电气火灾和爆炸的防护技术

一、 防爆电气设备
火灾和爆炸危险环境使用的电气设备，结构上应能防止由于在使用中产生火花、电弧或危险温度而成为安装地点爆炸性混合物的引燃源。
1、防爆电气设备选用的一般要求
(1) 在进行爆炸性环境的电力设计时，应尽量把电气设备，特别是正常运行时发生火花的设备，布置在危险性较小或非爆炸性环境中。火灾危险环境中的表面温度较高的设备，应远离可燃物。
(2) 在满足工艺生产及安全的前提下，应尽量减少防爆电气设备使用量。火灾危险环境下不宜使用电热器具，非用不可时应用非燃烧材料进行隔离。
(3) 防爆电气设备应有防爆合格证。
(4) 少用携带式电气设备。
(5) 可在建筑上采取措施，把爆炸性环境限制在一定范围内，如采用隔墙法等。
2、电气设备防爆的类型及标志
防爆电气设备的类型很多，性能各异。根据电气设备产生火花、电弧和危险温度的特点，为防止其点燃爆炸性混合物而采取的措施不同分为下列八种型式：
(1) 隔爆型(标志d)：是一种具有隔爆外壳的电气设备，其外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播。适用于爆炸危险场所的任何地点。
(2) 增安型(标志e)：在正常运行条件下不会产生电弧、火花，也不会产生足以点燃爆炸性混合物的高温。在结构上采取种种措施来提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下产生电弧、火花和高温。
(3) 本质安全型(标志 ia 、ib)：在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物。这种电气设备按使用场所和安全程度分为ia和ib两个等级。
ia 等级设备在正常工作、一个故障和二个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物。
ib 等级设备在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体混合物。
(4) 正压型(标志p)：它具有正压外壳，可以保持内部保护气体，即新鲜空气或惰性气体的压力高于周围爆炸性环境的压力，阻止外部混合物进入外壳。
(5) 充油型(标志o)：它是将电气设备全部或部分部件浸在油内，使设备不能点燃油面以上的或外壳外的爆炸性混合物。如高压油开关即属此类。
(6) 充砂型(标志q)：在外壳内充填砂粒材料，使其在一定使用条件下壳内产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或砂粒材料表面的过热均不能点燃周围爆炸性混合物。
(7) 无火花型(标志 n)：正常运行条件下，不会点燃周围爆炸性混合物，且一般不会发生有点燃作用的故障。这类设备的正常运行即是指不应产生电弧或火花。电气设备的热表面或灼热点也不应超过相应温度组别的最高温度。
(8) 特殊型(标志s)：指结构上不属于上述任何一类，而采取其它特殊防爆措施的电气设备。如填充石英砂型的设备即属此列。

根据以上介绍电气设备防爆类型标志有d、e、ia 和 ib、p、o、q、n、s八种型式。按其使用环境的不同，防爆电气设备分为两类、三级：
(1) Ⅰ类：煤矿井下用电气设备，只以甲烷为防爆对象，不再分级；
(2) Ⅱ类：工厂用电气设备。爆炸性气体混合有155种，种类繁多，产品制造时，按MESG(MIC)分为A、B、C 三级。
电气设备的防爆标志可在铭牌右上方，设置清晰的永久性凸纹标志 “Ex”；小型电气设备及仪器、仪表可采用标志牌铆或焊在外壳上，也可采用凹纹标志。在铭牌上按顺序标明防爆型式、类别、级别、温度组别等，这就构成了性能标志。
防爆性能标志表示方法如下：

3、爆炸性环境电气设备选择
   爆炸危险区域类别及危险区域等级和爆炸危险区域内爆炸性混合物的级别、温度组别以及危险物质的其他性质(引燃点、爆炸极限、闪点等)是选择防爆电气设备的基本依据。
（1） 爆炸性气体环境电气设备
① 选用原则
a. 应掌握爆炸性气体的有关资料，选用相应级别和组别的防爆电气设备。当区域内存在两种或两种以上不同级、组的爆炸性混合物时，应按危险程度较高的级别和组别选适应的防爆类型。
b. 根据爆炸性气体环境危险区域的等级，选择相应的电气设备。
c. 根据环境条件选择相应的电气设备。
d. 便于维修和管理。选用的设备应具有以下优点：结构简单；管理方便；便于维修；备件易存。
e. 注重效益。在考虑价格的同时，对电气设备的可靠性、寿命、运行费用、耗能、维修周期等必须作全面的考虑，选择最合适最经济的防爆电气设备。
② 防爆电气设备的选型
    要正确选型还必须正确理解和识别防爆性能标志的含义。如dⅡAT2。适用于有乙烷、丙烷、环己酮、氯乙烯、乙苯、乙醇等危险物质存在的场所。edⅡCT6是一种复合型防爆标志，适于有硝酸乙酯物质存在的场所。爆炸性气体环境防爆电气设备选型如表 1 所示。

