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在系統(tǒng)中設(shè)置絕緣監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接地故障。
除了上述的千伏級(jí)以下的供電系統(tǒng)外，在爆炸性氣體環(huán)境中電還有可能使用特低電壓供電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)用符號(hào)SELV(Safety　Extra Low Voltage)和PELV(ProtetiVe Extm h Voltage)表示；系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓不**過交流50V有效值)和直流120V；系統(tǒng)的電源為符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 19212.7[電力變壓器、電源裝置和類似產(chǎn)品的安全*7部分：一般用途安全隔離變壓器的特殊要求]規(guī)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(tǒng)應(yīng)該符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16895.21-201111.低壓電氣裝置*4—1部分：安全防護(hù)電擊防護(hù)]和GB 3836.15[爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備*15部分：危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安裝(煤礦除外)]的相關(guān)規(guī)定，這里不再贅述。

　　圖 IT系統(tǒng) L1.L2、L3--相線


　　2.電氣接線


　　在爆炸性氣體環(huán)境中，一般情況下，要求采用IN.S系統(tǒng)；當(dāng)采用其他供電系統(tǒng)(Tr系統(tǒng)IT系統(tǒng))時(shí)還應(yīng)該附加相應(yīng)的漏電保護(hù)或絕緣檢測(cè)裝置。
　　(1)設(shè)備連接
　　在爆炸性氣體環(huán)境中，防爆電氣設(shè)備的電氣輸入和電氣輸出都必須通過電纜引入裝置進(jìn)行。
　　電纜引入裝置是保證防爆電氣設(shè)備防爆安全性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員和安裝人員不僅要仔細(xì)地考慮電氣系統(tǒng)的電氣性能，而且還應(yīng)該根據(jù)防爆型式來考慮電纜進(jìn)入設(shè)備的方式。
　　因而，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員必須考慮設(shè)備類型和操作方式，從而選擇符合安裝要求的設(shè)備。
　　這里所說的“設(shè)備類型”是指防爆電氣設(shè)備是終端設(shè)備還是控制設(shè)備。如果是終端設(shè)備例如電動(dòng)機(jī)，則它只輸出機(jī)械功；例如照明燈具，則它只發(fā)出光和熱，如此等等。這樣，設(shè)備，需一個(gè)電纜引入裝置將電源引入設(shè)備就可以了。如果是控制設(shè)備，則它不僅有電源輸入而且還有電氣輸出(控制信號(hào))，這就需要一臺(tái)設(shè)備設(shè)置多個(gè)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(dòng)器為例來說明一下。磁力起動(dòng)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(tái)隔爆型交流三相異步電動(dòng)機(jī)。為此，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員在選擇隔爆型磁力起動(dòng)器時(shí)應(yīng)該考慮以下兩種情況：
　　*1種情況：僅要求在“本地”進(jìn)行控制。此時(shí)，控制設(shè)備只需設(shè)置兩個(gè)電纜引入裝置，一個(gè)供電源進(jìn)入控制設(shè)備，另一個(gè)從控制設(shè)備引出電源，然后進(jìn)入被控制設(shè)備。
　　*2種情況：除“本地”控制外，還需要在“異地”進(jìn)行控制，即“遠(yuǎn)程”控制。此時(shí)，控制設(shè)備需要設(shè)置三個(gè)電纜引入裝置，除符合本地控制的要求外，*3個(gè)電纜引入裝置引出電纜供“遠(yuǎn)程”控制按鈕連接使用。
　　當(dāng)然，對(duì)于隔爆型交流三相異步電動(dòng)機(jī)來說，中性線(N)和保護(hù)性接地線(PE)可以合二為一，采用TN-c系統(tǒng)。
　　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(shè)備(隔爆型磁力起動(dòng)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(tǒng)，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)，人們應(yīng)該遵守以下原則：
　　①采用TN-S系統(tǒng)供電。
　　②按照用電設(shè)備-控制設(shè)備-配電設(shè)備的順序從“低層”逐漸向“高層”計(jì)算和核算電流，并以這些電流來選擇相應(yīng)的電纜。
　?、鄹鶕?jù)功能和電流(電纜外徑)來選擇相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備(電纜引入裝置)。
　　④選擇防爆電氣設(shè)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(dāng)人們按照上述原則完成相應(yīng)的作業(yè)后，現(xiàn)場(chǎng)施工將不會(huì)遇到太大的麻煩。
     （2）接地
　　大家知道，普通工業(yè)或民用供電系統(tǒng)接地的主要目的是**人和設(shè)備的安全。然而，在爆炸性氣體環(huán)境中，系統(tǒng)接地，除上述目的外，還能夠防止可能出現(xiàn)的點(diǎn)燃爆炸危險(xiǎn)。
　　在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所中，防爆電氣設(shè)備需要接地時(shí)通常采用雙重接地模式(移動(dòng)式設(shè)備除外)，既進(jìn)行所謂的“內(nèi)接地”(主接地)，又進(jìn)行所謂的“外接地”(輔助接地)。這一點(diǎn)很重要。
　　在這里我們建議，為了適應(yīng)防爆電氣設(shè)備的這種雙重接地模式，在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所中安裝電氣系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該采用TN-S系統(tǒng)，即所謂的“三相五線制”。這是因?yàn)?，通常情況下，防爆電氣設(shè)備是通過專門的電纜引入裝置將電纜引入設(shè)備的，假若引入電纜的芯線中不包含保護(hù)性接地線，那就無法實(shí)現(xiàn)內(nèi)接地。TN-S系統(tǒng)就要求引入電纜必須具有保護(hù)性接地芯線，直接同電源的接地網(wǎng)絡(luò)相連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的內(nèi)接地功能。
　　至于保護(hù)性接地芯線導(dǎo)體的截面積，不管是TN系統(tǒng)，還是TT系統(tǒng)，抑或IT系統(tǒng)，都必須有一個(gè)較小截面積(表4)。而且，它的材質(zhì)必須與主電路(相導(dǎo)體)的材質(zhì)相同，否則較小截面積必須按照材料的電導(dǎo)率進(jìn)行相應(yīng)的修正。

