Giáo trình trang bị điện

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

TS Trần Hữu Phúc (Chủ biên)
ThS Dương Thị Lan
ThS Nguyễn Thanh Tùng

GIÁO TRÌNH

TRANG BỊ ĐIỆN
DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC
(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

QUẢNG NINH - 2021


MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu

3

Chương 1. Các hình thức chế tạo thiết bị điện

5

1.1. Phân loại môi trường mỏ và nguy hiểm do cháy nổ

5

1.2. Các yêu cầu đối với hình thức chế tạo thiết bị điện mỏ

17

1.3. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức thơng thường

18

1.4. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an tồn cao

20

1.5. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức phịng nổ

21

1.6. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an tồn tia lửa

25

1.7. Các hình thức khác bảo vệ khỏi nổ

30

Chương 2. Thiết bị bảo vệ

35

2.1. Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ

35

2.2. Bảo vệ khỏi các chế độ sự cố

46

2.3. Bảo vệ thiết bị điện khỏi các chế độ làm việc khơng bình thường

53

2.4. Bảo vệ bằng các bộ lọc thành phần đối xứng

61

2.5. Bảo vệ khỏi chạm đất một pha

64

Chương 3. Thiết bị điều khiển

68

3.1. Phân loại và các yêu cầu đối với thiết bị điều khiển

68

3.2. Thiết bị điều khiển bằng tay

69

3.3. Thiết bị điều khiển từ xa và tự động

76

3.4. Thiết bị điện cao áp trong mỏ

94

3.5. Các trạm phân phối điện

127

Chương 4. Thiết bị cung cấp điện

130

4.1. Phân loại và yêu cầu

130

4.2. Máy biến áp và trạm biến áp mỏ hầm lò

130

4.3. Trạm biến áp di động mỏ lộ thiên

136

4.4. Biến áp dùng cho khoan điện cầm tay và chiếu sáng

137

4.5. Trạm kéo và trạm nạp

138

Chương 5. Cáp điện và dây dẫn

154

-1-


5.1. Khái niệm chung

154

5.2. Cáp điện dùng cho mỏ lộ thiên

154

5.3. Cáp bọc thép dùng cho mỏ hầm lò

155

5.4. Cáp mềm dùng cho mỏ hầm lò

157

5.5. Dây dẫn đường dây trên khơng

162

5.6. Cấu kiện cơ khí đường dây

166

Chương 6. Kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị điện

171

6.1. Tổ chức lắp đặt và vận hành thiết bị điện mỏ

171

6.2. Thử nghiệm thiết bị điện

173

6.3. Tổ chức sửa chữa thiết bị điện mỏ

177

Tài liệu tham khảo

182

-2-


LỜI NĨI ĐẦU

Giáo trình “Trang bị điện” được biên soạn với mục đích làm tài liệu học tập
cho sinh viên Đại học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện và làm tài liệu tham
khảo cho sinh viên các chuyên ngành điện khác của Trường Đại học Cơng nghiệp
Quảng Ninh.
Giáo trình cịn có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ giảng dạy, cán bộ
kỹ thuật, kỹ thuật viên hiện đang công tác trong ngành công nghệ kỹ thuật điện.
Giáo trình đã giới thiệu một cách có hệ thống các kiến thức cơ bản, thể hiện
tương đối đầy đủ các nội dung, phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên
về trang bị điện trong mỏ cũng như các xí nghiệp cơng nghiệp.
Giáo trình gồm 6 chương:
Chương 1. Các hình thức chế tạo thiết bị điện
Chương 2. Thiết bị bảo vệ trong mỏ
Chương 3. Thiết bị điều khiển
Chương 4. Thiết bị cung cấp điện
Chương 5. Cáp điện và dây dẫn
Chương 6. Kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị điện
Giáo trình do tập thể tác giả: Tiến sĩ Trần Hữu Phúc chủ biên, ThS Dương Thị Lan
và ThS Nguyễn Thanh Tùng, Bộ mơn Điện khí hố - Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng
Ninh biên soạn.
Tập thể tác giả chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Điện,
các giảng viên bộ môn Điện khí hóa - Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh cùng
các phòng ban nghiệp vụ, các cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ động viên, góp ý để
hồn thành tốt giáo trình này.
Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả đã cố gắng bám sát chương trình mơn
học đã được phê duyệt của Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, kết hợp với
kinh nghiệm giảng dạy môn học này trong nhiều năm, đồng thời có chú ý đến đặc thù
đào tạo các ngành của trường.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song vì thời gian và trình độ có hạn, nên sai sót
trong cuốn giáo trình này là khó tránh khỏi. Nhóm tác giả mong nhận được nhiều

-3-


đóng góp ý kiến xây dựng để cuốn giáo trình được hồn thiện hơn. Những ý kiến
đóng góp xin gửi về địa chỉ: Bộ mơn Điện khí hố Trường Đại học Công nghiệp
Quảng Ninh.
Xin chân thành cảm ơn!
Quảng Ninh, tháng 04 năm 2021
Tác giả.

-4-


Chương 1. CÁC HÌNH THỨC CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN
1.1 Phân loại môi trường mỏ và mức độ nguy hiểm do cháy nổ
1.1.1 Đặc điểm làm việc của các thiết bị điện mỏ
Các đặc điểm làm việc của thiết bị điện mỏ là:
- Đa số máy móc trong thời gian làm việc thường xuyên hoặc định kỳ di
chuyển.
- Khí hậu và thời tiết khắc nghiệt, mưa nắng, nhiệt độ cao, trong khơng khí có
nhiều bụi dẫn điện.
- Khơng gian chật hẹp.
- Áp lực đất, đá, sạt lở.
- Công tác nổ mìn dễ phá hoại thiết bị điện.
1.1.2 Phân loại mơi trường mỏ
Các thiết bị điện mỏ được chế tạo để làm việc trong các mơi trường:
- Ngồi trời đối với mỏ lộ thiên.
- Đặc biệt nguy hiểm về hỏa hoạn, điện giật trong mỏ hầm lò.
Để phân loại hỗn hợp nổ người ta sử dụng tiêu chuẩn giá trị khe hẹp an toàn
lớn nhất xác định bằng thực nghiệm. Giá trị khe hẹp an toàn lớn nhất là giá trị mặt

ghép phẳng có bề rộng 25 mm giữa thân và nắp hộp để sao cho sự nổ của hỗn hợp có
nồng độ bất kỳ xảy ra bện trong hộp khơng gây nổ hỗn hợp bên ngoài.
Hỗn hợp nổ được phân loại trong bảng 1.1
Bảng 1.1 Phân loại hỗn hợp nổ trong mỏ
Cấp và hỗn hợp nổ
I.

