電氣防火限流式保護(hù)器在可燃性粉塵危險場所的應(yīng)用

電氣防火限流式保護(hù)器在可燃性粉塵危險場所的應(yīng)用
安科瑞 嚴(yán)新亞
摘要：文章闡述了可燃性粉塵的特點(diǎn)及可燃性粉塵環(huán)境粉塵爆炸的危害性，結(jié)合國家現(xiàn)行的
電氣產(chǎn)品規(guī)范的要求，通過一個提取車間內(nèi)部粉塵爆炸危險區(qū)域的電氣設(shè)計(jì)實(shí)例，系統(tǒng)闡述
了可燃性粉塵危險環(huán)境的分區(qū)原則、電氣設(shè)備選型、線路短路滅弧保護(hù)設(shè)計(jì)、防雷防靜電設(shè)
計(jì)等，結(jié)尾提出不斷利用新技術(shù)新產(chǎn)品提高可燃性粉塵危險場所的設(shè)計(jì)水平的要求。
關(guān)鍵詞：可燃性粉塵；電氣設(shè)備；高表面溫度；防雷防靜電設(shè)計(jì)；電氣防火限流式保護(hù)器；
1 概述
所謂的可燃性粉塵環(huán)境，是指在大氣環(huán)境的條件下，粉塵或纖維狀的可燃性物質(zhì)與空氣
的混合物點(diǎn)燃后，燃燒將傳至全部未燃燒混合物的環(huán)境。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)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(yīng)的粉塵爆炸事故也時有發(fā)生。1987
年3月15日我國哈爾濱亞麻紡織廠發(fā)生的特大型亞麻粉塵爆炸事故，造成了巨大的人身傷
亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，在這可燃性粉塵環(huán)境下的電氣設(shè)計(jì)，不僅要嚴(yán)格按照國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、
規(guī)范要求，正確選用粉塵防爆電氣設(shè)備，還可以結(jié)合時下較新技術(shù)，采用針對線路電弧保護(hù)
的新產(chǎn)品，其中電氣防火限流式保護(hù)器就是比較合理的線路短路滅弧產(chǎn)品。
2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
在可燃性粉塵危險環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)中，可以參考的國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范有：
（1）《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備（第①部分）：用外殼和限制表面溫度保護(hù)的電氣設(shè)備》
（GB 12476.1-2000）第①節(jié)：電氣設(shè)備的技術(shù)要求。
（2）《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備（第2部分）：選型和安裝》（GB 12476.2-2010）。
（3）《粉塵防爆安全規(guī)程》（GB 15577-2007）。
（4）安全生產(chǎn)行業(yè)規(guī)范《危險場所電氣防爆安全規(guī)范》（AQ 3009-2007）。
（5）設(shè)計(jì)規(guī)范《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50058-92）。
經(jīng)研究可以發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)行國家產(chǎn)品規(guī)范 GB 12476.1-2000 與現(xiàn)行國家設(shè)計(jì)規(guī)范 GB
50058-92 相比較起來，在電氣設(shè)備的型式、外殼的防護(hù)類型、粉塵危險區(qū)域的劃分、可燃
性粉塵引燃溫度分組等多方面有著很多不一致。鑒于目前市場上大部分防爆電氣廠家的產(chǎn)品
均按新產(chǎn)品規(guī)范GB 12476.1-2000設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)，并且，在可燃性粉塵危險環(huán)境用電氣
設(shè)備選型及粉塵危險區(qū)域劃分等方面上，GB 12476 與國際標(biāo)準(zhǔn) IEC 61241、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) AQ
