石油、化工、矿山等危险场所的电气系统设计,核心不是把几台防爆设备凑在一起,而是要让电源、配电、控制、操作和照明各层级之间形成完整的电气逻辑。一套防爆电气系统能否长期稳定运行,取决于危险区域划分是否准确、防爆型式选择是否匹配、层级接口是否协调、保护联锁是否完整。以下从系统架构的技术逻辑出发,逐层展开设计要点。
区域配型
防爆电气系统设计的起点是危险区域划分。气体环境按GB 3836标准分0区、1区、2区,粉尘环境按GB 12476标准分20区、21区、22区。区域划分直接决定设备的防爆型式选择:0区只能用本安型“ia”或特殊型“s”,1区、2区可选用隔爆型“d”、增安型“e”、正压型“p”、浇封型“m”等型式。
防爆型式的选择还要考虑气体分级和温度组别。IIC级气体(氢气、乙炔、二硫化碳)场所必须选用IIC级设备,IIA、IIB级场所可降级选用。温度组别按现场气体引燃温度确定,T1至T6对应设备最高表面温度从450℃到85℃逐级收紧。系统设计中如果同一区域存在多种气体,按引燃温度最低、分级最高的那种气体确定设备规格。
正压型防爆配电箱PXK适用于1区、2区气体环境和21、22区粉尘环境,防爆标志Ex db eb mb pxb IIC T4 Gb,IIC级设备在IIA、IIB场所同样适用,选型时留有余量。
电源总控层
系统总控电源层承担整个防爆电气系统的电源入口、总控保护和集中监控功能。这一层的设计要点在于:电源进线方式、总开关容量、保护配合和监控接口。
正压型防爆配电箱PXK作为系统总控电源柜时,额定电压≤AC690V,额定电流≤250A,防护等级IP65。正压型防爆配电箱PXK的PLC控制系统实现对整个电气系统的集中监视,实时监测正压腔压力、流量等参数,通过通讯接口上传至中控室。正压型防爆配电箱PXK的换气联锁逻辑是设计重点:换气未完成或压力未达标时禁止通电,运行压力超出报警区间时自动调节并声光报警,压力持续异常至切断阈值时自动断电停机。这套联锁逻辑保证了正压型防爆配电箱PXK在系统层面的安全兜底作用。
总控层的保护配合需要与下级配电箱的断路器做选择性校验,确保故障时近端保护先动作,避免越级跳闸导致大面积停电。
照明动力配电层
从总控柜出来的电力,需要按装置单元或功能分区进行二次分配。照明动力配电箱BXMD/X51承担这一层的电力分配,主回路额定电流覆盖20A至250A,防爆标志Exdb IIB T6和Exdb IIC T6,防护等级IP54至IP65。
这一层的设计要点是支路划分和负载匹配,照明支路和动力支路分开设置,照明支路配置剩余电流保护器,动作时间不大于0.2s;动力支路按电机功率配置断路器额定电流和短路保护整定值。防爆照明动力配电箱BXMD/X51的支路数量和额定电流按现场负载定制,每个装置单元的照明和检修动力分别设独立支路,便于检修时分区断电而不影响其他区域。
支路电缆截面积的选择需要考虑电压降,对于长距离供电回路,电缆截面积适当放大,确保末端电压偏差在允许范围内。
电机动力控制层
泵、风机、压缩机等电机负载的动力控制,由防爆磁力启动器BQC完成。防爆磁力启动器BQC额定电压AC220V/380V,额定电流≤150A,防护等级IP66,防爆标志Ex db eb IIB T6 Gb和Ex db eb IIC T6 Gb两种规格可选。
电机控制回路的设计核心是保护配置。防爆磁力启动器BQC内置热继电器实现过载保护,整定电流按电机额定电流的1.1至1.15倍设定。缺相保护通过智能缺相保护器实现,防止低压缺相运行烧毁电机。对于频繁启停的电机回路,接触器电流等级在正常选型基础上提高一档,应对启动电流冲击和高温工况。
