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1、防爆電氣之基本原理,前言,合成化學及高分子化學發展，導致產生引火爆炸的環境 都市人口高密化，工廠的爆炸災害不止造成產業災害，周圍民家亦可能會蒙受損失 使用防爆電氣設備使其不致成為點火源,引火源,易燃物,空氣/氧氣,爆炸,電氣防爆一般概念,使用電氣防爆設備之產業 硫安製造業 蘇達製造業 電爐製造業 壓縮及液化氣 柏油製品製造 染料及中間物製造 醱酵工業 乙炔、乙烯、甲醇誘導品製造業 合成樹脂及可塑物製造業 化學纖維製造業 植物油脂製造 脂肪酸、硬化油、甘油製造業 木材乾餾業 醫藥品製造業 塗料製造業 殺蟲劑 殺菌劑製造業 香料、化粧品工業 照相感光材料製造 石油精製 橡膠製品製造 釀酒業 加工紙
2、布業 衣服乾洗業 塗裝業 印刷業 半導體業,危險性防爆區域之分類,美、日等目前皆已承認IEC (International Electro-technical Commission) 之分類方式，將防爆場所分成三個等級 0 級場所 1 級場所 2 級場所,防爆危險場所定議,0 區(Zone 0)：爆炸性氣體環境連續性或長期存在之場所。 1 區(Zone 1)：爆炸性氣體環境在正常操作下可能存在之場所。 2 區(Zone 2)：爆炸性氣體環境在正常操作下不太可能發生，如果發生只偶爾且只存在短期間之場所。,許多實際情況都必須使用易燃性物質，很難確保爆炸性氣體環境絕不會發生，也很難確保設備絕不會成為
3、點火源。 若產生爆炸性氣體環境的可能性降低時，可使用較不嚴格的標準安裝設備。,區域等級劃分目的,國際各系統原有對於危險區域等級區分及代號對應表,國內有關電氣危險場所之分類,於CNS 3376-1038中 (一)0種場所可能連續產生爆炸之氣體，其濃度在爆炸下限以上。 (二)1種場所在正常狀態下，有可能產生危險之場所。 (三)2種場所在異常狀態下，有可能產生危險之場所。,國內屋內線路裝置規則,第297條 危險場所之分類如下： 危險場所之分類：爆發性氣體場所，依其危險之程度，以第一種場所及第二種場所分類之。 1.第一種場所包括下列各種場所： (1)爆發性氣體於通常之使用狀態下聚集，而恐有發生危險之場
4、所。 2.第二種場所包括下列各種場所： (1)僅於因事故發生破壞或操作錯誤時，才有上述氣體或液體漏出而發生危險之場所。,防爆設備構造分類,氣體族群分類,溫度等級分類,防爆電氣構造及適用之防爆場所對照表,Zone 0 i s Zone 1 d p e o q m i Zone 2 d p e o q m i n,危險場所之防爆電氣設備選用方法,確定所要安裝防爆電氣設備之場所等級(0? 或 1? 或 2?) 安裝處所可能洩漏之易燃性物質為何?屬於何族群? 自燃點? 選取防爆設備構造為何 ?,選取合格防爆電氣設備,(1) 製造商名字和註冊商標。 (2) 製造商的型式檢定號碼。 (3) Ex之符號 (
5、4) 保護型式使用符號： (5) 電氣分群符號 (6) 溫度等級或最高表面溫度或兩者皆有,防爆器具的符號表示法範例,d IIB G4,防爆電氣構造,防爆電氣構造(續),防爆電氣構造(續),防爆區域規劃圖範例,危險場所之防爆電氣構造探討,耐壓防爆 耐壓防爆的工作原理定義於IEC 79-1 2.1項如下： 此種防爆原理是將電氣設備整體或一部份作成封閉構造，此種構造能承受內部易爆氣體爆炸而無損害，同時內部火焰也不能經由任何接縫或構造上之間隙傳導到外部之易爆性氣體。 EXd中的字母 “d”是由德文”druckfeste”的字首而來，代表 密封 的意思。 耐壓防爆電機設備可用於zone1 和 zone2