3009-2007是一致的，本次設(shè)計(jì)中電氣設(shè)備的選型將按照產(chǎn)品規(guī)范GB 12476.1-2000進(jìn)行。
3 電氣設(shè)備選型
根據(jù)國家規(guī)范GB 12476及行業(yè)規(guī)范AQ3009-2007第4.2.2.3條，按照可燃性粉塵/空氣
混合物出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間及粉塵層的厚度，可將可燃性粉塵危險環(huán)境分成20區(qū)、21區(qū)
和22區(qū)三個區(qū)域等級。每個區(qū)的特性如下：20區(qū)在正常運(yùn)行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或
經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和/或可能形成無法控制和較厚的粉塵
層的場所及容器內(nèi)部。21區(qū)為粉塵爆炸危險環(huán)境分區(qū)，21區(qū)在正常運(yùn)行中，可能出現(xiàn)粉塵
數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)的場所。該區(qū)域包括：與充入或排放
粉塵點(diǎn)直接相鄰的場所、出現(xiàn)粉塵層和正常操作情況下可能產(chǎn)生可燃濃度的可燃性粉塵與空
氣混合物的場所。22 區(qū)在異常條件下，可燃性粉塵偶爾出現(xiàn)并且只是短時間存在或可燃性
粉塵偶爾出現(xiàn)堆積或可能存在粉塵層并且產(chǎn)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(yīng)劃分為21區(qū)。
可燃性粉塵環(huán)境的分區(qū)的程序及舉例可參考GB 12476.3-2007/IEC 61241-10：2004的
附錄A或者AQ 3009-2007的附錄C。
對于電氣設(shè)計(jì)人員來說，選擇合理的粉塵防爆隔爆電器是消滅由電氣設(shè)備引起的電火花
火源的可靠方法。
Ⅱ類電氣設(shè)備的表面溫度可分為T1-T6共6個組別：T1表面溫度450℃，T2表面溫度
300℃，T3表面溫度200℃，T4表面溫度135℃，T5表面溫度100℃，T6表面溫度85℃。
目前IEC標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)粉塵外殼存在著A、B兩種設(shè)計(jì)型式，分別代表了歐洲和北美兩種
標(biāo)準(zhǔn)體系。雖然這兩種設(shè)計(jì)型式對于設(shè)備的選型/安裝要求不同，但是具有相同的保護(hù)水平，
是可以通用的。目前國內(nèi)市場上的防爆電氣廠商大多按照A型設(shè)計(jì)、制造。
對于 A 型電氣設(shè)備，其高表面溫度應(yīng)不超過相關(guān)粉塵云低點(diǎn)燃溫度的 2/3，即
Tmax≤2/3Tcl。當(dāng)存在粉塵層厚度至5mm時，其表面溫度不應(yīng)超過相關(guān)粉塵層厚度為5mm
的點(diǎn)燃溫度減去75K，即Tmax≤T5mm－75K，取兩者的小值。對于B型電氣設(shè)備，其表面
溫度應(yīng)不超過相關(guān)粉塵云低點(diǎn)燃溫度的2/3，即Tmax≤2/3Tcl。當(dāng)存在粉塵層厚度至12.5mm
時，其高表面溫度不應(yīng)超過相關(guān)粉塵層厚度為 12.5mm 的低點(diǎn)燃溫度減去 25K，即
Tmax≤T12.5mm－25K，取兩者的較小值。
綜上所述，我們可以得出，A型電氣設(shè)備和B型電氣設(shè)備的選型要求在僅存在相關(guān)粉塵
云的環(huán)境中是完全一致的，兩者只有在粉塵層厚度超過一定數(shù)量的時候，選型要求才會有所
差別。
具體到設(shè)計(jì)工程中，本工程中建筑采用全現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)類別為丙類，耐火等級為
①級。建筑面積為10871m2，建筑主體為二層，建筑高度為19.3m。車間工藝主要通過微生
物發(fā)酵液經(jīng)過離心噴霧干燥、混合包裝得到恩拉霉素成品。干菌絲氣力輸送設(shè)備分別占據(jù)了
建筑物一、二層的一個房間。根據(jù)工藝條件，我們把這兩個房間劃分為可燃性粉塵爆炸危險
環(huán)境。
依據(jù)以上原則，我們可以分析出本次提取車間內(nèi)部可燃性粉塵危險區(qū)域所需要選用電氣
