隔爆外殼保護設備電纜引入裝置選擇的探討

李玲，范詠峰

(1. 中國石化工程建設有限公司，北京100101；2.中科合成油工程有限公司，北京 100028)

石油化工企業裝置工藝介質多數為易燃易爆氣體和/或粉塵，生產裝置和儲運系統等單元內大部分區域為爆炸性氣體環境和/或爆炸性粉塵環境。由隔爆外殼“d”保護的設備是爆炸性氣體環境常用的防爆電器型式之一。IEC 60079-0： 2017Explosiveatmospheres—Part0：Equipment-Generalrequirements[1]和GB 3836.1—2010《爆炸性環境 第1部分： 設備 通用要求》提出了爆炸性環境設備的通用要求[2]。IEC 60079-14Explosiveatmospheres—Part14：Electricalinstallationsdesign,selectionanderection對由隔爆外殼“d”保護設備的電纜引入裝置的選擇有明確的要求。多年來，IEC 60079-14規范幾經升版，對由隔爆外殼“d”保護設備的電纜引入裝置的選用規定和要求也不斷變化。設計人員和運行維護人員應了解和掌握這些變化，以便掌握正確的電纜引入裝置選型原則，并在生產維護中對該類電纜引入裝置提供正確的維護。

GB 3836.2—2010《爆炸性環境 第2部分： 由隔爆外殼“d”保護的設備》[3]修改采用IEC 60079-1： 2007Explosiveatmospheres—Part2：Equipmentprotectionbyflameproofenclosures“d”。

GB/T 3836.15—2017《爆炸性環境 第15部分： 電氣裝置的設計、選型和安裝》[4]修改采用IEC 60079-14： 2007Explosiveatmospheres—Part14：Electricalinstallationsdesign,selectionanderection[5]。

1 由隔爆外殼“d”保護的設備的定義

GB/T 3836.15—2017和GB 3836.2—2010的“術語和定義”中均明確給出了隔爆外殼“d”的定義：“電氣設備的一種防爆型式，其外殼能夠承受通過外殼任何結合面或結構間隙進入外殼內部的爆炸性混合物在內部爆炸而不損壞，并且不會引起外部由一種、或多種氣體或蒸氣形成的爆炸性氣體環境的點燃”。

由隔爆外殼“d”保護的設備是石油化工企業爆炸性氣體環境中廣泛采用的防爆電器之一，具有安全性高、使用范圍廣(適用于1區和2區)等特點。但對于由隔爆外殼保護設備電纜引入裝置的選擇，設計人員往往重視不夠。

從定義可以看出，由隔爆外殼“d”保護的設備，其外殼可以承受內部爆炸而不損壞，也不會引起外部危險氣體或蒸氣形成的爆炸性氣體環境的點燃。與由隔爆外殼“d”保護的設備連接的防爆電纜引入裝置應選用隔爆型，其防爆防護等級均不應低于由隔爆外殼“d”保護的設備的防爆防護等級，并應滿足該設備其他所有相關要求，如防腐、戶外環境、濕熱環境或干熱環境要求等。

為了確保由隔爆外殼“d”保護的設備的整體安全性，GB/T 3836.15—2017和IEC 60079-14： 2013都對電纜引入裝置的選用提出了明確要求。

2 國標對電纜引入裝置的要求

本節以GB/T 3836.15—2017中的條款作為討論的基礎。

2.1 補充要求

GB/T 3836.15—2017第9.3.2條是對爆炸性氣體環境固定布線用電纜的要求，電纜應與使用的環境條件相適宜。電纜應采用如下三種型式之一：

1)加熱塑護套、熱固護套或合成橡膠護套。電纜應為圓形、致密，如果有擠壓層和填料，應防潮。

2)礦物絕緣金屬護套電纜。

3)特殊電纜，如帶有合適電纜引入裝置的扁電纜。

當電纜接入由隔爆外殼“d”保護的設備時，應保持其防爆性能的完整性。爆炸性氣體環境中固定布線用電纜多采用型式1)的電纜。本文重點討論該種類型電纜。

GB/T 3836.15—2017第10.4.2條對由隔爆外殼“d”保護的設備的電纜引入裝置提出了明確的要求，根據10.4.2條b)款，如果電纜符合第9.3.2條1)的致密要求，應按圖1所示的流程選擇合適的隔爆型電纜引入裝置。