Khí mê tan mỏ

II.

Khí và hơi cơng nghiệp

Giá trị khe hẹp an tồn lớn nhất, mm
1,0

II A.

0,9

II B

Từ 0,5 – 0,9

II C

0,5

Hỗn hợp khí và hơi của chất lỏng dễ cháy với khơng khí được phân loại dựa
trên cơ sở nhiệt độ tự bốc cháy của chúng (Bảng 1.2)

-5-


Bảng 1.2. Phân loại nhóm hỗn hợp nổ và nhiệt độ tự bốc cháy
Nhóm hỗn hợp nổ

Nhiệt độ tự bốc cháy, 0C

T1

450

T2

300-450

T3

200-300

T4

135-200

T5

100-135

T6

85-100

1.1.3. Điều kiện gây nổ mơi trường do dịng điện
Năng lượng tối thiểu để đốt cháy một thể tích khí tối thiểu hình cầu đường
kính d = 0,08 a/Vn, bằng 𝐸 = 6,3𝑑 2 = 4. 10−2 𝑎2 /𝑉𝑛2

trong đó: a – hệ số truyền nhiệt của hỗn hợp khí , m2/s;
Vn – tốc độ truyền loan sự cháy, m/s.

Tính chất của các hỗn hợp khí cháy ở áp suất P = 101 kPa và nhiệt độ T= (1520)0C cho trong bảng 1.3
Bảng 1.3 Bảng phân loại hỗn hợp nổ theo cấp và nhóm
Khí cháy

Giới hạn nồng độ
Dưới

Trên

Năng lượng

Nhiệt độ gây

gây cháy tối

cháy, 0K

thiểu, mJ
Mê tan

5,0

15,0

0,28

2316

Êtan

3,22

12,45

0,26

2370

Prôpan

2,37

9,5

0,25

2383

Butan

1,86

8,41

0,24

2392

Peptan

1,4

7,8

0,24

2391

Hecxan

1,25

6,9

0,23

2397

Heptan

1,0

6,0

0,232

2399

Êtilen

2,75

28,6

0,1

2557

Propilen

2,4

11,1

0,25

2557

Oxitotilen

3,0

80,0

0,062

2557

-6-


Tôluôn

1,27

6,75

0,062

2484

Axêtilen

2,5

81,0

0,019

2893

Hyđro

4,0

74,2

0,019

2483

Xăng σ-70

0,79

5,16

0,23

2483

Axêton

2,5

12,8

0,23

2483

Nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp càng cao thì giới hạn nồng độ nổ càng được mở
rộng. Đối với hỗn hợp mêtan – khơng khí sự thay đổi đó được cho trong bảng 1.4
Bảng 1.4. Bảng quan hệ giới hạn nổ với nhiệt độ ban đầu
Nhiệt độ ban đầu của hỗn

Giới hạn dưới, % thể tích

Giới hạn trên, % thể tích

17

6,3

12,9

100

5,95

13,7

200

5,5

14,6

400

4,8

16,6

hợp nổ, 0C

Trong bảng 1.5 trình bày sự thay đổi các giới hạn của nồng độ nổ tùy theo áp
suất ban đầu của hỗn hợp mêtan – không khí.
Bảng 1.5 Bảng quan hệ giới hạn nổ với áp suất ban đầu
Áp suất ban đầu của hỗn

Giới hạn dưới, % thể tích

Giới hạn trên, % thể tích

1

6,6

12,7

21

7,5

12,0

400

5,2

46,0

hợp nổ, At

Trong phạm vi giới hạn nổ, tồn tại một giá trị nồngđộ tối nguy, là nồng độ dễ
gây nổ nhất.
Nồng độ tối nguy của cùng một loại hỗn hợp nổ không giống nhau khi nguồn
gây nổ khác nhau. Ví dụ hỗn hợp mêtan – khơng khí dễ nổ nhất khi nồng độ khoảng
8,5% nếu nguồn gây nổ là sự phóng điện (tia lửa hoặc hồ quang điện); bằng 9,8% nếu
nguồn gây nổ là sợi tóc của bóng đèn; bằng (6,4 ÷7,4 ) % nếu nguồn gây nổ là tia lửa

-7-


do ma sát. Áp suất nổ lớn nhất xảy ra khi hỗn hợp mê tan – khơng khí có nồng độ (9
÷10)% bị kích nổ bằng tia lửa điện.
Muốn cho hỗn hợp nổ được, cần phải nâng nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ
cháy. Giá trị nhiệt độ này thay đổi tùy theo nồng độ của hỗn hợp. Nhiệt độ gây cháy
hỗn hợp mêtan – khơng khí vào khoảng 6750C.
Khi tiếp xúc với nguồn gây nổ, hỗn hợp nổ khơng nổ ngay mà chậm sau đó
một ít. Hiện tượng như vậy gọi là sự nổ muộn và nó thường được dùng để đánh giá
độ nhạy của hỗn hợp nổ. Thời gian nổ muộn càng nhỏ thì hỗn hợp càng nhạy. Thời
gian trễ này có ý nghĩa đặc biệt đối với hỗn hợp mêtan – khơng khí vì nó có thể đạt
tới một số giây nhưng sẽ giảm nhanh khi tăng nhiệt độ của nguồn gây nổ và chỉ còn
khoảng một vài mili giây khi nhiệt độ bằng 10000C.
Khi bầu khơng khí nằm trong giới hạn nổ thì nó có thể nổ nếu có nguồn kích
nổ thích hợp. Nguồn kích nổ do dịng điện có thể là hồ quang, tia lửa điện hoặc các
bộ phận dẫn điện bị nung quá nóng.
Theo lý thuyết nhiệt thì tất cả khối khí có thể bốc cháy nếu một thể tích nhất