6、。,耐壓防爆觀念(I),耐壓防爆的設計觀念是唯一允許爆炸在容器內部發生的方法 靠者能承受150 psi(10bar)以上的耐壓容器，必須能夠防止爆炸蔓延或點燃任何外部氣體。 容器內部允許發生元件電弧，火花或在正常運轉時表面溫升 在容器外及四周的可燃性氣體，容許經由容器接合面的間隙進入容器內。 耐壓防爆的材質通常為鑄鐵 和鋁合金，用磷青銅和不銹鋼 等材質，以防止腐蝕是很重 要的。塑膠材質只在內容積 小於10cm3時才使用,耐壓防爆觀念(II),接合面必須夠長夠窄，使得在他們到達引燃外部可能存在的可燃性氣體之前，足以冷卻火焰/熱氣 接合面的表面平均粗糙度不可超過6.3 um 影響接合面間隙尺寸的因
7、素為 (a)間隙深度 (b)氣體種類 (c)容器內的內容積,耐壓防爆觀念(II),電纜入口及管線螺紋和防爆容器上的按鈕貫穿軸的火焰路徑屬於間隙之一 按鈕的軸部與容器接觸部分 電纜入口,容器蓋所形成之接合面種類,法蘭接合面(Flanged joint) 套筒接合面(Spigot joint) 螺紋接合面(Screwed joint) 注意：IIC的容器使用於乙炔(acetylene)環境中不可使用法蘭接合面，法蘭接合面可以使用在IIC氣體之外(不含乙炔)的氣體和內容積不超過500cm3的容器,疊壓效應,如果可燃性氣體被引燃之前被壓縮，則引燃之後的壓力比在長壓下引燃的壓力差很多。 疊壓效應可能由於
8、容器內的間隔而阻止了正常爆炸的形成，而導致了疊壓效應。 被阻隔的壓縮氣體產生的第二次爆炸，比另一側第一次爆炸所產生的壓力高過三倍，結果可能炸開容器。 所以規定容器內的截面積要有25%以上保持暢通。,馬達中的疊壓效應,在馬達的兩端可能因為轉子及定子的區隔形成兩個隔間 轉子及定子間所形成的間隙，必須防止火焰傳遞或引燃其他區間的可燃氣體，例如section1的爆炸不引起section2的爆炸反應。,內部短路,耐壓防爆可對付內部短路效應 不可！基本上電氣保護才可中斷內部短路效應，耐壓防爆只能承受氣爆。,耐壓防爆箱內不適合使用的元件,可繞線式保險絲(Rewireable fuse) 會釋出氧氣之液體 會
9、釋出氫氣之液體或物體 含可燃性液體之元件 由入型電流接觸器 電池(可能釋出氫氣) 引起擾動之元件,火焰溢走路徑之障礙,火焰接合面之耐壓防爆箱必須考慮容器位置，固態阻礙物如管路、牆壁及鋼製品。如果太接近接合面，可能減低火焰溢走路徑的效應而引爆外部可燃性氣體。這個現象已被測試且證明。 基於此原因，安裝準則規定容器接合面之所需最短距離如下：,防水(Weatherproofing),防爆不一定要防水，但基於某些需要，安裝準則提供一些規範。在不同的環境條件下，可以考慮不同的入口保護方式的防爆箱。沒有防水的防爆箱可以在接合面擦上不乾性油脂以升級為防水，也達到防止火焰徑腐蝕之目的。 不乾性油脂可以用經認可的
10、不硬化膠帶(non-hardening-tape)代替，但有一些限制。 a.不硬化膠帶可用於IIA器具，只可重疊一曾25mm。 b.在IIB、IIC環境下使用不硬化膠帶時應徵求專家的意見 c.在IIC環境下不可使用不硬化膠帶於IIC器具,防爆容器之防水設計範例,設計於戶外使用,直接/間接入口,進入防爆箱的方式會影響電纜壓蓋的型式,直接進入：電纜直接進入可能引起火花元件的區域,間接進入：容器內有兩個間隔，電纜連入第一個間隔，再接到第二個間隔，引起火花的元件放在第二個間隔，兩個間隔有耐壓防爆的介面,電纜入口,螺紋接面由 BS 5501:pt5規範之，可用於IIA、IIB、IIC,接地,接地端子必須
11、是耐腐蝕或抗腐蝕,更改,耐壓防爆箱測試時內不已含有所有正常操作時所需的元件，測試元件所考慮的內容積式箱內除了元件所佔的體積外的空間，其溫升、沿面具離和間隙和爆炸壓力升高大小以最高爆炸之氣體混合比。 任何的更改都會影響檢定的結果，更改設計會改變原來的檢測結果，以下幾點應該避免： 取代元件應與原來規格相同，避免違反檢定，例如太大或太小的取代元件，都會改變內容積，用較大體積的元件取代會造成壓力集中，用較小體積元件取代造成內容積變大。,更改,不允許在容器內再加元件，因為會增加爆炸壓力，由於壓力集中的結果。 移走容器內的元件會增加內容積也要加以避免，原來的檢定結果不在符合。,電纜入口的接口應由防爆箱的製
