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一.電纜選擇

在爆炸性氣體環(huán)境中，由于危險(xiǎn)場(chǎng)所分為三種危險(xiǎn)區(qū)域，所以，對(duì)某一區(qū)域中所用的電纜提出的要求也是不同的。

(1)0區(qū)用電纜

0區(qū)用電纜，在這里主要是指在0區(qū)安裝“ia”級(jí)本質(zhì)安全型電路、防爆電氣設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備時(shí)使用的電纜。

1)電纜結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)

這種電纜常常是多芯電纜，而且有一些電纜的芯線之間還有屏蔽層保護(hù)。

這種電纜的芯線的直徑(包括絞線的每個(gè)金屬絲)不應(yīng)該小于0.1mm，絕緣層的厚度至少應(yīng)該等于芯線直徑的數(shù)值;當(dāng)采用聚乙烯絕緣材料時(shí)，絕緣層的厚度不應(yīng)該小于0.2mm。

在本質(zhì)安全防爆電氣系統(tǒng)中，一根多芯電纜，有時(shí)候，可能連接著多個(gè)本質(zhì)安全電路。

在選擇電纜時(shí)，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員和安裝人員應(yīng)該考慮到電纜的防爆電氣參數(shù)：電纜電容Cc和電纜電感Lc，或者，電纜電容Cc和比值Lc/Rc，并按照以下方法來確定這些參數(shù)：

·由防爆防爆電氣制造商提供的最嚴(yán)酷的防爆電氣參數(shù)。

·由測(cè)試試驗(yàn)樣品確定的防爆電氣參數(shù)。

·當(dāng)電纜為普通結(jié)構(gòu)(屏蔽型或非屏蔽型)由2芯或3芯構(gòu)成時(shí)，Cc=200pF/m和L1μH/m;或者Cc=200pF/m和Lc/Rc=30μH/Ω。

防爆電氣設(shè)計(jì)人員和安裝人員可以根據(jù)這些參數(shù)和設(shè)備的相關(guān)參數(shù)(Co、Lo、Lo/Ro;Gi、Li、Lc/Rc)來確定電纜的實(shí)際允許使用長(zhǎng)度。

2)防爆電纜電氣參數(shù)測(cè)試

當(dāng)制造商沒有提供電纜的相關(guān)防爆電氣參數(shù)時(shí)，人們可以自行測(cè)試這些參數(shù)。

測(cè)試電纜參數(shù)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件：環(huán)境溫度為20～30度，相對(duì)濕度為30%-60%。

測(cè)量電纜電阻的儀表的精度為±1%;測(cè)量電纜電容、電纜電感的儀表的測(cè)試頻率為(1±0.1)kHz，精度為±1%。

試驗(yàn)樣品長(zhǎng)度為10m。

在測(cè)量時(shí)，人們應(yīng)該分別測(cè)量同一根電纜各芯線之間、各芯線與屏蔽之間的電容和電感。測(cè)得的最大值除以10則是試驗(yàn)樣品單位長(zhǎng)度的電纜電容和電纜電感。

對(duì)于結(jié)構(gòu)松散的電纜，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)該至少?gòu)澢团まD(zhuǎn)電纜10次，測(cè)得的數(shù)據(jù)變化不應(yīng)該超過2%。

3)介電強(qiáng)度試驗(yàn)

這樣的電纜，應(yīng)該具有很好的絕緣性能，應(yīng)該能夠承受如下試驗(yàn)電壓的介電強(qiáng)度試驗(yàn)：

·對(duì)于單芯電纜，在芯線導(dǎo)體與絕緣層外試驗(yàn)導(dǎo)體之間施加本質(zhì)安全電路工作電壓2倍值的試驗(yàn)電壓，且至少為500V。

·對(duì)于鎧裝和(或)屏蔽電纜，在所有芯線與鎧裝帶和(或)屏蔽層、鎧裝帶和(或)屏蔽層與地之間施加至少500V交流試驗(yàn)電壓(有效值)，或750V直流試驗(yàn)電壓。