圖1中，GB/T 3836.15—2017第10.4.2條d)款為：“設備文件規定，或者符合GB 3836.2—2010要求的隔爆型密封裝置(例如，密封腔)，并且采用與所用電纜相適應的電纜引入裝置。密封裝置應有密封填料或其他允許填充在單個芯線周圍的相應密封。密封裝置應安裝在靠近電纜引入設備的位置。” 第10.4.2條e)款為：“在設備文件中規定，或者符合GB 3836.2—2010要求的隔爆型電纜引入裝置，單個芯線周圍用填料密封或彈性密封進行密封，或者采用其他等效密封措施。”

圖1 隔爆型電纜引入裝置選擇流程示意

因此，根據圖1可知，對于本文重點討論的電纜，大多數情況可以使用合適的帶密封圈的隔爆型電纜引入裝置。下列任何一種情況，應按GB/T 3836.15—2017第10.4.2條d)款和e)款選擇符合GB 3836.2—2010要求的其他型式的隔爆型電纜引入裝置：

1)ⅡC級由隔爆外殼“d”保護的設備的外殼中含點燃源。

2)安裝在ⅡB/ⅡA級1區的由隔爆外殼“d”保護的設備的外殼中含點燃源，且外殼容積大于2 L。

GB/T 3836.15—2017的上述要求與IEC 60079-14： 2007的9.3.1條，10.4.2條的要求一致。

2.2 隔爆型電纜引入裝置要求提出的依據

如圖1所示的由隔爆外殼“d”保護的設備適用電纜引入裝置的選擇流程最早是在IEC 60079-14： 1996中體現的[6]。

由于擔心隔爆外殼內的重復點燃造成電纜引入裝置內部或外部電纜導體絕緣和電纜內墊層的損壞，導致引燃其周圍的危險介質，英國電氣研究協會(ERA)在1975年對截面積為(2.5～185) mm2的3芯和4芯的動力銅電纜和多芯信號電纜進行了大量的實驗。實驗電纜長度為50 mm和3 m，用于實驗的容器的凈容積為2～62 L不等。部分實驗在將電纜預熱到70 ℃進行，這是PVC絕緣電纜線芯允許的最高溫度。實驗發現在許多情況下出現了嚴重的熱損害，特別是將多芯電纜預熱后在2 L以上的容積內實驗時，與ⅡC級危險環境相比，在具有較高熱值的ⅡA級和ⅡB級危險環境中的實驗，所發現的熱損害更為普遍，這是由于發生了火焰傳播。

1976年4月，實驗結果提交英國標準協會(BSI)通用電工標準政策協會GEL/31，同時提交的還有與塑料電纜和合成橡膠絕緣電纜相關的6個推薦解決方案。后者據此繪制了圖1所示的選擇流程，并在1989年列為了BS標準的補充。最終，IEC 60079-14： 1996引入了上述選擇流程及其對電纜的要求。

3 IEC 60079-14： 2013的要求

IEC 60079-14： 2013第10.6.2條為“對由隔爆外殼‘d’保護的設備電纜引入裝置的補充要求”[7]，明確了選擇電纜引入裝置的兩個原則，可以任選其一： 一是采用滿足IEC 60079-1要求并按照設備取證的密封填料式電纜引入裝置；二是電纜和電纜引入裝置滿足下列所有要求： 電纜引入裝置滿足IEC 60079-1： 2013要求并按照設備取證，滿足第9.3.2條a)款的要求，電纜長度應不小于3 m。

即當采用該種電纜，且電纜長度不小于3 m，可選擇滿足IEC 60079-1： 2013的各種類型的隔爆型電纜引入裝置，包括帶密封圈的隔爆型電纜引入裝置。

4 IEC 60079-14的2013版和2007版的差異

顯而易見，對由隔爆外殼“d”保護的設備的電纜引入裝置的補充要求，相較于IEC 60079-14： 2007，IEC 60079-14： 2013中的相關要求已經有了很大的變化。這也是EN 60079-14: 2014Explosiveatmospheres—Part14：Electricalinstallationsdesign,selectionanderection對該版標準提出質疑的原因，筆者將在下一節具體闡述。

