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

時間：2020-08-21作者：南陽云防爆科技有限公司瀏覽：93

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

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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性接地系統(tǒng)是各不相同的。這里主要且簡單地介紹一下供電系統(tǒng)的接地模式。
　　對于交流電壓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)該在非危險場所進行，在那里將保護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環(huán)境中還是在非爆炸性危險環(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)。
　　在危險場所中，防爆正壓柜設(shè)計人員還應(yīng)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(chǎn)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(tǒng)
　　在TN-C系統(tǒng)中，電源側(cè)有一點直接接地，用電設(shè)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(tǒng)如圖15所示。在爆炸性危險場所的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(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)備的外露導電部分直接接地。IT系統(tǒng)如圖16所示。
　　假若在爆炸性危險場所中使用這種接地系統(tǒng)，防爆正壓柜設(shè)計人員應(yīng)該在系統(tǒng)中設(shè)置絕緣監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測接地故障。
除了上述的千伏級以下的供電系統(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SELV(Safety　Extra Low Voltage)和PELV(ProtetiVe Extm h Voltage)表示；系統(tǒng)的標稱電壓不**過交流50V有效值)和直流120V；系統(tǒng)的電源為符合國家標準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)該符合國家標準GB 16895.21-201111.低壓電氣裝置*4—1部分：安全防護電擊防護]和GB 3836.15[爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備*15部分：危險場所電氣安裝(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)；當采用其他供電系統(tǒng)(Tr系統(tǒng)IT系統(tǒng))時還應(yīng)該附加相應(yīng)的漏電保護或絕緣檢測裝置。
　　(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)。在爆炸性危險環(huán)境中進行電氣設(shè)計和安裝時，防爆正壓柜設(shè)計人員和安裝人員不僅要仔細地考慮電氣系統(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入設(shè)備的方式。
　　因而，在系統(tǒng)設(shè)計時，防爆正壓柜設(shè)計人員必須考慮設(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)備例如電動機，則它只輸出機械功；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)，這就需要一臺設(shè)備設(shè)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(shè)計人員在選擇隔爆型磁力起動器時應(yīng)該考慮以下兩種情況：
　　*1種情況：僅要求在“本地”進行控制。此時，控制設(shè)備只需設(shè)置兩個電纜引入裝置，一個供電源進入控制設(shè)備，另一個從控制設(shè)備引出電源，然后進入被控制設(shè)備。
　　*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(shè)備需要設(shè)置三個電纜引入裝置，除符合本地控制的要求外，*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(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)計和施工時，人們應(yīng)該遵守以下原則：
　?、俨捎肨N-S系統(tǒng)供電。
　?、诎凑沼秒娫O(shè)備-控制設(shè)備-配電設(shè)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(yīng)的電纜。
　　③根據(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)。
　?、苓x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。
　　當人們按照上述原則完成相應(yīng)的作業(yè)后，現(xiàn)場施工將不會遇到太大的麻煩。
     （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)的點燃爆炸危險。
　　在爆炸性危險場所中，防爆電氣設(shè)備需要接地時通常采用雙重接地模式(移動式設(shè)備除外)，既進行所謂的“內(nèi)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(yīng)防爆電氣設(shè)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(tǒng)時應(yīng)該采用TN-S系統(tǒng)，即所謂的“三相五線制”。這是因為，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性接地線，那就無法實現(xiàn)內(nèi)接地。TN-S系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)相連接，實現(xiàn)設(shè)備的內(nèi)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(tǒng)，還是TT系統(tǒng)，抑或IT系統(tǒng)，都必須有一個較小截面積(表4)。而且，它的材質(zhì)必須與主電路(相導體)的材質(zhì)相同，否則較小截面積必須按照材料的電導率進行相應(yīng)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(guān)系

主電路(相)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(yīng)該指出的是，假若按照表4得出的計算值不是標稱值，應(yīng)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(shè)備的內(nèi)接地外，設(shè)備還應(yīng)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?shù)氐慕拥鼐W(wǎng)絡(luò)中；有時候，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(jié)構(gòu)件進行等電位連接，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(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(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進行這種等電位連接。
　　“i”本質(zhì)安全型設(shè)備的外露金屬部件，采用陰極保護措施的相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)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(huán)境中電氣網(wǎng)絡(luò)的保護，除符合普通電氣網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有的保護措施外，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要求。
　　防爆正壓柜設(shè)計人員應(yīng)該對用電設(shè)備設(shè)置過載、短路和接地故障保護。
　　通常認為，當用電設(shè)備發(fā)生過載時，如果過載電流**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(zhuǎn)電動機來說，過載保護裝置可以選用：
　?、傺訒r時間繼電器，監(jiān)控三相過載電流的延續(xù)時間。當整定值為1.2倍額定電流時，過載保護裝置應(yīng)該在2h以內(nèi)動作；當整定值為1.05倍額定電流時，過載保護裝置應(yīng)該在2h以內(nèi)不動作。
　?、跍囟葌鞲性度腚妱訖C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)該防止三相電動機在斷相情況下運行。
　　對于變壓器來說，防爆正壓柜設(shè)計人員也必須配置過載保護裝置，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)電流不會造成不允許的危險溫度，或者，二次側(cè)不可能發(fā)生短路。
　　對于除電動機以外的其他用電設(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系統(tǒng)自動重新合閘。
　　對爆炸性危險場所供電，設(shè)計人員還應(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(xù)運行的設(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(shè)置的。例如，在用電設(shè)備的**級安裝隔離開關(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切斷裝置。在實際應(yīng)用中，中性線突然斷開后不平衡的電壓和電流導致設(shè)備損壞的例子比比皆是。

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