電氣防火限流式保護器在可燃性粉塵危險場所的應用

hth下载地址 陳聰

摘要：文章闡述了可燃性粉塵的特點及可燃性粉塵環境粉塵爆炸的危害性，結合國家現行的電氣產(chan) 品規範的要求，通過一個(ge) 提取車間內(nei) 部粉塵爆炸危險區域的電氣設計實例，係統闡述了可燃性粉塵危險環境的分區原則、電氣設備選型、線路短路滅弧保護設計、防雷防靜電設計等，結尾提出不斷利用新技術新產(chan) 品提高可燃性粉塵危險場所的設計水平的要求。

關(guan) 鍵詞：可燃性粉塵；電氣設備；高表麵溫度；防雷防靜電設計；電氣防火限流式保護器；

1 概述

所謂的可燃性粉塵環境，是指在大氣環境的條件下，粉塵或纖維狀的可燃性物質與(yu) 空氣的混合物點燃後，燃燒將傳(chuan) 至全部未燃燒混合物的環境。隨著現代工業(ye) 技術的發展，可燃性粉塵的危險場所在不斷增多，其危害變得不可避免，相應的粉塵爆炸事故也時有發生。1987年3月15日我國哈爾濱亞(ya) 麻紡織廠發生的特大型亞(ya) 麻粉塵爆炸事故，造成了巨大的人身傷(shang) 亡和財產(chan) 損失。因此，在這可燃性粉塵環境下的電氣設計，不僅(jin) 要嚴(yan) 格按照國家設計標準、規範要求，正確選用粉塵防爆電氣設備，還可以結合時下較新技術，采用針對線路電弧保護的新產(chan) 品，其中電氣防火限流式保護器就是比較合理的線路短路滅弧產(chan) 品。

2 相關(guan) 標準和規範

在可燃性粉塵危險環境的電氣設計中，可以參考的國家規範和行業(ye) 規範有：

（1）《可燃性粉塵環境用電氣設備（第①部分）：用外殼和限製表麵溫度保護的電氣設備》（GB 12476.1-2000）第①節：電氣設備的技術要求。

（2）《可燃性粉塵環境用電氣設備（第2部分）：選型和安裝》（GB 12476.2-2010）。

（3）《粉塵防爆安全規程》（GB 15577-2007）。

（4）安全生產(chan) 行業(ye) 規範《危險場所電氣防爆安全規範》（AQ 3009-2007）。

（5）設計規範《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範》（GB 50058-92）。

經研究可以發現：現行產(chan) 品規範GB 12476.1-2000與(yu) 現行國家設計規範GB 50058-92相比較起來，在電氣設備的型式、外殼的防護類型、粉塵危險區域的劃分、可燃性粉塵引燃溫度分組等多方麵有著很多不一致。鑒於(yu) 目前市場上大部分防爆電氣廠家的產(chan) 品均按新產(chan) 品規範GB 12476.1-2000設計、製造和檢驗，並且，在可燃性粉塵危險環境用電氣設備選型及粉塵危險區域劃分等方麵上，GB 12476與(yu) 國際標準IEC 61241、行業(ye) 標準AQ 3009-2007是一致的，本次設計中電氣設備的選型將按照產(chan) 品規範GB 12476.1-2000進行。

3 電氣設備選型

根據國家規範GB 12476及行業(ye) 規範AQ3009-2007第4.2.2.3條，按照可燃性粉塵/空氣混合物出現的頻率和持續時間及粉塵層的厚度，可將可燃性粉塵危險環境分成20區、21區和22區三個(ge) 區域等級。每個(ge) 區的特性如下：20區在正常運行過程中可燃性粉塵連續出現或經常出現，其數量足以形成可燃性粉塵與(yu) 空氣混合物和/或可能形成無法控製和較厚的粉塵層的場所及容器內(nei) 部。21區為(wei) 粉塵爆炸危險環境分區，21區在正常運行中，可能出現粉塵數量足以形成可燃性粉塵與(yu) 空氣混合物但未劃入20區的場所。該區域包括：與(yu) 充入或排放粉塵點直接相鄰的場所、出現粉塵層和正常操作情況下可能產(chan) 生可燃濃度的可燃性粉塵與(yu) 空氣混合物的場所。22區在異常條件下，可燃性粉塵偶爾出現並且隻是短時間存在或可燃性粉塵偶爾出現堆積或可能存在粉塵層並且產(chan) 生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時，則應劃分為(wei) 21區。

可燃性粉塵環境的分區的程序及舉(ju) 例可參考GB 12476.3-2007/IEC 61241-10：2004的附錄A或者AQ 3009-2007的附錄C。

對於(yu) 電氣設計人員來說，選擇合理的粉塵防爆隔爆電器是消滅由電氣設備引起的電火花火源的可靠方法。

Ⅱ類電氣設備的表麵溫度可分為(wei) T1-T6共6個(ge) 組別：T1表麵溫度450℃，T2表麵溫度300℃，T3表麵溫度200℃，T4表麵溫度135℃，T5表麵溫度100℃，T6表麵溫度85℃。

