美国防爆电气产品认证及防爆电机技术要求概述

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美国防爆电气产品认证及防爆电机技术要求概述
      作者：zuobin    转贴自：计划处
                  一、美国防爆电气产品认证的组织系统与程序
                     
                  美国认证体系在危险场所用设备领域是由负责煤矿设备发证的MHSA（美国煤矿安全与保健管理局）、非矿用电气设备的UL（美国保险商实验所）、工厂用电气设备、仪器仪表的FM（美国工厂互检业务协会）三部分组成，负责全美危险场所电气设备的防爆检验与发证业务。
                      1、UL——美国保险商实验所
                     
保险商买实验所是一个私立的、跨国经营的非盈利性认证机构，在防爆电气产品领域主要负责实验与审批非矿井用电气设备的安全性。
                      制造厂申请UL证书需遵循的程序：
                  ——确定需认证的设备防护型式及危险场所“等级”（I类1级，II类1级等）；
                  ——设计图纸及零件清单；
                  ——预付3000美元做为初审费；
                  ——填写申请初审表；
                  ——一中完整的样机。
                     
                  上述资料全部到位，UL将开始进行初审，检查电机或电气产品是否满足图纸及规定的技术要求，并进行规定程序的实验，待以上工作全部结束，UL将书面通知申请单位结构特点、实验报告及进行全部的最终检验所需的全部费用。除此之外，在产品发证之前，也许需要一次工厂巡视检查，UL还将对已发证的设备进行监督，包括定期巡视制造厂，检查产品是否与规定相符。
                      合格证的发放：
                     
                  在UL试验结束后，提出一份报告，报告的副本送交申请人。假如实验合格，作为合格产品登记，报告叙述并用图说明此产品，概述其结构与实验性能，为了保证产品质量的一贯性。该报告也表明工厂需做的复检与复试的要求。
                      UL地址：
                      Underwriter,s Laboratories Inc
                      333pfingsten Road
                      Northbrook
                      Iuinois   60062
                      U.S.A.
                      2、FM——美国工厂互检业务协会
                      factory Mutual Approvals Service
                      1151 Boston—providence Turnpike
                      Norwood
                      Massachusetts 02062
                      U.S.A.
                      制造厂提出申请：
                     
                  申请书包括产品的详细情况（功能、尺寸、定额、接线示意图、销售文件等），以便能够做出有关FM审批的初步评定以及所需检验与实验的范围。然后FM将寄给申请人一份“标准建议与服务协议书”，该协议书详细规定所需做的试验、样机台校、费用预算，如果必要，收交预付款。检验与试验：
                     
                  申请人接到为检查和试验所需的样机数量、型号通知后，须按FM指示将样机寄出。假如FM完成的试验证明不太可能合格，试验将暂时停顿，待申请人修必协议（含费用）后再开始。
                      合格证的发放：
                     
                  当检查与试验结束后，FM提出检验报告，副本寄申请人。若试验合格、工厂条件审查报告也合格，那么申请人将签有字的协议申请寄FM，FM将对申请人发证并将产品列在FM每年出版的“合格手册”中。
                      3、MHSA——美国煤矿安全与保健管理局
                      MHSA是Mine Safety and Health
                  Administration的缩写，属美国劳动部下设的一个管理局，易燃性环境矿井中使用的设备要经煤矿安全与保健管理局（MHSA）批准方可使用。
                      地址：
                      Federal Department of Labor
                      Mine Safety and Health Administration
                      Approval and Certification
                      Centre Box 201B
                      Industrial Park Road
                      Dallas Pike
                      Triadelphia
                      West Virginia 26059
                      U.S.A
                     