表1爆炸性气体环境防爆电气设备选型

（2） 爆炸性粉尘环境电气设备
① 选用原则
a. 参考爆炸性气体环境的选用原则。
b. 粉尘环境危险区域应少装插座和局部照明灯具。如必须采用时，插座宜布置在粉尘不易积聚的地点。
c. 电气设备的最高允许表面温度应符合表 2 的规定。

表2 电气设备最高允许表面温度

② 选型
可燃性非导电粉尘和可燃纤维的11区环境采用防尘结构的粉尘防爆电气设备；爆炸性粉尘环境10区
及其他爆炸性粉尘环境11区均采用尘密结构的粉尘防爆电气设备。
4、火灾危险区域电气设备选择
选用原则
(1) 电气设备应符合环境条件(化学、机械、热、霉菌和风沙)的要求。
(2) 正常运行时有火花和外壳表面温度较高的电气设备，应远离可燃物质。
(3) 不宜使用电热器具，必须使用时，应将其安装在非燃材料底板上。

二、电气线路防爆

   电气线路故障，可以引起火灾和爆炸事故。
1. 电气线路的敷设
   电气线路一般应敷设在危险性较小的环境或远离存在易燃、易爆物释放源的地方，或沿建、构筑物的墙外敷设。
2. 导线材质
   对于爆炸危险环境的配线工程，应采用铜芯绝缘导线或电缆，而不用铝质的。
3. 电气线路的敷设与配线防爆
① 当爆炸性气体、蒸气比空气重时，电气线路应在高处敷设或埋入地下。架空敷设时宜用电缆桥架。电缆沟敷设时沟内应充砂，并宜设置有效的排水措施；

② 当气体、蒸气比空气轻时，电气线路宜在较低处敷设或用电缆沟敷设。

③ 敷设电气线路的沟道，钢管或电缆，在穿过不同区域之间墙或楼板处的孔洞时，应用非燃性材料严密堵塞。电缆沟通路可填砂切断。
4. 电气线路的连接
   电气线路之间原则上不能直接连接。必须实行连接或封端时，应采用压接、熔焊或钎焊，确保接触良好，防止局部过热。线路与电气设备的连接，应采用适当的过渡接头，特别是铜铝相接时更应如此。
5. 导线允许载流量
   绝缘电线和电缆的允许载流量不应小于熔断器熔体额定电流的1.25倍和自动开关长延时过流脱扣器整定电流的1.25倍。  

三、隔离和间距
    隔离是将电气设备分室安装，并在隔墙上采取封堵措施，以防止爆炸性混合物进入。将工作时产生火花的开关设备装于危险环境范围以外( 如墙外)；采用室外灯具通过玻璃窗给室内照明等都属于隔离措施。将普通拉线开关浸泡在绝缘油内运行，并使油面有一定高度，保持油的清洁；将普通日光灯装入高强度玻璃管内，并用橡皮塞严密堵塞两端等都属于简单的隔离措施,但这种措施只用作临时性或爆炸危险性不大的环境。
(1)户内电压为1OkV以上、总油量为6Okg以下的充油设备，可安装在两侧有隔板的间隔内；总油量为60～600kg者，应安装在有防爆隔墙的间隔内；总油量为600kg以上者，应安装在单独的防爆间隔内。
(2)1OkV 及其以下的变、配电室不得设在爆炸危险环境的正上方或正下方。变电室与各级爆炸危险环境毗连，最多只能有两面相连的墙与危险环境共用。
(3)1OkV 及其以下的变、配电室也不宜设在火灾危险环境的正上方或正下方，也可以与火灾危险环境隔墙毗连。
(4)变、配电站与建筑物、堆场、储罐应保持规定的防火间距，且变压器油量越大，建筑物耐火等级越低及危险物品储量越大者，所要求的间距也越大，必要时可加防火墙。
(5)为了防止电火花或危险温度引起火灾，开关、插销、熔断器、电热器具、照明器具、电焊设备和电动机等均应根据需要，适当避开易燃物或易燃建筑构件。
(6)1OkV及其以下架空线路，严禁跨越火灾和爆炸危险环境；当线路与火灾和爆炸危险环境接近时，水平距离一般不应小于杆柱高度的1.5倍。 