對于常用的圓形和致密的熱塑、熱固或合成橡膠護套電纜，IEC 60079-14： 2007關注的是隔爆外殼內是否有點燃源及隔爆外殼的內容積，選用隔爆電纜引入裝置的原則是杜絕由于隔爆外殼內的點燃源泄漏造成ⅡC區氣體或1區氣體的爆炸和燃燒。IEC 60079-14： 2007明確指出，內部點燃源包括“火花或正常運行條件下出現的能夠點燃危險介質的表面溫度，僅包括接線端子的外殼或間接引入外殼認為不會成為內部點燃源”。

IEC 60079-14： 2013關注的是連接隔爆外殼的電纜長度。根據該規范的解釋，給出電纜最短長度要求是為了將火焰沿電纜傳播的可能性降至最低，因為火焰會通過電纜的空隙傳播。歷版IEC 60079-14都對爆炸性氣體環境固定布線用熱塑、熱固或合成橡膠護套電纜提出了“圓形、致密”的要求，IEC 60079-14： 2013更加重視電纜的致密性，該規范的附錄E給出了電纜的限制呼吸實驗方法，用以驗證電纜的致密性。

5 EN 60079-14： 2014對IEC 60079-14： 2013相關修改的質疑

英國委員會在EN 60079-14： 2014的附錄National Annex NA“隔爆外殼電纜引入裝置選擇”中表達了對IEC 60079-14： 2013中隔爆外殼電纜引入裝置選擇要求的變化的質疑[8]。英國委員會認為，IEC 60079-14： 2013對上一版規范的修改并未經過足夠的測試和評估，從而是不嚴謹的。在IEC 60079-14： 2013 “詢問草案(CDV)”和“最終國際標準草案(FDIS)”階段，英國委員會都對IEC 60079-14： 2013的該部分內容投了反對票；即使現盡管IEC 60079-14： 2013已發布，英國委員會仍推薦按IEC 60079-14： 2007的相關條款選擇隔爆外殼適用的隔爆電纜引入裝置型式。

6 電纜的“冷變形”特性及相應電纜引入裝置的選擇

GB/T 3836.15—2017中9.3.11條“設備的電纜連接”提出了“選擇的電纜引入裝置和/或電纜應能減少電纜冷變形的影響”。IEC 60079-14： 2007中9.3.10條“設備的電纜連接”和IEC 60079-14： 2013中10.2節“電纜引入裝置的選擇”也提出了相同的要求。這是因為，電纜使用的材料可能有“冷變形”特性，可能會由于電纜引入裝置內密封件位移產生一定的壓縮力，造成電纜護套的位移和變形。電纜的“冷變形”特性會造成電纜絕緣電阻降低，通常低煙和/或耐火電纜會表現出明顯的“冷變形”特性。因此，對具有“冷變形”特性的電纜，宜選用合適的電纜引入裝置，防止電纜絕緣電阻的降低，如選用帶“冷變形”阻止功能的電纜引入裝置。

7 結束語

隔爆電纜引入裝置的選用要與電纜類型相適應，以保證由隔爆外殼“d”保護的設備的防爆完整性。在實際工程應用中，設計人員應將足夠多的電纜信息提交電纜引入裝置的廠家。設計人員要關注由隔爆外殼“d”保護的設備的特性(如確認其隔爆外殼內是否有點燃源或危險高溫)、相應電纜的特性(如電纜材料是否有“冷變形”特性)、電纜長度(是否超過3 m)等信息，理清思路，持續關注IEC和BS EN等相關規范的升版、補遺信息。針對國內外的不同項目，依據現行IEC或國標的相關條款，選擇合適的隔爆電纜引入裝置。國內項目的執行過程中，對于由隔爆外殼“d”保護的設備，建議考慮IEC最新版本中對電纜引入裝置選擇的要求，如為本文重點討論的電纜、采用密封圈型式的隔爆電纜引入裝置，在條件允許的情況下建議連接電纜長度不小于3 m。