định được nung nóng đến nhiệt độ cháy. Khi có nguồn nhiệt thì khối khí bị nung nóng
và nhiệt độ khối khí sẽ giảm từ tâm (nguồn gây cháy) đến biên giới. Nếu nhiệt độ này
gây cháy được một thể tích phân tố thì sẽ làm cháy được tồn bộ khối khí mặc dù
nguồn gây cháy khơng tồn tại nữa.
Để nung nóng được một thể tích khí như vậy đến nhiệt độ cháy cần phải có
một nhiệt lượng nhất định gọi là nhiệt lượng gây cháy tối thiểu. Giá trị năng lượng
này được xác định bằng thí nghiệm và bằng 0,019 mJ đối với hỗn hợp hyđro – khơng
khí và 0,28 mJ đối với hỗn hợp mêtan – khơng khí.
Điều kiện để gây cháy hỗn hợp khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ
yếu là:
- Năng lượng gây cháy và các thơng số của mạch gây ra năng lượng đó như
điện áp, dòng điện, loại mạch điện (điện trở, điện cảm, điện dung).
- Kích thước, hình dạng và vật liệu làm tiếp điểm nơi xảy ra phóng tia lửa.
- Khoảng cách giữa các tiếp điểm và tốc độ cắt mạch v.v.

-8-


Nếu tăng điện áp đặt vào mạch thì giá trị của dịng điện có khả năng gây cháy
giảm. Ví dụ: nếu điện áp của mạch là 25V thì dịng điện tối thiểu cần để đốt cháy hỗn
hợp mêtan – không khí là 1,18 A, cịn khi điện áp là 140 V thì dịng gây cháy chỉ cịn
0,12 A.
Trong mạch có điện cảm khơng đổi, khi tăng tần số dịng điện từ 4 kHz đến
200 kHz khả năng gây cháy của dòng điện giảm đi khá nhiều. Nhưng nếu tiếp tục
tăng tần số lên cao nữa thì khả năng gây cháy của dịng điện lại tăng.
Điện cảm của mạch điện có ảnh hưởng lớn đến khả năng gây cháy của tia lửa.
Khi tăng điện cảm của mạch thì giá trị dịng gây cháy tối thiểu giảm đi một cách rõ
rệt, vì năng lượng của tia lửa được phụ thêm một phần năng lượng tích lũy trong điện
cảm.
Thực nghiệm cho thấy rằng giá trị dòng gây cháy càng nhỏ nếu nhiệt độ chảy

của vật liệu làm tiếp điểm càng thấp, diện tích của tiếp điểm tại thời điểm cắt mạch
càng nhỏ và tốc độ cắt mạch càng lớn trong một giới hạn nhất định.
Do tính phức tạp của q trình gây cháy hỗn hợp khí cho nên khó có thể xây
dựng được một cơ sở lý thuyết cho phép xác định bằng giải tích tính an tồn tia lửa
của mạch điện, mà chủ yếu vẫn phải đánh giá trên cơ sở thực nghiệm.
Các cơng trình nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô (VX.Craptrenco)
cho thấy rằng tia lửa của bất kỳ mạch điện nào cũng đều có khả năng gây nổ, nhưng
do tính đa dạng của các yếu tố tạo ra khả năng nổ, cũng như mối quan hệ giữa các
yếu tố tạo ra khả năng nổ mà năng lượng gây cháy hoặc dòng gây cháy của một mạch
điện tuân theo luật thống kê và phụ thuộc vào số lần phát tia lửa để quan sát. Thực
nghiệm chứng tỏ rằng khi cùng một mạch điện với các thông số nhất định và khi cùng
một hỗn hợp nổ có điều kiện nhất định, thì giá trị dịng gây cháy tối thiểu của mạch
sẽ càng giảm nếu số lần thử nghiệm càng tăng.
Nếu gọi tỷ số giữa số lần gây nổ với số lần phát tia lửa là tần suất gây cháy thì
tần suất này sẽ là xác suất khi số thử nghiệm đủ lớn, được xác định từ định luật giới
hạn của Laplaxơ.
Trên cơ sở nhiều thí nghiệm và phân tích các kết quả thí nghiệm V.X.
Craptrenco đã xác định được tính xác suất của việc gây cháy hỗn hợp mêtan – không

-9-


khí và quan hệ giữa xác suất đó với dịng điện qua tia lửa khi cắt mạch. Quan hệ này
được biểu diễn ở dạng hàm số mũ và trong hệ tọa độ logarit, đồ thị của chúng là
những đường thẳng (hình 1.1).
Với các điều kiện thử nghiệm khác nhau sẽ nhận được họ các đường thẳng
khác nhau nhưng có chung một giá trị tang của góc nghiêng như nhau nếu chúng
được thí nghiệm bằng thiết bị cắt mạch có cùng một hình dạng và tính chất như nhau.

Hình 1.1. Quan hệ giữa xác suất gây cháy hỗ hợp Metan-khơng khí với dòng điện

và điện cảm của mạch điện áp 24 V

Từ các qui luật này có thể xác định được giá trị dòng điện với một xác suất
gây cháy mong đợi nào đó khi có cùng một điều kiện như điều kiện đã dùng để thử
nghiệm:
1

𝑃𝑛 𝑡𝑔∝

𝐼𝑛 = 𝐼0 ( )
𝑃0

(1.1)

trong đó: I0 – giá trị dịng gây cháy theo kết quả thí nghiệm, A;
P0 – xác suất gây cháy đối với dòng I0;
Pn – xác suất mong đợi đối với dịng In ;
tgα- tang góc nghiêng của đường thẳng xác suất.
Như vậy công thức 1.1. cho ta xác định dịng an tồn tia lửa khi biết xác suất
gây cháy cho phép, hoặc xác định được xác suất gây cháy khi biết dòng điện.