12、造廠家處理或代理商，因為鑽孔必須符合電纜封涵，配合齒數間隙及火焰溢走路徑等規範。 原設計無墊圈時，不可再加墊圈以該善其IP評比。,更改,侵入保護(容器之保護等級),IP 表示依照IEC規則529(依構造的保護程度分類)，所定的電氣機器容器的保護等級的表示方法。有關人體的接觸及固型異物保護等級第一特性數字和對水的侵入保護第二特性數字之規定表示如下：,IP O O,特性記號,第一特性數字0-6是人體及固型義務保護等級,第二特性數字0-8，對水浸入保護等級,侵入保護(容器之保護等級),第1特性數字 :有關人體及故型義務保護等級,侵入保護(容器之保護等級),第2特性數字 :對水浸入的保護等級,增加安全
13、的目的,此型式設備在構造及溫升均以額外措施，增加其安全度，使其在正常運轉中，不會產生電氣火花，電弧及過熱，以達到安全之目的。,器殼安全防護技術,器殼安全防護重點包括： (1)器殼應具有至焦耳之衝擊組抗能力。 (2)入口處為抗固體或液體等異物侵入，至少具有IP54等級。 (3)高度完整性絕緣材料，應包掛熱定性材料測試合格。 (4)具合格之端子與電路導線，並以降額電流方式選定。 (5)端點部位設計時，應特別考慮其沿面距離與安全距離。 (6)端子座，應確保其導線，保持穩固接著。 (7)操作時間小時，負載電流1.5倍額定值，應具過電流防護 (8)電機設備溫升等級，可經由電路負載設計決定。 (9)操作溫
14、度應做適當控制，尤其是電動機過載跳脫時應特別考慮。 (10)電動機轉子、定子，將引起摩擦性火花之虞，應以適當設計防範。,器殼防護等級,電機設備之機械強度測試規格,（）符合IE特性 A.IE時間係指，電動機在”最高周溫”與”額定運轉”時，其交流繞組啟 動電流la，使該電動機溫升，達到溫度上限，所需的時間。電動機導體溫升 IE時間。如圖3所示。OA點表示電動機”最高周圍溫度” ，OB點表示電動機” 額定運轉溫升” 。電動機發生故障，或者該店動機轉子鎖住時，其狀況如圖 32 所示，該電動機溫度，迅速上升至OC點，且其接近於電動機T等級， 電動機 溫升，抵達tE時間OC點前，應將其電源遮斷。此種電動機
15、，經過 BASEFFA認證，其適用於”1級區域”以及”T3溫度等級” 。 B.圖.3電動機溫升代號如下： A 表示最高溫B 表示額定溫度C 表溫度上限表時間溫度(1) 表電動機額定溫升曲線(2) 表電動機失速之溫失曲線,電機設備之機械強度測試規格,電動機導體溫升上限,電動機跳脫時間,例如：電動機 IA / IN =5，TE時間 10 秒鐘，8 秒後跳脫（允許） 電動機 IA / IN =4.5，TE時間 8 秒鐘，10 秒後跳脫（不允許）,增加安全型電動機，主要防護重點： A.特別注意同心軸空隙，並與所有旋轉件安全距離。 B.各零件均應符合衝擊測試需求。 C.電動機之”等級溫度上限” ，加10
16、，不得高於T等級。 D.溫升應合T2或T3之表面溫度等級。 E.符合IE特性。 F.端子板，應具有適當沿面間距與安全間距。 G.端子箱器殼，應具IP有54防護等級。 H.經測試機構認證。,電動機安全防護技術,沿面距離與間距,1端子座器殼 2端子座負載上限 3凱爾文額定 4最大功率散逸,端子安全防護技術,指該器殼之端子每一導體，其溫升不得大於T6溫升等級（在周溫40時，溫升限制85。 例如6400表示，100個端子，每個端子64A。或者 該端子容量，降額至.5或.75倍電流，以達到增加安全目的。,端子座器殼係數,另一評估“器殼溫度上限極端子”方式，例如一端子座負載上限600，表示若有24個端子，每個端子額定電流25A(24*25A=600A) 。 其計算式如下： 端子容量=負載上限/端子容量 =600A/24 =25A,端子座負載上限,(1).凱爾文額定，指器殼內部任一點，可允許之最高溫升，以凱爾文表示通常為40k (2).“凱爾文額定”選定法 每一端子凱爾文計算值，以額定電流及承載導體尺寸為基準