                  申请书（一式两份）应有按照美国联邦法规第30篇规定的全部必要的图纸与详细说明。样机数量、结构检查与实验要求也按照该法规的规定进行。
                      二、美国危险场所分类法及所使用的防爆产品类型
                      1、危险场所的分类
                        分类美国标准NEC500中国标准（爆炸危险场所电气安全规程*）
                        类区
                        Ⅰ　空气中存在着或可能出现易燃气体或蒸气，其数量足以形成爆炸性或可燃性混合物的场所。　
                        1(1)在正常工作条件下,易燃性气体或蒸气的危险浓度呈持续性,间隙性或周期性存的场所。
                        (2)由于修理或维护，或由于泄露的原因引起易燃性气体或蒸气的危险浓度经常存在的场所。
                        (3)由于损坏或流程的误操作，而可能：
                        (a)排出了有危险浓度的易燃性气体；
                        (b)导致其他电气设备同时发生故障。                 0区
                        在正常运行条件下，爆炸性气体、蒸气或液体长时间存在的场所。
                                         1区
                        在正常运行条件下，爆炸性气体、蒸气或液体可能存在一段时间的场所。
                        2(1)处理、加工或使用易燃性、挥发性的液体蒸气或气体的场所。
                        (2)通常采用可靠的机械通风装置，预防可燃性气体或蒸气形成的危险浓度的地方。
                        (3)与I类1区地区邻近的场所，危险浓度的易燃性气体或蒸气可能偶尔流通的场所。                  
                        2区
                        在正常运行条件下，爆炸性气体、蒸气或液体不太可能存在的场所。
                        Ⅱ　存在可燃性粉尘的危险场所　
                        1(1)在正常工作条件下,易燃性粉尘存在的场所或易燃性粉尘持续地、间隙地或周期性混合物的场所。
                        (2)由于机械故障或由于机器或设备的非正常操作而可能产生这种混合物的场所。
                        (3)导电性粉尘可能存在的场所。根据爆炸性或可燃性粉尘环境出现的频度和持续时间，将粉尘爆炸危险场所划分为10区；在正常加工、处理或清理过程中，出现或可能出现的粉尘修云或粉尘层与空气混合能达到爆炸浓度的区。
                        2易燃性粉尘通常在空气中不呈悬浮状或由于设备或仪器的正常操作，不太可能使易燃性粉尘成为悬浮状，其数量足以形成爆炸性或可燃性混合物的场所。11区：未划为10区的场所，但在异常条件正是可以在该场所出现粉尘云或粉尘层与空气混合能达到爆炸浓度的区。
                        Ⅲ　存在着可燃性纤维或飞絮的危险场所，但是这种飞絮或纤维不可能在空中悬浮，其数量足以形成可燃性混合物的场所。不适用
                     
                  *该规程是1987年12月16日由原劳动人事部、国家机械委员会、化学工业部、纺织工业部、公安部、煤矿工业部、石油工业部、轻工业部等八个部联合颁布的。
                      2、气体的引燃温度
                     
                  引燃温度是指在常温下，加热一个容器内的可燃性气体与空气的混合气，开始着火时的反应容器器壁的最低温度，做为评定可燃气体和液体在以热物体内发生燃烧的尺度。气体的引燃温度一般与可燃物浓度、压力及反应容器的大小有关，甚至受添加剂的影响。
                      3、气体、液体与粉尘的分极
                  表2
                        美国标准NEC500中国标准
                        （BG3836.1及GB12476.1）
                        类级气体、液体或粉尘环境级
                        ⅠA乙炔ⅡC
                        B氢
                        丁二烯、氧化乙烯ⅡB
                        C环丙烷
                        乙醚
                        乙烯
                        乙醛
                        D丙酮
                        乙醇
                        氨
                        苯
                        丁烷
                        汽油
                        丙烷ⅡA
                        ⅡE金属粉尘：包括铝、镁及其工业合金和其他具有相同特性的金属爆炸性粉尘
                        F碳黑、煤或焦炭粉尘可燃性粉尘
                        G面粉、淀粉或物粉尘
                  4、设备的表面温度
                      危险场所用电气设备要求标明表示其最高表面温度的鉴别符号，设备的表面温度不得超过它将遇到的气体与液体的点燃温度。
                        美国标志最高温度ºC中国标志
                        T1
                        T2
                        T2A
                        T2B
                        T2C
                        T2D
                        T3
                        T3A
                        T3B
                        T3C
                        T4
                        T5
                        T6450T1
                        300
                        280
                        260
                        230
                        215T2
                        200
                        180
                        165T3
                        135
                        120T4≤135ºC
                        100T5
                        85T6
                  5、防爆电气设备类型
                      根据美国电气法规对于1类1区可接受的防爆型式：
                      隔爆外壳、本安型电气设备、正压型电气设备。
                      1类2区可接受的民气设备：无火花型、气密型，油浸型及1区可使用的电气设备。
                      6、标示方法
                     