- 10 -


Phương pháp thống kê để đánh giá khả năng gây cháy của tia lửa điện theo
xác suất gây cháy cho khả năng phán đoán về bản chất gây cháy của tia lửa trong
những điều kiện nhất định. Nhưng tính chính xác của phương pháp đòi hỏi phải tiến
hành một khối lượng thí nghiệm khá lớn.
Các đường thẳng song song trên hình 1.1. là các đường thực nghiệm với xác
suất trong khoảng 10-1 đến 10-3 nhưng chúng cũng có thể kéo dài sang vùng các xác

suất nhỏ do khối lượng thí nghiệm quá lớn không thể thực hiện được. Phần đường
thẳng khơng thể xác nhận bằng thí nghiệm gọi là đường qui ước và xác suất ứng với
phần đó gọi là xác suất qui ước.
Thực tế có thể xem xác suất qui ước bằng 10-8 là giới hạn an toàn, nghĩa là
dịng điện của mạch ứng với xác suất đó khơng thể gây cháy hỗn hợp khí nổ cho dù
số lần phát tia lửa lớn tùy ý.
Do khó có thể kiểm nghiệm để nhận được giá trị xác suất 10-8, nên giá trị dịng
điện, điện áp an tồn tia lửa được xác định theo giá trị dòng điện và điện áp gây cháy.
Dòng gây cháy là dòng của mạch điện cảm hoặc khơng có điện cảm làm cháy
hỗn hợp nổ với xác suất 10-3
Dịng an tồn tia lửa là dịng có độ lớn nhỏ thua dòng gây cháy 2 lần:
𝐼𝑎𝑡 ≤

𝐼𝑐

𝑘𝑎𝑡

trong đó: Iat – dịng an tồn tia lửa;

=

𝐼𝑐

(1.2)

2

Ic – dịng gây cháy;
Kat – hệ số an toàn.

Khi kat = 2 thì xác suất gây cháy quy ước của dịng an tồn tia lửa p =2.10-8,
cịn khi kat = 2,5 thì p = 0,14.10-8.
Việc đánh giá tính an tồn tia lửa của mạch điện bằng phương pháp thí nghiệm
tuy rất cồng kềnh và phức tạp nhưng cho đến nay đó vẫn là phương pháp có độ chính
xác cao và được áp dụng rộng rãi.
Một phương pháp khác được đề nghị sử dụng là phương pháp đo của BM.
Phurơmanơp. Theo đó tiêu chuẩn gây cháy hỗn hợp nổ 𝜉 được xác định bằng quan

hệ thực nghiệm:

𝛽

𝜉 = 𝐴𝑝 𝐵𝑝𝛼 𝑈𝑝

- 11 -

(1.3)


trong đó Ap, Bp là năng lượng và cơng suất của tia lửa; Up là điện áp gây ra sự
phóng tia lửa của mạch.
Bằng thực nghiệm các tác giả đã xác định được các hệ số α, β và giá trị tuyệt
đối của tiêu chuẩn gây cháy 𝜉. Với hỗn hợp mêtan – khơng khí các hệ số này bằng α
= 0,5; β = 1,137 và 𝜉 = 0,575.

Như vậy việc kiểm tra tính an tồn tia lửa của mạch điện thực chất là xác định

các giá trị Ap, Bp và Up bằng phương pháp đo rồi tính tốn và so sánh với tiêu chuẩn
gây cháy. Điều kiện an toàn tia lửa của mạch là:
𝐴𝑝 𝐵𝑝0,5 𝑈𝑝1,137 ≤ 0,575

(1.4)

1.1.4. Các biện pháp phịng ngừa gây nổ bầu khơng khí mỏ
Để gây cháy nổ hỗn hợp do dịng điện phải có đồng thời hai điều kiện:
1, Tại một vị trí nhất định phải xuất hiện hỗn hợp nổ có nồng độ nguy hiểm.
Ví dụ: Hỗn hợp mêtan – khơng khí có nồng độ (5 ÷ 15) %.
2, Tại vị trí đó xuất hiện tia lửa, hồ quang điện hoặc các bộ phận mang điện
quá nóng đủ gây cháy hỗn hợp nổ.
Từ đó các biện pháp để đảm bảo sử dụng điện năng an tồn trong các mỏ có
khí, bụi nổ, bao gồm:
1, Thơng gió đủ và chắc chắn cho các đường lị để giảm hàm lượng mêtan
trong khơng khí đến giá trị an toàn.
2, Cắt điện ở các khu vực xuất hiện hỗn hợp nổ có nồng độ cho phép. Theo
luật an tồn hiện hành thì khi nồng độ mêtan trong khơng khí đạt giá trị (0,5 – 2)%,
tùy theo loại luồng gió cần phải cắt điện, đình chỉ cơng việc và đưa người ra khỏi
khu vực nguy hiểm.
3, Sử dụng các dụng cụ và thiết bị để kiểm tra tình trạng thơng gió và nồng độ
mêtan, tự động báo tín hiệu hoặc cắt điện khi xuất hiện nguy cơ cháy nổ bầu khơng
khí mỏ.
4, Sử dụng thiết bị điện có các thông số của mạch chỉ phát ra tia lửa khơng đủ
làm cháy bầu khơng khí mỏ.
5, Sử dụng các thiết bị có xác suất xuất hiện tia lửa, hồ quang điện rất bé do
đó mà khơng cần đặt trong vỏ phòng nổ.

- 12 -


6, Sử dụng các thiết bị điện được chế tạo sao cho ở tình trạng khơng có hư
hỏng gì thì chịu được sự nổ ở trong vỏ và loại trừ được khả năng gây nổ bầu khơng