防爆磁力启动器BQC的IIB级和IIC级两种规格,对应不同气体环境的分级需求。控制回路电压优先选用AC220V,降低控制电缆的绝缘要求和操作风险。
现场操作
现场就地操作由防爆操作柱BZC52实现，防爆操作柱BZC52额定电压AC380V/220V,额定电流≤16A,防护等级IP66,防爆标志Ex db eb IIC T6 Gb。防爆操作柱BZC52内装转换开关、电流表、指示灯,按钮和转换开关通过控制电缆接入防爆磁力启动器BQC的控制回路。
操作层设计的重点是一对一控制和状态反馈,每台现场电机对应一台防爆操作柱BZC52,启停按钮与接触器线圈回路一一对应。电流表量程按电机额定电流选择,便于现场人员观察负载状态。对于需要远程和就地两地控制的回路,就地操作柱设置远程/就地转换开关,防止两地操作冲突。
照明终端
照明终端的设计核心是照度计算和配光匹配，装置区大范围照明采用LED防爆投光灯RLB156,功率覆盖20W至150W,光效≥120Lm/W,IIC级防爆结构,防护等级IP66。LED防爆投光灯RLB156安装于装置框架和管廊,对大范围作业面提供均匀照明,安装高度和投射角度按照度模拟结果确定。
局部区域照明采用LED防爆泛光灯RLB158,功率覆盖40W至120W,防护等级IP66,防爆标志Ex db IIC T6 Gb。LED防爆泛光灯RLB158的宽电压输入AC85V至260V,具备开路、短路、浪涌、防雷击、过压多重保护,适合电压波动较大的工业现场。
照明回路的划分应与配电支路对应,每个照明支路的灯具数量和功率不超过断路器额定电流的80%,留出启动电流裕度。
接口设计
各层级设备之间的接口衔接,是防爆电气系统设计的重点。接口设计包括三个层面:电气接口、防爆接口和通讯接口。
电气接口方面,上级设备输出端与下级设备输入端的电压等级、电流容量和短路保护配合需要在设计阶段校验。防爆接口方面,电缆引入装置的规格必须与设备引入口匹配,密封圈尺寸与电缆外径对应,压紧螺母拧紧力矩按说明书控制。通讯接口方面,正压型防爆配电箱PXK的通讯接口与中控室DCS或SCADA系统的协议对接,在方案阶段确认通讯方式和数据点表。
接地与等电位
防爆电气系统的接地设计贯穿所有层级，设备金属外壳保护接地,接地端子紧固,接地线截面积不小于4mm²黄绿双色铜芯线。接地电阻控制在0.1Ω以内,接地网电阻不大于4Ω。穿过危险区的电缆金属护套、金属管道、设备外壳全部纳入等电位联结系统。
本安电路接地有特殊要求:本安电路本身除设计有规定外不应接地,电缆屏蔽层在非爆炸危险环境进行一点接地。本安电路与非本安电路接线端子间距不小于50mm,间距不足时加绝缘隔板或接地金属隔板。
系统整体设计
整套防爆电气系统的设计逻辑可以概括为:区域定等级,等级定型式,型式定接口,接口定配合。PXK正压防爆配电箱作为总控电源柜,BXMD/X51防爆照明动力配电箱完成电力分配,BQC防爆磁力启动器控制电机回路,BZC52防爆操作柱实现现场操作,RLB156和RLB158防爆灯具构成照明终端。
五个层级之间的防爆等级保持一致,以现场最高危险区域的要求为基准。IIC级区域全部选用IIC级设备,温度组别按现场气体引燃温度确定。各级设备的防护等级不低于IP65,防腐等级按环境腐蚀性选择WF1或WF2。电缆引入口规格统一规划,减少现场施工的转接环节。
荣朗防爆在防爆配电箱、防爆磁力启动器、防爆操作柱和LED防爆灯具领域有完整的产品的序列,防爆电气系统方案设计阶段可按装置区域划分和设备清单匹配对应型号,从总控电源到照明终端形成防爆等级一致、防护等级匹配、接口规格对应的系统配置。