                  美国防爆电气设备的标识与IEC体系、中国标示方法有很大的差异，在美国已被证明合格的设备通常印上标志，以表明类区以及它所适用的物质，并且在适当的时候，用一个表明最高温度的符号，如：
                      Class I, Division , Group C,T3A
                      分别表明I类气体危险场所，1区，C组可燃性气体表面温度组别T3A（180℃）。
                      三、美国UL674对危险场所用电动机和发电机的技术要求概述
                     
                  美国UL74标准规定了危险场所I级1区C、D组或II级1区E、F、G组所适用的电机，该电机所适用的环境条件为最低环境温度-70℃，氧气含量不超过21%（V%），气压为正常大气条件下，结构为全封闭扇式电机。
                      结构
                      气体场所中的电动机内部爆炸压力与其外壳大小、形状、内部空间容积、风扇有关，也与气体或蒸汽与空气混合物的性质
                  及浓度有关，气体的爆炸压力与传播速度受以下因素的影响：
                     
                  A）火焰路径与爆炸浓度范围及火焰传播速度有直接关系，间隙太小，达到熄火间隙以下时，则火焰不能传播，更燃烧不起来，随着路径增宽，极限值变宽，火焰传播速度也加快。
                     
                  B）点火位置及能量的不同，能影响爆炸极限值及火焰传播速度。电火花在可燃气体（蒸气）与空气混合气中放电，能引起混合气燃烧，随着点火能量的加大，燃烧范围变宽。当火花达到“极限火花能量”时再增加火花能量，燃烧范围也不变化。不同的可燃混合气有不同的极限火花能量值。
                     
                  C）可燃气体（蒸气）的浓度，与火焰传播速度关系较大，从燃烧下限开始，随着浓度的增加，火焰传播速度加快，达到一个最大值，再增加浓度则传播速度下降，一直到燃烧上限便停止传播。
                     
                  D）气体压力没有大幅度变化时，对燃烧极限便没有明显的影响，但低于200mmHg（26。66KPa）才有明显的反映，当气压低到一定值时，便不能反应，但压力对于引燃温度具有明显的影响。
                      E）可燃气体的初始温度与极限值的关系是随着初始温度的增大，燃烧范围变宽，上限可增大2~3%，下限减少2~3%。
                  材料
                     
                  电机的外壳材料应由铁、钢、铜、黄铜、青铜、铝或铝合金（含铝量不低于80%）制成，不能采用锌、镁合金。可移动式电动机，容易被外界物质冲撞或容易撞击外界物质的裸露金属部件，应由黄铜、青铜或铝制成。外壳最小厚度见表4。
                  　
                  表4    外壳厚度
                        最大外壳尺寸最小厚度in(mm)
                        接合面a)内部长度in(mm)面积b).c)
                        in2(dm2)铸黄铜、青铜、紫铜或铸铁铸铁或铸铝钢板
                        13(330)240(15)0.093(2.36)0.125(3.18)0.058d)(1.47)
                        22(560)480(31)0.093(2.36)0.125(3.18)0.058(1.47)
                        30(760)620(40)0.093(2.36)0.125(3.18)0.093(2.36)
                        60(1525)1500(97)0.125(3.18)0.187(4.75)0.125(3.18)
                        60(1525)以上1500(97)以上0.187(4.75)0.250(6.35)0.187(4.75)
                     