khí ở bên ngồi.
7, Làm mất sự nguy hiểm về nổ bằng cách chứa đầy thể tích bên trong vỏ thiết
bị điện các chất điện môi dập hồ quang dạng lỏng, bột, rắn hoặc khí.
8, Sử dụng các thiết bị điện, chế tạo theo hình thức đặc biệt khác để giảm xác
suất gây nổ bầu khơng khí nổ trong mỏ.
1.1.5. Phịng ngừa hỏa hoạn trong mỏ do dòng điện
1.1.5.1. Nguyên nhân phát sinh hỏa hoạn do dòng điện
Trong các mỏ hầm lò số vụ cháy mỏ khơng nhiều nhưng tác hại của nó là hết
sức nghiêm trọng.
Trong hầm mỏ có rất nhiều vật liệu dễ cháy, đặc biệt là các vì chống bằng gỗ.
Nạn cháy phát sinh khi truyền lan sang các vì chống bằng gỗ sẽ phá hoại chúng và
hậu quả là làm sập các đường lị sau đó có thể cháy lan ra tồn mỏ gây tai họa khơng
lường hết được. Tai nạn càng lớn nếu trong mỏ có khí, bụi nổ.
Ngun nhân chủ yếu gây ra cháy mỏ do dòng điện là tia lửa điện, hồ quang
điện hoặc các bộ phận mang điện bị nung nóng quá mức do ngắn mạch hoặc quá tải.
Sự cố ngắn mạch trong mạng điện là khó tránh khỏi. Khi xảy ra ngắn mạch,
dịng ngắn mạch có giá trị đủ lớn sẽ tạo ra hồ quang điện, tia lửa hoặc đốt nóng các
phần dẫn điện của mạch đến nhiệt độ cao làm bốc cháy cách điện (giấy, cao su, dầu,…)
và các vật liệu dễ cháy khác như gỗ, than,… Các mối nối của mạch điện có điện trở
tiếp xúc lớn là nguyên nhân phát sinh hỏa hoạn rất nguy hiểm vì các mối nối đó sẽ bị
nung nóng đến nhiệt độ cao ngay cả khi dịng điện trong mạch là định mức. Thực tế
cho thấy việc nối các đoạn cáp mềm không đạt yêu cầu là nguyên nhân thường gây
hỏa hoạn trong mỏ. Cũng có trường hợp phát sinh hỏa hoạn do bốc cháy lớp cách
điện bằng giấy và lớp vỏ đay ngoài cùng của cáp bọc thép vì điện trở chỗ nối quá cao.
Hoả hoạn cũng có thể phát sinh do dịng rị đủ lớn làm cho lõi tiếp đất quá
nóng hoặc gây ra hồ quang, tia lửa do mạch tiếp đất bị đứt.
Việc sử dụng thiết bị chứa dầu trong hầm mỏ cũng là một trong những nguyên
nhân gây ra hỏa hoạn. Dầu trong thiết bị chứa dầu chỉ cần hấp thụ một lượng rất nhỏ

- 13 -

hơi nước hoặc bị nhiễm bẩn cũng dễ dàng tạo ra hồ quang do ngắn mạch giữa các
pha. Lúc đó dầu bị phân tích thành hydro và các khí dễ cháy khác. Kết quả của sự
cháy và nổ các khí này là dầu bốc cháy và cuối cùng là cháy các vật liệu dễ cháy có
trong mỏ.
Nguyên nhân phát sinh nạn cháy mỏ cũng có thể do các thiết bị chiếu sáng,
đặc biệt là các bóng đèn sợi cháy khi trên bề mặt của chúng phủ bụi than làm giảm
khả năng khuếch tán nhiệt và bản thân lớp bụi than bốc cháy.
Sự phóng tĩnh điện tích lũy do ma sát giữa tang và băng chuyền, giữa đường
ống dẫn khí nén hoặc ống gió bằng cao su với các hạt bụi chuyển động trong ống
cũng gây ra tia lửa điện và dẫn tới nạn cháy mỏ.
1.1.5.2 Các biện pháp ngăn ngừa hỏa hoạn
Các biện pháp ngăn ngừa hỏa hoạn rất đa dạng. Một số các biện pháp chủ yếu
có hiệu quả.
Để ngăn chặn hỏa hoạn do cáp mềm và cáp bọc thép bốc cháy khi có ngắn
mạch hồ quang giữa các pha, thông thường sử dụng biện pháp chọn và chỉnh định
đúng dắn thiết bị bảo vệ cực đại. Các số liệu thực nghiệm cho thấy để làm cháy cáp
khi ngắn mạch hồ quang cần có một dung lượng nhiệt bằng 30 kWs. Do thời gian tác
động của các thiết bị bảo vệ cực đại khoảng 0,1 s nên để làm cháy cáp, công suất của
hồ quang cần cháy hơn 30:0,1 = 300 kW. Công suất ngắn mạch ba pha trên các cực
máy biến áp loại TMW -100 không kể đến điện trở cáp, điện trở tiếp xúc và điện trở
hồ quang vào khoảng 1800 kW, nếu kể đến các điện trở đó thì bằng (1000 – 1300)
kW, cịn ngắn mạch 2 pha bằng (900 – 1100) kW. Như vậy ngay cả khi các thiết bị
bảo vệ tác động chắc chắn thì hỏa hoạn vẫn đủ khả năng để phát sinh.
Do đó, biện pháp hiệu quả để bảo vệ khỏi cháy cáp và các thiết bị điện do ngắn
mạch là sử dụng các vật liệu cách điện khơng cháy. Vỏ ngồi cùng của loại cáp như
vậy khơng có khả năng duy trì sự cháy ngay cả khi đốt nó bằng ngọn lửa hàn. Tuy
nhiên, hỏa hoạn lúc đó vẫn cịn có thể phát sinh do cáp quá nóng làm cháy vật liệu dễ
cháy nằm cạnh nó. Vì thế, với cáp mềm có vỏ thơng thường và ngay cả có vỏ khơng

cháy cũng cần có biện pháp loại trừ hiện tượng ngắn mạch giữa các pha. Biện pháp
như vậy khá đơn giản và chắc chắn là sử dụng cáp có màn chắn với điều kiện là màn

- 14 -


chắn được tiếp đất chắc chắn. Do màn chắn làm bằng lưới đồng hoặc cao su bán dẫn
bao quanh từng lõi điện lực ở phía ngồi lớp cách điện, nên trước khi xảy ra ngắn
mạch giữa các pha đã xảy ra hiện tượng rò một pha ra màn chắn. Hiện tượng này kèm
theo dịng điện khơng đáng kể và được bảo vệ bằng rơ le rò. Như vậy bảo vệ khỏi rò
điện còn là phương tiện ngăn chặn phát sinh ngắn mạch trong mạng cáp.
Việc sử dụng loại cáp bọc thép có lớp vỏ đay ngồi cùng dễ gây ra nạn cháy
mỏ, nên luật an tồn qui định phải bóc lớp vỏ đay ở đoạn cáp nằm trong buồng máy
và các đoạn cáp dẫn vào buồng máy để không lan truyền sự cháy từ trong buồng ra
ngoài. Đoạn cáp đã được bóc vỏ đay cần được phủ sơn chống gỉ. Hiện nay đã sản
xuất lớp vỏ ngồi cùng khơng cháy và loại cáp bọc thép có cách điện bằng chất dẻo
không cháy.
Trong trường hợp sử dụng cáp bọc thép cũng cần phải ngăn chặn hỏa hoạn do
cháy các loại vật liệu dễ cháy khi xảy ra sự ngắn mạch giữa các pha. Hình thức bảo
vệ này đạt được nhờ trong cáp bọc thép có các lõi điện lực được bố trí gần vỏ chì
được tiếp đất, do đó, hiện tượng ngắn mạch thường xảy ra đồng thời với hiện tượng
rò ra đất làm cho rơ le rò tác động.
Để ngăn chặn hỏa hoạn do cáp điện, thiết bị điện quá nóng khi làm việc bình
thường, cần phải chọn chúng theo điều kiện dịng nung nóng cho phép và thực hiện
tốt việc lắp đặt nhằm đảm bảo cho điện trở tiếp xúc giữa các khâu là không đáng kể.
Việc nối các đoạn cáp mềm cấm không được dùng phương pháp xoắn nguội và phải
được nối bằng phương pháp hàn và sau đó phải vá chín lớp vỏ cao su. Để nối các
đoạn cáp bọc thép, cần phải dùng hộp nối cáp. Tất cả các mối nối trong mạch điện kể
cả ổ và phích cắm, cần được kiểm tra thường xuyên khả năng tiếp xúc chặt chẽ giữa
chúng.