四、接地
爆炸危险环境的接地（或接零）比一般环境要求高。除生产上有特殊要求外，一般情况下可以不接地的部分，在爆炸危险区域内仍应接地。如：
1. 在导电不良的地面处，交流额定电压为380V以下和直流额定电压为440V以下的电气设备正常时不带电的金属外壳；
2. 在干燥环境，交流额定电压为127V以下，直流电压为110V以下的电气设备正常时不带电的金属外壳;
3. 安装在已接地的金属结构上的电气设备；
4. 敷设铠装电缆的金属构架。
5. 爆炸危险环境内，1区、10区内以及2区内除照明灯具以外的所有电气设备，应采用专门接地线。
6. 2 区、11区内的照明灯具，可利用有可靠连接的金属管线系统作为接地线，但不得利用输送爆炸危险物质的管道。为了提高接地的可靠性，接地干线宜在爆炸危险区域不同方向，不少于两处与接地体相连。

五、电气火灾的监控
1、火灾监控系统的组成
    火灾监控系统是以火灾为监控对象，根据防灾要求和特点而设计、构成和工作的，是一种及时发现和通报火情，并采取有效措施控制和扑灭火灾而设置在建筑物中或其他场所的自动消防设施。火灾监控系统的结构原理如下图所示，它是由自动监测报警和自动控制灭火两个联动的子系统成。

    系统的工作原理是：被监控场所的火灾信息( 如烟雾、温度、火焰光、可燃气等)由探测器监测感受并转换成电信号形式送往报警控制器，由控制器判断、处理和运算，确认火灾后，则产生若干输出信号和发出火灾声光警报，一方面使所有消防联锁子系统动作，关闭建筑物空调系统、启动排烟系统、启动消防水加压泵系统、启动疏散指示系统和应急广播系统等，以利于人员疏散和灭火；另一方面使自动消防设备的灭火延时装置动作，经规定的延时后，启动自动灭火系统(如气体灭火系统等) 。其核心部件是火灾探测和控制器。
2、火灾探测方法
   根据物质燃烧过程中发生的能量转换和物质转换所产生的不同火灾现象与特征，产生了不同的火灾探测方法。主要的火灾探测方法有：
（1） 空气离化探测法
    空气离化探测法是利用放射性同位素释放的α射线将空气电离，使腔室(一般称为电离室)内空气具有一定的导电性；当烟雾气溶胶进入电离室内，烟粒子将吸附其中的带电离子，产生离子电流变化。此电流变化与烟浓度有直接的关系，并可用电子探测器加以检测，从而获得与烟浓度有直接关系的电信号，用于确认火灾和报警。
（2） 光电感烟探测法
    光电感烟探测是根据光散射定律工作的。它是在通气暗箱内用发光元件产生一定波长的探测光，当烟雾气溶胶进入暗箱时，其中粒径大于探测光波长的着色烟粒予将产生散射光，通过置于暗箱内并与发光元件成一定夹角的光电接受元件收到的散射光强度，可以得到与烟浓度成正比的信号电流或电压，用以判断火灾和报警。
（3） 热(温度)检测法
     热(温度)检测法是根据物质燃烧释放出的热量所引起的环境温度升高或其变化率大小，通过相应的热敏元件(如双金属片、膜盒、热电偶、热电阻等)和相关的电子器件来探测火灾现象。
（4） 火焰(光)探测法
    火焰(光)探测法是根据物质燃烧所产生的火焰光辐射，其中主要是对红外光辐射或紫外光辐射，通过相应的红外光敏元件或紫外光敏元件和电子系统来探测火灾现象。
（5） 可燃气体探测法
    可燃气体探测法主要用于对物质燃烧产生的烟气体或易燃易爆环境泄漏的易燃气体进行探测。这类探测方法是利用各种气敏器件及其导电机理，或利用电化学元件的特性变化来探测火灾与爆炸危险性，根据使用的气敏器件不同分为热催化型原理、热导型原理、气敏型原理和三端电化学型原理等四种。
① 热导型是利用被测可燃气与纯净空气导热性的差异和在金属氧化物表面燃烧的特性，将被测气体浓度转换成相应热丝温度或电阻的变化，达到探测的目的。
②气敏型是利用灵敏度较高的气敏半导体元件吸附可燃气体后电阻变化的特性来达到探测目的。
③三端电化学型是利用恒电位电解法，在电解池内设置三个电极并施加一定的极化电压，以透气薄膜将电极和电解液与外部隔开，当被测气体透过薄膜达到工作电极时，发生氧化还原反应，从而产生与气体浓成比例的输出电流，用于探测目的。
    通常，热催化型和热导型不具有气体选择性，常以体积百分浓度表示气体浓度；而气敏型和电化学型具有气体选择性，并以摩尔浓度表示气体浓度，适于气体成分检测或低浓度测量。根据不同的火灾探测方法和各类物质燃烧时的火灾探测要求，可以构成各种形式的火灾探测器，如：
①感烟式火灾探测器是利用一个小型传感器响应悬浮在其周围附近大气中的燃烧或热解产生的烟雾气溶胶(固态或液态微粒)的一种火灾探测器，一般制成点型。
②感温式火灾探测器是利用一个点型或线缆式传感器来响应其周围附近气流的异常温度或升温速率的火灾探测器。
③光辐射式火灾探测器是根据物质燃烧火焰的特征和火焰的光辐射而构成的用于响应火灾时火焰光特性的火灾探测器，通常是制成主动红外对射式线型火灾探测器和被动式紫外或红外火焰探测器。
④ 可燃气体探测器是采用各种气敏器件或传感器来响应火灾初期烟气体中某些气体浓度或液化石油气等可燃气体浓度的探测器，通常制造成点型。