·對(duì)于電纜芯線沒有屏蔽層的電纜，在一半芯線連接在一起后與另一半芯線連接在一起后的芯線束之間施加1000V交流試驗(yàn)電壓(有效值)，或1500V直流試驗(yàn)電壓。

試驗(yàn)電壓電源(例如，變壓器)的容量至少為500VA，頻率為48～52Hz或58～62Hz。試驗(yàn)電壓應(yīng)該在不小于10s時(shí)間內(nèi)上升至規(guī)定值，且至少保持60s。

4)電纜故障考核

“ia”級(jí)和“ib”級(jí)本質(zhì)安全型設(shè)備和電路所用連接電纜應(yīng)該承受故障考核，以便與設(shè)備的設(shè)備保護(hù)級(jí)別(“ia”級(jí)或“ib”級(jí))相適應(yīng)。

這樣的故障考核，根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)和連接電路情況，分為兩類：一類是不考慮故障;另一類是考慮故障。

①如果多芯電纜通過上述的介電強(qiáng)度試驗(yàn)，且電纜符合以下任一種情況，則不必考慮它可能會(huì)發(fā)生故障：

·電纜芯線有屏蔽層保護(hù)，且這種屏蔽層遍布絕緣層表面至少60%。

·電纜固定安裝并有機(jī)械保護(hù)措施防止外部損傷，且工作電壓不大于60V。

·多芯電纜中每個(gè)電路的安全系數(shù)是相應(yīng)設(shè)備的安全系數(shù)的4倍值。

②如果多芯電纜通過上述的介電強(qiáng)度試驗(yàn)，但是電纜芯線之間沒有屏蔽層保護(hù)，或者，電纜的工作電壓不小于60V，則人們必須考慮2根芯線之間可能發(fā)生短路故障以及4根芯線可能發(fā)生開路故障。

在0區(qū)安裝除“ia”級(jí)本質(zhì)安全型設(shè)備外的其他設(shè)備(例如“ma”級(jí)澆封型防爆電氣設(shè)備)時(shí)所用的電纜應(yīng)該經(jīng)過高級(jí)專業(yè)技術(shù)人員審查批準(zhǔn)。

(2)1區(qū)和2區(qū)用電纜

1區(qū)和2區(qū)用電纜，根據(jù)防爆電氣設(shè)備和防爆電氣線路的安裝狀態(tài)，可以分為固定式設(shè)備用電纜和移動(dòng)式設(shè)備用電纜。

對(duì)于固定安裝的設(shè)備及相應(yīng)的電路，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員可以采用相應(yīng)電壓等級(jí)的熱塑性護(hù)套電纜、熱固性護(hù)套電纜、合成橡膠護(hù)套電纜以及礦物絕緣金屬護(hù)套電纜。

對(duì)于移動(dòng)式設(shè)備，例如手持行燈、手持電鉆等在使用時(shí)拖動(dòng)供電電纜的設(shè)備，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員可以采用相應(yīng)電壓等級(jí)的重型橡膠護(hù)套軟電纜和重型氯丁橡膠護(hù)套軟電纜;對(duì)于電壓不超過250V，電流不大于6A的手持式設(shè)備，也可以采用普通的橡膠護(hù)套軟電纜和普通的氯丁橡膠護(hù)套軟電纜。

此外，不管電纜是什么型式的，它們的絕緣都應(yīng)該具有阻燃性能。當(dāng)然，電纜埋設(shè)在地下或穿過充砂的金屬管時(shí)可以不必具有阻燃性能。

還應(yīng)該指出的是，在1區(qū)和2區(qū)安裝“ib”級(jí)本質(zhì)安全型設(shè)備、電路和關(guān)聯(lián)設(shè)備時(shí)使用的電纜也應(yīng)該符合在0區(qū)安裝“ia”級(jí)本質(zhì)安全防爆電氣系統(tǒng)時(shí)使用的電纜的要求。