Để ngăn ngừa hỏa hoạn do dầu trong các thiết bị điện bốc cháy cần phải tuân
thủ đúng đắn các luật lệ vận hành chúng. Dầu để trong các thiết bị điện cần được sấy,
làm sạch khỏi tạp chất và thử nghiệm tính chất hóa, lý trước khi sử dụng. Theo luật
lệ an tồn thì định kỳ phải lấy dầu từ thiết bị đang sử dụng ra để thử nghiệm, định kỳ
6 tháng phải thử nghiệm tính cách điện, cịn 12 tháng phải phân tích tính chất hóa lý
của dầu.

- 15 -


Biện pháp có hiệu quả nhất để ngăn chặn hỏa hoạn do dầu là thay thế dầu dễ
cháy trong máy biến áp, biến trở bằng chất điện mơi khơ, ví dụ cát thạch anh và sử
dụng máy cắt không chứa dầu. Ở những nơi còn sử dụng thiết bị chứa dầu thì các
thiết bị này cần phải được đặt cố định trong các hầm trạm. Để ngăn ngừa hỏa hoạn
truyền lan khi xảy ra cháy trong trạm, luật an toàn bắt buộc các hầm trạm không được
chống bằng gỗ mà phải chống bằng các vật liệu không cháy (gạch, bê tơng,…). Ngồi
ra các hầm trạm cần được thơng gió tốt để các thiết bị trong đó khơng bị nóng q và
trạm cần được trang bị cửa chống cháy tự động nhằm cách ly nạn cháy trong trạm,
không cho ngọn lửa truyền lan ra ngoài.
Các trạm biến áp ở khu vực khai thác thường xuyên phải di chuyển và ít được
chăm sóc chu đáo, nên để phịng hỏa hoạn, tốt nhất là dùng trạm biến áp di động,
trong đó gồm máy biến áp khơ và các thiết bị đóng cắt khơng chứa dầu.
Để ngăn ngừa hỏa hoạn do các đèn điện gây ra cần phải thường xuyên lau chùi
đèn khỏi bụi bẩn và biện pháp có hiệu quả nhất là thay các nguồn sáng làm việc theo
nguyên lý bức xạ nhiệt bằng các nguồn sáng làm việc theo nguyên lý bức xạ bức xạ
huỳnh quang vì các đèn này khi làm việc nhiệt độ khơng cao.
Việc phịng ngừa hỏa hoạn do phóng tĩnh điện bằng cách sử dụng các biện
pháp dẫn các điện tích tích lũy vào đất.
1.1.5.3. Phương pháp dập cháy thiết bị điện
Việc dập cháy các thiết bị điện đang có điện bằng các chất lỏng dẫn điện là rất

nguy hiểm, vì một mặt người dập cháy sẽ bị điện giật, mặt khác làm cho nạn cháy
chẳng những không bị dập tắt mà còn lan rộng thêm do ngắn mạch hỗn loạn trong
mạng điện. Vì vậy trước khi tiến hành dập cháy ở các thiết bị điện cần cắt điện ở khu
vực có cháy.
Việc dập cháy bằng nước hoặc bình cứu hỏa dạng bọt chỉ được tiến hành trong
trường hợp quá cần thiết khi được phép và dưới sự chỉ huy của cán bộ kỹ thuật có
kinh nghiệm và khi đã chắc chắn là khu vực khơng cịn điện. Bình thường việc dập
cháy ở thiết bị điện phải sử dụng các chất không dẫn điện (cát khô, bụi trơ, bình cứu
hỏa chứa oxit cacbonic hoặc hồn hợp của nó). Để dập cháy ở các trạm điện lớn cần
cần phải có thiết bị cứ hỏa đặt cố định chứa oxit cacbonic.

- 16 -


1.2. Các yêu cầu đối với hình thức chế tạo thiết bị điện mỏ
Yêu cầu cơ bản đối với hình thức chế tạo thiết bị điện mỏ là ngăn chặn sự phát
sinh tia lửa, hồ quang điện, các bộ phận mang điện bị nung quá nóng tiếp xúc trực
tiếp với môi trường. Với yêu cầu như vậy nên các thiết bị điện sử dụng trong mỏ có
khí bụi nổ phải được chế tạo theo các hình thức đặc biệt cho mỏ. Xác suất xuất hiện
môi trường nổ ở các dạng mỏ khác nhau, cũng như trong các vị trí khác nhau của
cùng một mỏ là khơng giống nhau. Vì thế các thiết bị điện sử dụng trong mỏ phải
được chế tạo với các mức độ bảo vệ khỏi nổ khác nhau.
Theo mức độ bảo vệ khỏi nổ, các thiết bị điện mỏ có các hình thức chế tạo sau:
1, Thiết bị điện mỏ thông thường: Loại thiết bị điện này khơng có phương tiện
bảo vệ khỏi nổ.
2, Thiết bị điện mỏ an toàn cao: Ở thiết bị điện loại này có các phương tiện và
biện pháp nhằm làm cho tia lửa, hồ quang điện và các bộ phận dẫn điện quá nóng khó
có thể xuất hiện, việc đảm bảo khỏi nổ chỉ có được khi thiết bị làm việc bình thường.
3, Thiết bị điện phòng nổ: Ở loại thiết bị này việc bảo vệ khỏi nổ được đảm
bảo cả khi nó làm việc bình thường, cũng như khi phát sinh các hư hỏng thường gặp,

trừ khi hư hỏng phương tiện bảo vệ khỏi nổ. Do điều kiện làm việc đặc biệt (độ ẩm
cao, độ chứa bụi cao, nhiều nước điều kiện vận chuyển đến chỗ lắp đặt khó khăn),
nên đối với thiết bị điện mỏ các hư hỏng thường gặp là: Ngắn mạch, hồ quang và các
tác động phá hoại cơ học.
4, Thiết bị điện mỏ phòng nổ đặc biệt: Ở loại thiết bị này có phương tiện bảo
vệ khỏi nổ khi xảy ra mọi hư hỏng bất kỳ của thiết bị, trừ hư hỏng chính phương tiện
bảo vệ khỏi nổ.
Theo các hình thức chế tạo kể trên, thiết bị điện bảo vệ khỏi nổ được đánh dấu
như sau:
-