3、火灾监控系统的安装和使用
（1）火灾监控系统的选择和安装应适应于预期的火灾种类、工作条件和区域特点。
（2）设备和系统的安装应当由专业人员或在他们的指导下进行。
（3）安装完毕的探测、报警、灭火设备及整个系统都要做功能试验以保证正常运行。
（4）对于电监测、电报警和电控设备应提供可靠的电源，其电气线路应考虑采用防火电线电缆。
（5）在确定火灾探测器的布置、类型、灵敏度及数量时，应考虑被保护区域空间的大小及外形轮廓、气流方式、障碍物及其他特征。 

六、电气灭火
1. 触电危险和断电
    电气设备或电气线路发生火灾，如果没有及时切断电源，扑救人员身体或所持器械可能接触带电部分而造成触电事故。 因此，发现起火后，首先要设法切断电源。切断电源应注意以下几点：
(1) 火灾发生后，由于受潮和烟熏，开关设备绝缘能力降低，因此，拉闸时最好用绝缘工具操作。
(2) 高压应先操作断路器而不应该先操作隔离开关切断电源，低压应先操作电磁启动器而不应该先操作刀开关切断电源，以免引起弧光短路。
(3) 切断电源的地点要选择适当，防止切断电源后影响灭火工作。
(4) 剪断电线时，不同相的电线应在不同的部位剪断，以免造成短路。剪断空中的电线时，剪断位置应选择在电源方向的支持物附近，以防止电线剪后断落下来，造成接地短路和触电事故。
2. 带电灭火安全要求
    有时，为了争取灭火时间，防止火灾扩大，来不及断电；或因灭火、生产等需要，不能断电，则需要带电灭火。带电灭火须注意以下几点：
(1) 应按现场特点选择适当的灭火器。二氧化碳灭火器、干粉灭火器的灭火剂都是不导电的，可用于带电灭火。泡沫灭火器的灭火剂(水溶液)有一定的导电性，不宜用于带电灭火。
(2) 用水枪灭火时宜采用喷雾水枪，这种水枪流过水柱的泄漏电流小，带电灭火比较安全。用普通直流水枪灭火时，为防止通过水柱的泄漏电流通过人体，可以将水枪喷嘴接地；也可以让灭火人员穿戴绝缘手套、绝缘靴或穿戴均压服操作。
(3) 人体与带电体之间保持必要的安全距离。用水灭火时，水枪喷嘴至带电体的距离：电压为1OkV及其以下者不应小于3m，电压为220kV及其以上者不应小于5m。用二氧化碳等有不导电灭火剂的灭火器灭火时，机体、喷嘴至带电体的最小距离：电压为10kV者不应小于0.4m，电压为35kV者不应小于 0.6m 等。
(4) 对架空线路等空中设备进行灭火时，人体位置与带电体之间的仰角不应超过45度。
3. 充油电气设备的灭火
    充油电气设备的油，其闪点多在130～140℃之间，有较大的危险性。如果只在该设备外部起火，可用二氧化碳、干粉灭火器带电灭火。如火势较大，应切断电源，并可用水灭火。如油箱破坏，喷油燃烧，火势很大时，除切断电源外，有事故储油坑的应设法将油放进储油坑，坑内和地面上的油火可用泡沫扑灭。
    发电机和电动机等旋转电机起火时，为防止轴和轴承变形，可令其慢慢转动，用喷雾水灭火，并使其均匀冷却；也可用二氧化碳或蒸气灭火，但不宜用干粉、砂子或泥土灭火，以免损伤电气设备的绝缘。