　　表4保護(hù)性接地芯線導(dǎo)體截面積與主電路導(dǎo)體截面積的關(guān)系

主電路(相)導(dǎo)體的截面積So/mm2

保護(hù)性接地芯線導(dǎo)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(yīng)該指出的是，假若按照表4得出的計(jì)算值不是標(biāo)稱值，應(yīng)該進(jìn)行圓整并選取比它大的標(biāo)稱值，而且這個(gè)值無論如何也不得小于4mm2。
　　除了設(shè)備的內(nèi)接地外，設(shè)備還應(yīng)該進(jìn)行可靠的外接地。外接地的接地導(dǎo)體直接就近連接在當(dāng)?shù)氐慕拥鼐W(wǎng)絡(luò)中；有時(shí)候，設(shè)備的金屬外殼安裝在接地的金屬結(jié)構(gòu)件上并同它保持“金屬”接觸，也可以被認(rèn)為是一種外接地。
　　(3)等電位連接
　　爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所中的電氣安裝，要求各個(gè)可能成為導(dǎo)電部件的金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行等電位連接，以保證這些結(jié)構(gòu)件不管在任何情況下都處于同電位(地電位)。
　　在TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)中，所有外露的導(dǎo)電部件，例如保護(hù)性導(dǎo)線、金屬導(dǎo)管、電纜的金屬護(hù)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(jié)構(gòu)件，都必須可靠地連接在等電位系統(tǒng)中。但是，中性導(dǎo)體(中性線)不得進(jìn)行等電位連接。
　　在這種連接中，假若外露的導(dǎo)電部件安裝在接地的金屬結(jié)構(gòu)件上，并同金屬結(jié)構(gòu)件保持“金屬”接觸的話，那么，人們就沒有必要再單獨(dú)進(jìn)行這種等電位連接。
　　“i”本質(zhì)安全型設(shè)備的外露金屬部件，采用陰極保護(hù)措施的相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)件，也沒有必要進(jìn)行等電位連接。


　　3.電氣保護(hù)


　　在爆炸性氣體環(huán)境中電氣網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，除符合普通電氣網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有的保護(hù)措施外，還應(yīng)該考慮這種環(huán)境的特殊情況提出一些專門的保護(hù)要求。
　　防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)用電設(shè)備設(shè)置過載、短路和接地故障保護(hù)。
　　通常認(rèn)為，當(dāng)用電設(shè)備發(fā)生過載時(shí)，如果過載電流**過額定電流10倍以上，則這樣的“過載”被認(rèn)為是“短路”。這是一個(gè)模糊的概念。
　　對(duì)于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)來說，過載保護(hù)裝置可以選用：
　?、傺訒r(shí)時(shí)間繼電器，監(jiān)控三相過載電流的延續(xù)時(shí)間。當(dāng)整定值為1.2倍額定電流時(shí)，過載保護(hù)裝置應(yīng)該在2h以內(nèi)動(dòng)作；當(dāng)整定值為1.05倍額定電流時(shí)，過載保護(hù)裝置應(yīng)該在2h以內(nèi)不動(dòng)作。
　?、跍囟葌鞲性度腚妱?dòng)機(jī)繞組內(nèi)以監(jiān)控繞組的溫度。
　?、燮渌牡刃г骷蜓b置，例如熔斷器等。
　　此外，還應(yīng)該防止三相電動(dòng)機(jī)在斷相情況下運(yùn)行。
　　對(duì)于變壓器來說，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員也必須配置過載保護(hù)裝置，除非一次側(cè)在額定電壓和額定頻率條件下二次側(cè)發(fā)生的持續(xù)過載(短路)電流不會(huì)造成不允許的危險(xiǎn)溫度，或者，二次側(cè)不可能發(fā)生短路。
　　對(duì)于除電動(dòng)機(jī)以外的其他用電設(shè)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(yīng)該在故障沒有排除之前使被保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)重新合閘。
　　對(duì)爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所供電，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該配置緊急斷電措施和電氣隔離措施。
　　緊急斷電措施應(yīng)該設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所以外，在緊急情況下拉閘斷電。但是，在危險(xiǎn)場(chǎng)所中必連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備不得包括在緊急斷電電路中，應(yīng)該另設(shè)單獨(dú)的線路，以防止危險(xiǎn)場(chǎng)所中事故狀進(jìn)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(shè)置的。例如，在用電設(shè)備的**級(jí)安裝隔離開關(guān)，等等。
　　這里必須特殊指出，電氣系統(tǒng)的中性線不得安裝如熔斷器之類的自動(dòng)切斷裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，中性線突然斷開后不平衡的電壓和電流導(dǎo)致設(shè)備損壞的例子比比皆是。

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