Dấu hiệu về mức độ bảo vệ khỏi nổ của thiết bị điện:
2- An toàn cao
1- An toàn nổ
0- An toàn nổ đặc biệt

- 17 -


-

Dấu “Ex” chỉ rõ sự phù hơp của thiết bị với các qui chuẩn về thiết bị điện
bảo vệ khỏi nổ.

-

Dấu hiệu về hình thức bảo vệ khỏi nổ:
d- Vỏ khơng thấm nổ
i – Mạch điện an tồn tia lửa
e- Bảo vệ dạng “e”

o – Chứa dầu bên trong vỏ
q- Chứa cát thạch anh bên trong vỏ
s- Hình thức bảo vệ khỏi nổ đặc biệt

-

Nhóm “T” biểu thị nhóm thiết bị điện
Cách đánh dấu thiết bị điện mỏ phòng nổ trình bày trong bảng 1.6
Bảng 1.6. Cách đánh dấu thiết bị điện mỏ

Mức độ bảo

Hình thức chế tạo

Nhóm Dấu hiệu

vệ nổ
Bảo vệ dạng “e”

I

2Exel

Bảo vệ dạng “e” và vỏ không thấm nổ

I

2Exedl

Mạch điện an tồn tia lửa

I

2Exicl

Vỏ khơng thấm nổ

I

1Exdl

Vỏ khơng thấm nổ và mạch điện an tồn tia lửa

I

ExdiBl

Chứa dầu trong vỏ

I

1Axol

Chứa cát thạch anh trong vỏ

I

1Exql

An toàn nổ Mạch điện an toàn tia lửa

I

OExial

đặc biệt

I

OExial

An toàn cao

An toàn nổ

Mạch điện an toàn tia lửa và để trần

1.3. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức thơng thường
Các thiết bị điện chế tạo theo hình thức thơng thường cho mỏ được sử dụng
trong các mỏ hầm lị khơng có khí, bụi nổ, cũng như ở sân giếng, các đường lò cạnh
sân giếng và các buồng máy cố định được thơng gió bằng luồng gió sạch, trừ trường
hợp giữa các đường lị đó có hiện tượng xuất hiện khí mêtan thường xuyên, hoặc
trường hợp mỏ được xếp vào loại nguy hiểm.

- 18 -


Ngồi ra thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức bình thường cho mỏ cũng
được phép dùng ở các đường lị cái có luồng gió sạch trong các mỏ có khí bụi nổ hạng
I. II nhưng phải được xem xét cẩn thận và có quyết định của người có thẩm quyền.

Theo quy trình của luật an tồn thì ở những nơi đặt thiết bị điện thoại thông
thường cho mỏ cần phải đo nồng độ metan trong từng ca. Thiết bị điện loại này chỉ
được làm việc khi quạt gió chính hoặc phụ làm việc để thơng gió bình thường cho
mỏ. Các thiết bị này cần được cắt ra khỏi mạng điện khi phát hiện thấy mêtan, cũng
như khi dừng hoặc đổi chiều quay của quạt thơng gió chính hoặc phụ.
So với thiết bị điện thông thường cho công nghiệp, thì thiết bị điện thơng
thường cho mỏ cần thỏa mãn thêm các yêu cầu sau:
- Vỏ của thiết bị điện có độ bền cơ học cao và cần bảo vệ khỏi các hư hỏng cơ
học, khỏi sự xâm nhập của nước, bụi và các hạt rắn vào bên trong.
- Nhiệt độ bên ngồi vỏ khơng được vượt q 200 0C ở chế độ lâu dài và 450
0

C ở chế độ khoảnh khắc (không quá 3 phút).
- Cách điện của thiết bị điện cần có tính chịu ẩm, chịu nhiệt, chịu dầu và chịu

hồ quang, cũng như được tính tốn để làm việc trong điều kiện độ ẩm khơng khí (97100)% với nhiệt độ môi trường 350C.
- Các đầu đấu cáp cần được chế tạo ở dạng hộp nối hoặc ổ cắm.
- Tất cả các bộ phận dẫn điện (tiếp điểm, dụng cụ bảo vệ) cần được kiểm tra
thường xuyên trong thời gian vận hành. Cần có các hình thức khóa liên động (cơ hoặc
điện hoặc cả hai) nhằm ngăn chặn không cho mở nắp khi thiết bị đang làm việc dưới
tải và ngăn khơng cho đóng thiết bị khi nắp còn mở. Kết cấu của cầu dao liên động,
cần đảm bảo dễ dàng nhận thấy trạng thái cắt của tiếp điểm.
- Thiết bị điện chứa dầu phải được đặt cố định và cũng chỉ được dùng các loại
chứa dầu như: hộp khống chế, biến áp tự ngẫu, biến trở, chỉnh lưu bán dẫn, khi điện
áp bình thường khơng q 700 V.
- Công suất cắt định mức của các máy cắt dầu cần lấy nhỏ đi 2 lần so với công
suất cắt thực của nó.
- Các bộ phận cắt tháo dầu ra khỏi thiết bị điện chỉ có thể tháo lắp được bằng
dụng cụ đặc biệt.