                  注：a）机座与端盖接合面的周长；b）此面积不是总面积，而是端盖或定于机座等各个外壳部件的面积；c）端盖面积可看作是，周围的面积，机座面积可看作是圆柱的面积；d）准备安装在不易遭受机械或物理损坏的电动机，如带有辅助外壳的电动机，其外壳厚度不能低于0.042in（1.07mm）。
                      但钢板机座最低不能小于1.2mm；
                      铸铁机座最低不能小于1.6mm；
                      I级场所中电动外壳机械强度
                      电机外壳承受内部爆炸压力可用计算法或外壳静水压试验来确定。
                      a）计算法
                      压力与接合面内部长度关系见图1。
                                            图1   压力与接合面内部长度关系
                      计算法采用给定的安全系数与规定的最大内部爆炸力来确定材料的抗拉强度，所用的安全系数见表5。
                  表5   计算确定I级场所中电动机外壳强度用安全系数
                        外壳材料或部件计算用安全系数
                        铸造金属
                        结构钢
                        螺栓5
                        4
                        3
                      b）外壳水压试验
                      外壳应能承受以上表规定的内部爆炸压力为基础确定的水压试验压力，历时1min，无断裂或永久性变形。安全系数见表6。
                  表6   测定I级场所用外壳强度的水压试验安全系数
                        外壳材质或部件水压试验安全系数
                        铸造金属4
                        加工钢板3*
                        螺栓3
                  　
                      *：外壳应承受至少等于最大要求压力2倍的水压试验而不发生永久变形，和承受至少等于最大要求压力3倍的水压而不断裂。
                      外壳接合面
                      外壳接合面应为金属-金属式，金属接合面应有不超过0.00025in（0.0064mm）算术平均粗糙度。
                  表7    电动机外壳中的接合面尺寸
                        电动机尺寸直线(平面或圆柱形)接合面止口接合面
                        内部空间容积in3接合面内部长度a)in最小间隙in最大间隙in最小接合面总宽度in径向部分最小宽度in轴向部分最小宽度in径向部分最大间隙in轴向部分最大直径差in
                        65或更小-1/40.0015b)1/83/643/640.00150.0015
                        350或更小32或更小见图23/8
                        1/2
                        1/2
                        1/23/64
                        3/64
                        3/64
                        3/32-
                        -
                        -
                        -0.0015
                        0.002
                        0.0015
                        0.0020.003
                        0.003
                        0.004
                        0.004
                        超过350c)超过32c)见图23/4
                        3/41/16
                        1/161/16
                        1/16见图2d)
                        见图2d)
                     
                  注：a）机座与端盖接合面的周长；b）对于圆柱接合面，直径差应为0.003in；c）如果0.0015in的塞尺在任何一点沿宽度方向均不能探入1/8in以上时，电动机定于环与叠片架间的接合面宽度不应小于1/4in（6.4mm）。这里所指的叠片架是在高压下用铆钉或槽钢固定并焊接在一起的结构；
                  d）对于轴向部分，直径差可以是图2规定间隙的两倍。
                  　
                      接合面中螺旋
                     
                  如果螺栓头在外壳外侧，间隙孔最近边缘与电动机外壳内边缘间的接合面宽度不小于1/2in（12.7mm），如果螺栓头在外壳内侧，间隙孔最里边缘与电动机外壳外缘间的接合面宽度应不小于1/2in。
                      外壳上的孔
                     
                  外壳上的不透孔底剩余厚度不应小于1/16in（1.6mm），另外，对于1级场所，孔底剩余厚度应足以承受通过计算或静水压力试验得出的内部爆炸压力。在下列情况下，外壳上的孔可为透孔：
                      A。3/8in（905mm）金属钉或部件填塞；
                      B。销钉或零件装在孔内并用连续焊接的方法填堵；
                      C。啮合5扣以上的螺钉填塞。
                      温度试验
                      检验电机是否正常运行及过载条件下，表面温度是否超过规定的温度限制。
                      a）正常温度试验
                      电机连接在测功机或其他负载设备上，按照规定的额定电压和负载系数运行，按照其所规定的工作制运行到出现热平衡。
                      b）过载试验
                      有限温度装置的电动机，逐渐增加负载，直到限温装置脱扣。
                      c）运行过载烧毁，测量其外表面温度。
                      d）单相试验
                      带有限温装置的多相电动机，运行达到正常负载温度。然后，电动机经受单相运行，直到限温装置断路。
                      e）堵转试验
                      设有限温装置的电动机，待电机按额定负载运行至正常负载温度，然后把电机转子堵住，电机运行到限温装置断路为止。
                      f）72h堵转试验
                     
                  设有限温装置，限温装置为自动重调式或手动重调式，待电机按额定负载运行至正常温度，然后堵住电动机转子，带自动重调式限温装置电动
                      g）堵转耐久试验
                     