二.電纜敷設(shè)

(1)電纜敷設(shè)的一般原則

為了把防爆電氣線路可能造成的點(diǎn)燃危險(xiǎn)降低到最小的程度，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所的電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)該遵守以下原則。

①防爆電氣線路應(yīng)該盡可能地遠(yuǎn)離釋放源，敷設(shè)在爆炸危險(xiǎn)性較小的地方。一般情況下，防爆電氣線路應(yīng)該盡可能地敷設(shè)在建筑物的外部。在爆炸性氣體環(huán)境中，當(dāng)可燃性氣體的密度比空氣的大時(shí)，防爆電氣線路應(yīng)該設(shè)置在較高的地方或直接埋設(shè)在地下;當(dāng)可燃性氣體的密度比空氣的小時(shí)，防爆電氣線路應(yīng)該設(shè)置在較低的地方或電纜溝中。架空電纜應(yīng)該沿電纜橋架敷設(shè)。電纜溝內(nèi)應(yīng)該在電纜敷設(shè)后填充石英砂，必要時(shí)還應(yīng)該設(shè)置排水系統(tǒng)。

②敷設(shè)電纜的溝道或鋼管和電纜在穿過不同危險(xiǎn)區(qū)域的間壁(例如建筑物的墻壁、樓層板)時(shí)應(yīng)該采用不燃性材料嚴(yán)密地密封起來。

③當(dāng)電纜沿著輸送可燃性物質(zhì)的管道敷設(shè)時(shí)，電纜應(yīng)該敷設(shè)在危險(xiǎn)性小的管道的上方(當(dāng)可燃性物質(zhì)的密度比空氣的大時(shí))或下方(當(dāng)可燃性物質(zhì)的密度比空氣的小時(shí))。

④防爆電氣線路應(yīng)該盡可能地避開可能遭受到機(jī)械損傷、化學(xué)腐蝕或高溫作用的地方，若不能避開則應(yīng)該采取合適的防護(hù)措施。

⑤低壓電力線路和照明線路中使用的電線電纜的額定電壓不應(yīng)該低于它的工作電壓，至少為500V(交流有效值)。系統(tǒng)中性線耐壓等級(jí)應(yīng)該與相線一致，而且中性線應(yīng)該與相線在同一護(hù)套內(nèi)或敷設(shè)在同一管道內(nèi)。

⑥不管在哪種危險(xiǎn)區(qū)域中，電線電纜應(yīng)該采用銅芯的。

電線或電纜芯線的線徑，在0區(qū)，不得小于1mm2;在1區(qū)，不得小于2.5mm2;在2區(qū)，不得小于1.5mm2。

對(duì)于2區(qū)，防爆正壓柜設(shè)計(jì)人員可以選用鋁芯電纜(線徑不得小于4mm2，控制線不得使用鋁芯的)，但是，在與防爆電氣設(shè)備接線端子連接時(shí)必須采用銅-鋁過渡接頭連接。

⑦本質(zhì)安全電路系統(tǒng)與非本質(zhì)安全電路系統(tǒng)應(yīng)該盡可能地分開敷設(shè);如不可能分開則應(yīng)該采取隔離措施(當(dāng)采用屏蔽電纜和金屬護(hù)套電纜時(shí)可以不采取隔離措施)。

⑧當(dāng)電纜被固定在電纜橋架或設(shè)備上時(shí)，電纜彎曲半徑至少是直徑最大的電纜直徑的8倍值。

⑨當(dāng)采用鎧裝電纜和(或)屏蔽電纜時(shí)，安裝應(yīng)該保證電纜的金屬鎧裝帶和(或)金屬屏蔽層不得與輸送可燃性物質(zhì)的金屬管道發(fā)生接觸。