目前IEC標準中有關(guan) 粉塵外殼存在著A、B兩(liang) 種設計型式，分別代表了歐洲和北美兩(liang) 種標準體(ti) 係。雖然這兩(liang) 種設計型式對於(yu) 設備的選型/安裝要求不同，但是具有相同的保護水平，是可以通用的。目前國內(nei) 市場上的防爆電氣廠商大多按照A型設計、製造。

對於(yu) A型電氣設備，其高表麵溫度應不超過相關(guan) 粉塵雲(yun) 低點燃溫度的2/3，即Tmax≤2/3Tcl。當存在粉塵層厚度至5mm時，其表麵溫度不應超過相關(guan) 粉塵層厚度為(wei) 5mm的點燃溫度減去75K，即Tmax≤T5mm－75K，取兩(liang) 者的小值。對於(yu) B型電氣設備，其表麵溫度應不超過相關(guan) 粉塵雲(yun) 低點燃溫度的2/3，即Tmax≤2/3Tcl。當存在粉塵層厚度至12.5mm時，其高表麵溫度不應超過相關(guan) 粉塵層厚度為(wei) 12.5mm的低點燃溫度減去25K，即Tmax≤T12.5mm－25K，取兩(liang) 者的較小值。

綜上所述，我們(men) 可以得出，A型電氣設備和B型電氣設備的選型要求在僅(jin) 存在相關(guan) 粉塵雲(yun) 的環境中是*一致的，兩(liang) 者隻有在粉塵層厚度超過一定數量的時候，選型要求才會(hui) 有所差別。

具體(ti) 到設計工程中，本工程中建築采用全現澆框架結構，生產(chan) 類別為(wei) 丙類，耐火等級為(wei) ①級。建築麵積為(wei) 10871m2，建築主體(ti) 為(wei) 二層，建築高度為(wei) 19.3m。車間工藝主要通過微生物發酵液經過離心噴霧幹燥、混合包裝得到恩拉黴素成品。幹菌絲(si) 氣力輸送設備分別占據了建築物一、二層的一個(ge) 房間。根據工藝條件，我們(men) 把這兩(liang) 個(ge) 房間劃分為(wei) 可燃性粉塵爆炸危險環境。

依據以上原則，我們(men) 可以分析出本次提取車間內(nei) 部可燃性粉塵危險區域所需要選用電氣設備的防爆等級。由於(yu) 提取車間內(nei) 部幹菌絲(si) 氣力輸送係統隻有在異常的條件下，可燃性粉塵才會(hui) 偶爾出現並且產(chan) 生可燃性粉塵空氣混合物，因此可以將幹菌絲(si) 氣力輸送係統所在的房間劃分為(wei) 粉塵防爆22區。

而幹菌絲(si) 作為(wei) 化工飼料，其在高溫時，粉塵雲(yun) 低點燃溫度為(wei) 130℃。由於(yu) 電氣設備距離粉塵釋放源有一定的距離，現場又采取了除塵措施，從(cong) 而可以排除粉塵層堆積厚度達到5mm或12.5mm的情況。

Tmax≤2/3Tcl＝86.7℃

可知選擇的可燃性粉塵環境用電氣設備（包括燈具、電機、現場操作柱等）隻需要高於(yu) 以下標準：DIP A22 TA 85℃（或TA，T6）IP6X，即可滿足提取車間可燃性粉塵危險環境的電氣設計要求。

4 防雷設計

依據《建築物防雷設計規範》（GB 50057-2010）第3.0.3條的第7點：具有2區或22區爆炸危險場所的建築物，應劃為(wei) 第②類防雷建築物。本提取車間的幹菌絲(si) 氣力輸送係統所占房間應劃分為(wei) 第②類防雷建築物部分。

又根據本規範的第4.5.1條第3點，當一、二類防雷建築物部分的麵積之和小於(yu) 建築物總麵積的30%，且不可能遭直接雷擊時，該建築物可確定為(wei) 第三類防雷建築物。由於(yu) 可燃性粉塵危險區域麵積並未達到提取車間的30%，提取車間可劃分為(wei) 第三類防雷建築物，防直擊雷的措施按照第三類防雷建築物標準進行設計，但對可燃性粉塵危險區域的第②類防雷建築物部分，防閃電感應和防閃電湧侵入措施，應采取第②類防雷建築物的保護措施進行設計。