                  设有限温装置的电动机，施加100~110%的额定电压，外壳通过30A熔电丝管接地，堵住电机转子，自动重调式限温装置的电动机要运行15天，手动重市政式限温装置要操作50次，电机应无永久性损伤、绝缘老化、任何灼烧现象。
                      爆炸试验
                      电机须按照下列气体浓度进行爆炸试验，以确定气体混合物产生最大爆炸压力对电机的影响，对最大传爆能力的影响。
                  表8 爆炸试验用气体--空气混合物
                        I级中组别试验气体体积百分比(%)
                        C
                        D乙烯
                        丙烷4-9
                        3-7
                  　
                      例外情况：如果电动机结构符合下列条件，可不进行爆炸试验：
                      A）外壳符合标准规定的螺纹式、圆柱式或止口结合；
                      B）轴通路符合标准规定的结构；
                      C）无内风扇；
                      D）定子机座铁心内或其上面或者转子中无通风孔；
                      E）外壳符合外壳机械强度要求；
                      F）电动机不在低于-25℃的环境温度下使用。
                      外壳应防止能使周围爆炸性气体旨燃的火焰或火花通过。内风扇、挡风板和其他部件在爆炸时不应产生永久变形。
                      对每一试验条件，在整个可燃范围内至少进行10次一系列试验。
                  表9
                        试验顺序火花塞位置电动机运行情况
                        1
                        2
                        3
                        4传动端
                        非传动端
                        传动端
                        非传动端不运转
                        不运转
                        运转
                        运转
                  　
                      结合面不符合规定数值要求的电动机，应承受：
                      （1）上述所规定的爆炸试验；
                      （2）对于下列参数的样机，须承受100次一系列试验；
                      ——结合面宽减少到生产中规定的最小值75%；
                      ——结合面间隙增加到生产中规定的最大值的150%
                      耐电压试验
                      电动机带电部件与一带电部件间应经受40~70Hz基本为正弦波外施电压试验，历时1min而不击穿，试验电压为：
                      A）额定功率小于1/2hp（0.37kw）或额定电压低于250v电动机，电压为1000v；
                      B）额定功率1/2hp（0.37kw）或额定电压大于250v，JN DFY YL 1000v+2uN。
                      例行试验电机，除承受以上耐压试验外，还需承受以下外施电压试验，历时LS不击穿：
                      A）额定功率1/2hp（0.37kw）或电压250v以下施加1200v；
                      B）额定功率1/2hp（0.37kw）或额定电压大于250v，电压为1200v+2un。
                      辅助装置带电部件与电动机外壳间同电机带电件间外施电压。
                      夹紧试验
                     
                  可移动式电动机须经受电缆夹紧试验，对额定电流为30A或以下的电动机，所加拉力为150lb（667N）；额定电流大于30A的电动机，应为300lb（1334N），历时（min）不应有3/32in（2.4mm）或以上的位移，电缆绝缘不尖有任何损伤，如刀痕、裂纹或磨损。
                      非金属风扇与风扇试验
                      导电率试验：
                      选择三个风扇或风罩样品，导电垫安装在不同的位置上，风扇或风罩的实测电阻应不超地1MΩ。
                      静电积聚试验：
                     
                  样品要在（25±10）%相对湿度下进行至少48h的处理，然后在房间中用绝缘子支撑起来，房间的相对湿度不大于35%，除了电火电火花之外，所有光源全部消除。接地点电极进行接地。用5000V的格拉夫发电机把静电荷喷于产品的非导电部件上。然后用直径为3/8in（9.5mm）的接地金属球逐渐与样品非导电区接触。
                      低温环境用电动机
                      对于那些适应于-25℃，但不低于-70℃环境温度中使用的电动机。
                     
                  A）除符合一般温度下使用电动机的技术要求外，在规定的低温环境中，冷冻的外壳部件不应导致接合面或轴通路长度减少或间隙增加，使结合面和轴通路不符合规定的接合面和轴通路的要求。
                      B）外壳强度应考虑环境温度变化对材质影响。
                      C）电动机须在规定的低温环境下从0.9m高度跌落到水泥地面上10次的引线密封跌落试验。

uia-xie

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