⑩當(dāng)采用多芯電纜時(shí)，未使用的芯線應(yīng)該在它的兩端可靠地接地，不得使用絕緣膠帶進(jìn)行絕緣處理。

除了上述的設(shè)計(jì)原則外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該按照普通防爆電氣線路設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行工作。這些設(shè)計(jì)方法在保證防爆電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行方面也是至關(guān)重要的。

(2)0區(qū)中電纜的敷設(shè)

0區(qū)中電纜的敷設(shè)，主要是指“ia”級(jí)本質(zhì)安全型設(shè)備、電路和關(guān)聯(lián)設(shè)備的電纜敷設(shè)，除符合1區(qū)和2區(qū)中“ib”級(jí)本質(zhì)安全防爆電氣系統(tǒng)電纜敷設(shè)的要求外，還應(yīng)該注意系統(tǒng)接地時(shí)的特殊情況。

在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所中，0區(qū)是在含有釋放源的封閉區(qū)域形成的，例如，儲(chǔ)罐中液位上部的空間。安裝在這樣的區(qū)域(0區(qū))中的“ia”級(jí)本質(zhì)安全型防爆電氣設(shè)備應(yīng)該在0區(qū)外接地(假若需要接地的話)，而且，接地應(yīng)該盡量靠近0區(qū)，但是，不允許接在與儲(chǔ)罐有關(guān)的金屬構(gòu)架上。

對(duì)于除“ia”級(jí)本質(zhì)安全型設(shè)備、電路和關(guān)聯(lián)設(shè)備外的其他可適用于0區(qū)的設(shè)備，電纜的安裝也可以參考這些要求。

(3)1區(qū)和2區(qū)中電纜的敷設(shè)

1)電纜布線

在1區(qū)和2區(qū)的危險(xiǎn)區(qū)域中，防爆電氣線路只允許采用電纜布線。當(dāng)使用不帶護(hù)套的電線時(shí)，電線必須穿入鋼管中敷設(shè)。

一般情況下，在危險(xiǎn)區(qū)域中電纜不允許有“中間接頭”，也就是說，不允許將兩段電纜隨便地連接在一起。當(dāng)施工過程中實(shí)在不可避免“中間接頭”時(shí)，安裝人員可以在符合現(xiàn)場(chǎng)要求的防爆型接線盒(接線箱)內(nèi)進(jìn)行連接;也可以將要連接的電纜芯線通過機(jī)械的方法，例如絞接、間。安裝在這樣的區(qū)域(0區(qū))中的“ia”級(jí)本質(zhì)安全型防爆電氣設(shè)備應(yīng)該在0區(qū)外接地(假若需要接地的話)，而且，接地應(yīng)該盡量靠近0區(qū)，但是，不允許接在與儲(chǔ)罐有關(guān)的金屬構(gòu)架上。

對(duì)于除“ia”級(jí)本質(zhì)安全型設(shè)備、電路和關(guān)聯(lián)設(shè)備外的其他可適用于0區(qū)的設(shè)備，電纜的安裝也可以參考這些要求。

(3)1區(qū)和2區(qū)中電纜的敷設(shè)

1)電纜布線

在1區(qū)和2區(qū)的危險(xiǎn)區(qū)域中，防爆電氣線路只允許采用電纜布線。當(dāng)使用不帶護(hù)套的電線時(shí)，電線必須穿入鋼管中敷設(shè)。

一般情況下，在危險(xiǎn)區(qū)域中電纜不允許有“中間接頭”，也就是說，不允許將兩段電纜隨便地連接在一起。當(dāng)施工過程中實(shí)在不可避免“中間接頭”時(shí)，安裝人員可以在符合現(xiàn)場(chǎng)要求的防爆型接線盒(接線箱)內(nèi)進(jìn)行連接;也可以將要連接的電纜芯線通過機(jī)械的方法，例如絞接、螺栓連接、熔焊或釬焊等方法，連接在一起，然后用環(huán)氧樹脂、絕緣粘合劑或熱縮管材進(jìn)行密封。后者，通常情況下不允許使用在1區(qū)。