5 防靜電接地設計

對可燃性粉塵危險環境內(nei) 可能產(chan) 生靜電危險的設備和管道，均應采取防靜電接地。所有的金屬設備、裝置外殼、金屬管道、支架、構件、部件等，一般應采用防靜電直接接地；不便或工藝不允許直接接地的，可通過導靜電材料或製品間接接地。

具體(ti) 設計中，可燃性粉塵危險環境內(nei) 環形接地幹線采用25×4熱鍍鋅扁鋼距地0.3m沿牆或鋼平台明裝，過門及過道處接地幹線則埋地暗敷。連接設備的接地支線采用25×4鍍鋅扁鋼埋地暗敷至設備。

6 線路短路滅弧保護設計

電氣防火限流式保護器專(zhuan) 門用於(yu) 低壓配電線路中短路滅弧保護和過載保護，可以合理克服傳(chuan) 統斷路器、空氣開關(guan) 和監控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chan) 生的電弧火花大，以及使用壽命短等弊端，當發生短路故障時，能以微秒級速度快速限製短路電流以實現滅弧保護，可顯著減少電氣火災事故，保障使用場所人員和財產(chan) 的安全。

本工程設計選用了hth下载地址ASCP係列的電氣防火限流式保護器，其產(chan) 品具有功能豐(feng) 富，型號多樣等特點，具體(ti) 如下表所示：

本設計中根據不同末端回路的電流規格的不同，共選用了較大額定電流為(wei) 20A的ASCP200-20D型產(chan) 品67隻，較大額定電流為(wei) 40A的ASCP200-40D型產(chan) 品46隻，以及較大額定電流為(wei) 63A的產(chan) 品35隻。

為(wei) 提高監控的智能化，本設計中將所有限流式保護器通過其自帶的RS485通訊組網後，連接到hth下载地址的Acrel-6000/B電氣火災監控主機上，並將主機設置在電工值班室內(nei) ，實現對所有限流式保護器監測數據的遠程監控。

7 設計中注意點

（1）由於(yu) 對可燃性粉塵防爆缺乏充分的認識，某些電氣設計工程師不管是氣體(ti) 爆炸危險場所還是可燃性粉塵危險場所，都選用氣體(ti) 防爆電氣設備。這種做法是錯誤的，可燃性粉塵危險環境電氣設備與(yu) 氣體(ti) 防爆電氣設備的外殼防護要求*不同，氣體(ti) 防爆電氣設備在可燃性粉塵危險場所是*沒有作用的，反之亦然。因此，兩(liang) 者不能互換使用。

（2）可燃性粉塵危險環境電氣設備根據外殼等級可分為(wei) 防塵型和塵密型，但並不意味著該電氣設備具備了防水的功能，絕大多數的可燃性粉塵危險環境用電氣設備不能阻止水進入其內(nei) 部，因此不能將這些設備直接安裝在戶外露天場所，也不能用水衝(chong) 洗其外殼。如果想讓可燃性粉塵危險場所用電氣設備具備以上功能，須在設計中指出設備須滿足IPX5以上的外殼防護等級要求。

（3）電氣防火限流式保護器在設計時應注意其額定電流應與(yu) 其前級的斷路器的額定電流保持一致。另外，由於(yu) 其內(nei) 部采用了固態開關(guan) 作為(wei) 開關(guan) 器件，使用過程中會(hui) 產(chan) 生熱量，因此在安裝時應該注意保障其良好的通風散熱條件，不建議安裝在密閉的配電箱內(nei) 。

8 結語

在實際的設計過程中，要全方麵、完善地做好一個(ge) 可燃性粉塵危險環境工程的設計，需要工藝、通風、建築等多個(ge) 協調和配合，每個(ge) 專(zhuan) 業(ye) 在各自的設計領域內(nei) 都有相應的設計要求，缺一不可。

同時也要求我們(men) 電氣設計人員不斷了解新技術和新產(chan) 品，針對這種可燃性粉塵危險環境工程的設計，可以嚐試采用短路滅弧產(chan) 品來減少由於(yu) 線路老化、絕緣損失等原因造成的線路短路而引起的電弧光，這對於(yu) 減少現場電氣火災事故具有較好的效果。希望通過設計人員的協同努力，並隨著國家新技術新產(chan) 品的不斷出現和應用，可燃性粉塵危險環境的設計水平一定能邁上一個(ge) 新的台階。

參考文獻

[1] 馬中飛．工業(ye) 通風與(yu) 防塵[M]．北京：化學工業(ye) 出版社，2011．

[2] 可燃性粉塵環境用電氣設備（第①部分）：用外殼和限製表麵溫度保護的電氣設備（GB 12476.1-2000）[S]．

[3] 可燃性粉塵環境用電氣設備（第②部分）：選型和安裝（GB 12476.2-2010）[S]．  

[4]ASCP係列電氣防火限流式保護器.hth下载地址電氣股份有限公司產(chan) 品樣本202109