浅谈正压型电动机的通用防爆结构和安全要求

杨亚美等

摘要：本文介绍了正压型防爆电机的防爆原理、防爆型式。从正压外壳的结构设计、安全措施等方面进行了分析，简要论述了电机设计时应注意的关键技术问题。

关键词：正压型 防爆型式 正压外壳 安全措施

0 引言

目前，我国用于石油、化工等2区爆炸危险场所的大型防爆电动机大多数为增安型电动机，关于防爆电机产品技术标准，国际电工委员会IEC做了进一步完善。大型增安型防爆电机的制造和使用要求，随着增安型防爆技术规程的重新技术修订及强制实施，而变得越来越严格。同时，由于增安型防爆电机使用区域受到限制，进而暴露出局限性与不足，制造增安型电机的成本也显著提高。正压外壳型电机作为一种新的电机防爆型式可用于1区和2区[1]，正压外壳型Expx还可用于Ⅰ类设备上，使用正压外壳型电机比增安型防爆电机更安全更可靠。因此，作为更高层次的防爆产品，正压通风三相异步电动机逐步成为大型防爆电机的主导产品。

1 防爆原理

所谓正压型电气设备，就是将具有一定压力的保护气体充入电气设备内，使其对电气设备内部可能产生火花、电弧和危险温度的电气元器件进行保护。使得这些元器件在保护气体的作用下，不会发生引燃爆炸性气体的危险。——这就是正压型电气设备的防爆原理[2]。

2 防爆型式分类

按照GB 3836.5-2004《爆炸性气体环境用防爆电气设备第5部分：正压外壳型“p”》的规定，正压保护依据外部的爆炸性环境（Ⅰ类、1区或2区）、是否有内释放，以及正压外壳内的电气设备是否有点燃能力可以划分为px、py、pz三种型式。依据表1所示确定防爆型式。电动机常用的防爆型式为px型（设备保护级别为Gb或Mb）、pz型（设备保护级别为Gc）。

3 正压外壳的结构要求

3.1 正压外壳的防护等级。最低为IP4X，但是对正压补偿型的正压外壳，为防止过多泄露，保持外壳正压，正压外壳的防护等级建议提高到IP5X。

3.2 材质。通常情况下，采用不燃性或难燃性材料制作外壳、管道和连接件，并且所用材料对保护气体以及运行环境中的有害气体具有抗腐蚀的能力。一般情况下，采用Q235-A钢板制作正压型电机的外壳。

3.3 机械强度。正压外壳、管道和它们的连接部件应承受制造厂规定的正常运行时，所有排气孔封闭状态下最大正压的1.5倍压力，最低压力为200Pa。现有电机设计的外壳机械强度均能满足此要求。

3.4 气孔，隔板，间隔。正压外壳中气孔和隔板的设置应保证有效换气，气孔和隔板和位置、尺寸和个数，要能满足进行充分换气的要求。一般设置的原则如下[4]：

①可通过适当设置保护气体供气的进气孔和排气孔及隔板的作用来消除不换气的区域。

②对于重于空气的气体或蒸汽，保护气体的进入口应靠近正压外壳的顶部，而排气孔靠近外壳的底部。

③对于轻于空气的气体或蒸汽，保护气体的进入口应靠近外壳的底部，而排气孔应靠近外壳的顶部。

④在外壳的相对侧设置进气孔和排气孔，以促进前后通风。

⑤内部隔板的设置应使保护气体的气流不受阻碍，使用支管或导流板也应能改善障碍物周围的气流流动。

⑥根据设备的设计来选择气孔数量，对电气设备可能被分成一些小空腔的换气，需要进行考虑。

3.5 密封。所有与外壳连接的电缆和导管应密封，以保持外壳的防护等级，如果不密封，则应作为外壳部分。

4 安全措施和安全装置

为保证正压型电机的防爆性能，电机必须有可靠的安全措施及正压控制系统。

4.1 安全措施

①通过采用具备一定安全保护的装置系统对电机进行保护，并且按照爆炸危险场所的要求，对各种防爆型式安全保护装置进行选择；

②需对正压保护系统进行实时监测（显示器）；

③应在电机明显位置设置相关标志和警告牌，如：“通电时禁止打开”[5]、“打开前请参照使用说明书”、“在外壳打开后电源不能复位，直到外壳以_____的流量进行换气_____分钟后方可复位！”等。

4.2 安全装置

目前，国内外的正压型防爆技术发展较快，可向正压型电机提供可靠的安全装置——集成的正压控制系统，如Expo D758、JEFSO JMPPCS等。正压控制系统在电机起动前，将新鲜的空气或氮气等保护性气体冲入电机内，冲入量为电机容积的5倍，保护气体通过控制单元进入电机内腔，进而有效置换电机内腔的原有气体，通过顶部泄压阀排出内腔的气体，泄压阀会随着吹扫的完成而自动关闭，电机接收到通知装置发出的起动信号，进入饱压及泄露补偿状态（由于正压型电机一般都有大容量电机，体积较大，泄露点相对较多，因此电机直接进入泄露补偿状态）。为了防止可燃性气体进入电机壳体内部，在电机运行过程中，确保电机内腔压强始终高于外界压强50Pa；如果电机内腔处于压力偏低或失压状态时，正常的泄露补偿难以保证时，正压换气系统会向PLC发出信号，PLC接收到信号后，自动报警或切断电机电源。同时，为了监测电机内腔的最低压力、中间压力、泄露补偿压力，需要在电机壳体上设置正压控制系统监测点。并且，在换气系统的泄压阀上设置高、低压监测点，通过借助上监测点对压力信号进行采集，并将压力信息分别传送给最低压力传感器、中间压力传感器、泄露补偿压力传感器、吹扫流量传感器等，进而为系统进行相应的动作提供参考依据。

5 保护气体的供给

作为正压型电机内腔的保护气体来说，其必须是非可燃性气体，确保防爆型式“p”的保护效果不因保护气体自身的化学性质或者含有杂质进而降低，或对电机的正常运行和内部设备的完整性构成严重的影响。

保护气体在电机外壳进气口的温度控制在40℃。但在特殊情况下，允许较高的温度或可以要求较低的温度；在这种情况下，应在外壳上标出温度。

6 小结

综上所述，正压型电机作为是一种重要的防爆型式电机，在设计上有几个重点：①确定正压外壳的类型，保护气体类型；②选择合适的正压外壳材质，满足正压外壳的强度要求；③正压腔的密封机构设计；④进气口和排气口位置的确定。⑤电机进出气孔、支管、挡板、隔板的合理设置，以引导保护气体在外壳内的合理流向；⑥正压电机保护系统的安全选择。

参考文献

[1]GB 3836.15-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第15部分：危险场所电气安装[S].

[2]张显力.防爆电气概论[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]吴长康.浅析正压型防爆电气设备[J].电气防爆，2012（4）：25-27.

[4]GB 3836.5-2004 爆炸性气体环境用电气设备 第5部分：正压外壳型“p” [S].

[5]GB 3836.1-2010 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求[S].

作者简介：杨亚美（1986-），女，河南商丘人，助理工程师，大学本科，2007年毕业于郑州大学工业工程专业，主要从事电机产品标准化工作。