另外，對(duì)于鎧裝電纜、屏蔽電纜和具有金屬護(hù)套的電纜，安裝人員應(yīng)該采用適當(dāng)隔離措施，防止這些電纜的外露金屬部分(鎧裝帶、屏蔽層和金屬護(hù)套)接觸輸送可燃性氣體和易燃性液體的管道系統(tǒng)，以免給可能出現(xiàn)的雜散電流提供通道，造成點(diǎn)燃危險(xiǎn)。

安裝時(shí)，電纜可以通過橋架敷設(shè)。橋架通過問壁墻時(shí)必須進(jìn)行可靠的密封。密封結(jié)構(gòu)的示意圖如圖18所示。

電纜在電纜溝中敷設(shè)時(shí)，電纜溝里應(yīng)該填充石英砂。電纜溝從非危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所通過間壁墻時(shí)必須進(jìn)行可靠的密封。密封結(jié)構(gòu)的示意圖如圖19所示。

圖18 電纜橋架穿墻密封結(jié)構(gòu)示意圖

1-石英砂；2-橋架；3-墻體；4-電纜

圖19 電纜溝進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所穿墻密封結(jié)構(gòu)示意圖

1-石英砂；2-電纜；3-墻體；4-輕質(zhì)耐火磚(縫隙用防火堵料或密封膠泥密封)

電纜在通過問壁墻和樓層板時(shí)，通過處必須進(jìn)行可靠的密封。密封結(jié)構(gòu)的示意圖如圖20所示。

2)鋼管布線

在1區(qū)和2區(qū)的危險(xiǎn)區(qū)域中，電線和電纜可以穿入鍍鋅鋼管中敷設(shè)。在鋼管中穿人的電線電纜數(shù)量，以它們的總截面積計(jì)，不應(yīng)該超過布線鋼管內(nèi)截面積的40%。

圖20 電纜通過間壁墻和樓層板密封結(jié)構(gòu)示意圖

1-墻體；2-速固型防火堵料；3-密封膠泥；4-石棉繩堵料；5-鋼管；6-電纜

在這種隔離密封盒中，密封填料的厚度至少等于布線鋼管的內(nèi)徑。密封填料在填入鋼管固化后不得收縮，不得透水，不受危險(xiǎn)場(chǎng)所中化學(xué)物質(zhì)的不利影響。

鋼管布線在通過問壁墻和樓層板時(shí)同樣必須進(jìn)行鋼管與間壁墻、樓層板之間的密封。密封結(jié)構(gòu)的示意圖如圖所示。

對(duì)于較長(zhǎng)距離的鋼管布線，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該設(shè)置排放冷凝水的排放裝置。此外，鋼管與鋼管的連接處應(yīng)該保持“金屬”接觸(等電位連接)，鋼管與設(shè)備外殼的連接處應(yīng)該符合相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)。

不管是電纜布線和(或)鋼管布線通過問壁墻和(或)樓層板的隔離密封，還是鋼管布線時(shí)鋼管內(nèi)的隔離密封，都是為了避免可燃性氣體或易燃性液體從一個(gè)地方“流動(dòng)”到另一個(gè)地方，防止可能出現(xiàn)不必要的附加點(diǎn)燃事故。因而，人們應(yīng)該注意到這一點(diǎn)。

圖22鋼管布線通過問壁墻和

樓層板密封結(jié)構(gòu)示意圖

1-墻體;2-速固型防火填料;3-隔離密封盒;4-鋼管

3)“ib”級(jí)本質(zhì)安全型布線

①電纜敷設(shè)

在1區(qū)和2區(qū)的危險(xiǎn)區(qū)域中，“ib”級(jí)本質(zhì)安全電路布線的基本原則是“隔離”(機(jī)械的和防爆電氣的)，具體要求如下：