設(shè)備的防爆等級。由于提取車間內(nèi)部干菌絲氣力輸送系統(tǒng)只有在異常的條件下，可燃性粉塵
才會偶爾出現(xiàn)并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物，因此可以將干菌絲氣力輸送系統(tǒng)所在的房間
劃分為粉塵防爆22區(qū)。
而干菌絲作為化工飼料，其在高溫時，粉塵云低點(diǎn)燃溫度為130℃。由于電氣設(shè)備距離
粉塵釋放源有一定的距離，現(xiàn)場又采取了除塵措施，從而可以排除粉塵層堆積厚度達(dá)到5mm
或12.5mm的情況。
Tmax≤2/3Tcl＝86.7℃
可知選擇的可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備（包括燈具、電機(jī)、現(xiàn)場操作柱等）只需要高于
以下標(biāo)準(zhǔn)：DIP A22 TA 85℃（或TA，T6）IP6X，即可滿足提取車間可燃性粉塵危險環(huán)境的
電氣設(shè)計(jì)要求。
4 防雷設(shè)計(jì)
依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057-2010）第3.0.3條的第7點(diǎn)：具有2區(qū)或22
區(qū)爆炸危險場所的建筑物，應(yīng)劃為第②類防雷建筑物。本提取車間的干菌絲氣力輸送系統(tǒng)所
占房間應(yīng)劃分為第②類防雷建筑物部分。
又根據(jù)本規(guī)范的第4.5.1條第3點(diǎn)，當(dāng)一、二類防雷建筑物部分的面積之和小于建筑物
總面積的30%，且不可能遭直接雷擊時，該建筑物可確定為第三類防雷建筑物。由于可燃性
粉塵危險區(qū)域面積并未達(dá)到提取車間的30%，提取車間可劃分為第三類防雷建筑物，防直擊
雷的措施按照第三類防雷建筑物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但對可燃性粉塵危險區(qū)域的第②類防雷建筑物部分，防閃電感應(yīng)和防閃電涌侵入措施，應(yīng)采取第②類防雷建筑物的保護(hù)措施進(jìn)行 設(shè)計(jì)。
5 防靜電接地設(shè)計(jì)
對可燃性粉塵危險環(huán)境內(nèi)可能產(chǎn)生靜電危險的設(shè)備和管道，均應(yīng)采取防靜電接地。所有
的金屬設(shè)備、裝置外殼、金屬管道、支架、構(gòu)件、部件等，一般應(yīng)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(dǎo)靜電材料或制品間接接地。
具體設(shè)計(jì)中，可燃性粉塵危險環(huán)境內(nèi)環(huán)形接地干線采用 25×4熱鍍鋅扁鋼距地 0.3m 沿
墻或鋼平臺明裝，過門及過道處接地干線則埋地暗敷。連接設(shè)備的接地支線采用25×4鍍鋅
扁鋼埋地暗敷至設(shè)備。
6 線路短路滅弧保護(hù)設(shè)計(jì)
電氣防火限流式保護(hù)器專門用于低壓配電線路中短路滅弧保護(hù)和過載保護(hù)，可以合理克
服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chǎn)生
的電弧火花大，以及使用壽命短等弊端，當(dāng)發(fā)生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路
電流以實(shí)現(xiàn)滅弧保護(hù)，可顯著減少電氣火災(zāi)事故，保障使用場所人員和財(cái)產(chǎn)的安全。
本工程設(shè)計(jì)選用了安科瑞ASCP 系列的電氣防火限流式保護(hù)器，其產(chǎn)品具有功能豐富，
型號多樣等特點(diǎn)，具體如下表所示：
本設(shè)計(jì)中根據(jù)不同末端回路的電流規(guī)格的不同，共選用了較大額定電流為 20A 的
ASCP200-20D 型產(chǎn)品 67 只，較大額定電流為 40A 的 ASCP200-40D 型產(chǎn)品 46 只，以及較
大額定電流為63A的產(chǎn)品35只。
為提高監(jiān)控的智能化，本設(shè)計(jì)中將所有限流式保護(hù)器通過其自帶的RS485通訊組網(wǎng)后，
連接到安科瑞的Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)上，并將主機(jī)設(shè)置在電工值班室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對