·本質(zhì)安全電路的電纜和非本質(zhì)安全電路的電纜應(yīng)該分開敷設(shè)。

·在一根多芯電纜中，不允許一部分芯線用于連接本質(zhì)安全電路，另一部分芯線用于連接非本質(zhì)安全電路。

‘綁扎在同一束電纜束中的本質(zhì)安全導(dǎo)線和非本質(zhì)安全導(dǎo)線之間應(yīng)該用接地的金屬箔隔離開。

·本質(zhì)安全電路電纜應(yīng)該使用鎧裝電纜、屏蔽電纜或金屬護(hù)套電纜。

·本質(zhì)安全電路電纜的布線應(yīng)該防止可能遇到的機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕。

除此之外，本質(zhì)安全電路的電線電纜還應(yīng)該進(jìn)行顏色標(biāo)識(shí)。通常情況下，用于本質(zhì)安全電路的電線電纜應(yīng)該標(biāo)志淺藍(lán)色，假若有中性線為藍(lán)色，則可以使用標(biāo)志牌進(jìn)行標(biāo)識(shí)。鎧裝電纜、屏蔽電纜和金屬護(hù)套電纜應(yīng)該使用標(biāo)志牌進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

②本質(zhì)安全電路的接地

本質(zhì)安全電路，就其對(duì)地的狀態(tài)，可以分為兩種模式：

·本質(zhì)安全電路同地隔離，處于“懸浮”狀態(tài)。

·本質(zhì)安全電路有一點(diǎn)同危險(xiǎn)場(chǎng)所中等電位體相連接。

當(dāng)本質(zhì)安全電路處于“懸浮”狀態(tài)時(shí)，人們應(yīng)該特別注意靜電對(duì)電路可能造成的不利影響。

此時(shí)，允許將電路通過一個(gè)電阻值為0.2～1MΩ的電阻接地，以泄放可能出現(xiàn)的靜電電荷。這個(gè)范圍的電阻值，對(duì)于靜電來說，可以被認(rèn)為是“導(dǎo)電”的。

當(dāng)本質(zhì)安全電路處于接地狀態(tài)時(shí)，主電路與各分支電路應(yīng)該進(jìn)行“電流”隔離，而且，各分支電路應(yīng)該同接地網(wǎng)絡(luò)至少有一點(diǎn)連接。

在本質(zhì)安全電路中，假若沒有隔離措施進(jìn)行電流隔離時(shí)，各電路的接地點(diǎn)盡可能接近等電位系統(tǒng);在TN—S系統(tǒng)中，電路接地與主電源接地之間的連接電阻不應(yīng)該大于1Ω。

不管在什么情況下，接地必須牢固可靠。接地導(dǎo)線應(yīng)該是絕緣的，至少有兩根截面積不小于1.5mm2的銅導(dǎo)線連接，而且，每根導(dǎo)線都能夠承受最大的負(fù)載電流;當(dāng)使用一根銅導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線的截面積至少為4mm2。

③電纜屏蔽層和鎧裝帶的接地

屏蔽電纜的屏蔽層和鎧裝電纜的鎧裝帶都必須可靠地接地，接地點(diǎn)應(yīng)該在由非危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所時(shí)非危險(xiǎn)場(chǎng)所一側(cè)的端口處。

對(duì)于屏蔽電纜，電纜的屏蔽層必須至少有一點(diǎn)接地。假若需要防止周圍其他電磁場(chǎng)的干擾，屏蔽層應(yīng)該進(jìn)行多點(diǎn)接地，如圖23所示。

對(duì)于鎧裝電纜，電纜的鎧裝帶必須用適當(dāng)?shù)姆绞竭B接到等電位系統(tǒng)中，以防止鎧裝帶與等電位系統(tǒng)之間出現(xiàn)電位差，可能產(chǎn)生放電火花。

接地系統(tǒng)

圖23屏蔽電纜屏蔽層的多點(diǎn)接地示意圖

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