- 19 -


- Mức dầu trong các thiết bị chứa dầu phải đủ để loại trừ khả năng phụt tia lửa
hoặc ngọn lửa ra khỏi dầu, thiết bị chứa dầu cần phải có bộ phận chỉ mức dầu và được
bảo vệ khỏi hư hỏng.
Các yêu cầu chi tiết hơn đối với thiết bị điện bình thường cho mỏ được trình
bày trong các luật lệ chế tạo thiết bị điện mỏ.
1.4. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an tồn cao
Thiết bị điện mỏ an toàn cao được sử dụng ở các thiết bị cố định đặt trong các
đường lò cái và lị cắt ở các mỏ có khí bụi nổ. Các đường lị này phải được thơng gió
từ luồng gió sạch trong hệ thống thơng gió chung của mỏ, trừ các đường lị thường
xun xuất hiện khí metan và trong các mỏ nguy hiểm về phụt khí bất ngờ. Thiết bị
điện loại này là một trong các thiết bị bảo vệ dạng “e”. Để bảo vệ an toàn khỏi nổ do
dịng điện, trong các mỏ có khí, bụi nổ có thể sử dụng các thiết bị có vỏ phịng nổ.
Nhưng vỏ phòng nổ làm cho khối lượng của thiết bị tăng, khả năng làm nguội kém,
do đó phải tăng kích thước và giảm cơng suất truyền tải của chúng. Ngồi ra chi phí
chế tạo thiết bị phịng nổ cao và không tiện lợi trong vận hành. Những nhược điểm
này của thiết bị điện có vỏ phịng nổ bắt buộc phải tìm biện pháp thích hợp hơn.
Thực tế cho thấy trong cùng một thiết bị điện, không phải bộ phận nào của nó
cũng có khả năng gây nổ như nhau, khả năng gây nổ cũng không giống nhau đối với
các loại thiết bị khác nhau. Đối với thiết bị cùng loại nhưng làm việc ở các đường lò
khác nhau trong mỏ cũng khơng gây nguy hiểm về nổ như nhau.
Vì các lý do kể trên mà đối với thiết bị điện khơng phải làm việc ở các gương
lị hoặc ở những chỗ thường xuất hiện khí nổ, khơng u cầu phải chế tạo theo hình
thức vỏ phịng nổ mà chỉ cần có tính chắc chắn được tăng cường hơn hoặc an tồn
cao hơn so với thiết bị chế tạo bình thường trong mỏ.
Việc tăng cường tính chắc chắn được thực hiện bằng cách giảm nhiệt độ nung
nóng cho phép của các bộ phận có khả năng gây nguy hiểm và đặt vào trong vỏ phòng
nổ chỉ những bộ phận thường phát sinh tia lửa, hoặc nhúng chìm trong dầu các cuộn

dây, các bộ phận dẫn điện.
Ngoài các yêu cầu đối với thiết bị điện thông thường cho mỏ, các thiết bị điện
an toàn cao về nổ cần phải thỏa mãn thêm các yêu cầu:

- 20 -


- Thiết bị cần được loại trừ khả năng phát sinh tia lửa, hồ quang điện hoặc
nhiệt độ nguy hiểm khi làm việc bình thường
- Nhiệt độ nung nóng cho phép của cuộn dây bọc cách điện cần lấy thấp hơn
nhiệt độ cho phép của cấp cách điện đó, mức độ giảm cấp này được qui định cụ thể
trong các luật về chế tạo thiết bị điện mỏ.
- Đặt vào trong vỏ phòng nổ những bộ phận thường phát sinh tia lửa, ví dụ cổ
góp của động cơ rơto dây quấn, hộp chọn số của máy điện thoại có mạch logic kiểu
tiếp điểm, bộ phận đảo mạch của dụng cụ đo.
- Các chi tiết của thiết bị điện có điện áp cao hơn 700 V lúc làm việc bình
thường có phát sinh tia lửa cần được ngâm kín trong dầu.
Các yêu cầu chi tiết hơn đối với thiết bị điện mỏ an tồn cao được trình bày
trong các luật lệ về chế tạo thiết bị điện mỏ.
1.5 Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức phịng nổ
Thiết bị điện chế tạo theo hình thức phịng nổ được sử dụng trong các mỏ nguy
hiểm về khí, bụi nổ, ở các máy móc di động trong mỏ hầm lị cũng như ở những nơi
thường xuất hiện mơi trường nổ nguy hiểm.
Hình thức phòng nổ đạt được bằng cách đặt thiết bị điện vào trong vỏ phòng
nổ. Điều lý tưởng là dùng vỏ tuyệt đối kín để khí nổ khơng có khả năng xâm nhập
vào bên trong, nhưng vì lý do vận hành mà khơng thể thực hiện được điều đó nên
buộc phải dùng kết hợp cả hai tính chất kể trên.
Thực nghiệm cho thấy khí nổ hỗn hợp mêtan – khơng khí có nồng độ nguy
hiểm nhất (9-10)% bên trong vỏ kín thì áp suất nổ có tính đến ảnh hưởng làm nguội
của thành vỏ và các nguyên nhân khác (thể tích trống bên trong vỏ, hình dạng của vỏ,

vị trí của nguồn gây nổ, loại nguồn gây nổ) có thể đạt tới 7,4 kG/cm2. Khi nguồn gây
nổ là hồ quang điện thì áp suất nổ tăng lên, do ngồi nhiệt lượng sinh ra bởi phản ứng
cháy, còn phụ thêm một lượng nhiệt đáng kể của hồ quang.
Trong thực tế vỏ tuyệt đối kín khơng thuận lợi cho vận hành và trong nhiều
trường hợp là khơng có khả năng thực hiện, vì thế sự lưu thơng giữa mơi trường bên
trong vỏ và bên ngoài qua khe hở của mặt ghép các phần của vỏ là khơng thể tránh
khỏi. Loại vỏ phịng nổ này chịu được áp suất nổ khi sự nổ xảy ra bên trong vỏ và

- 21 -


ngăn chặn truyền lan sự nổ ra môi trường bên ngoài. Vỏ của thiết bị điện được chế
tạo theo nguyên tắc như vậy gọi là vỏ không thấm nổ.
Vỏ không thấm nổ cần có các bản chất cơ bản sau:
- Tính chịu nổ là khả năng đủ chắc chắn để chịu được áp suất nổ bên trong mà
không bị hư hỏng và khơng có biến dạng dư.
- Tính khơng thấm nổ là khả năng của mặt ghép giữa các phần của vỏ ngăn
chặn sự truyền nổ từ bên trong vỏ ra mơi trường nổ bên ngồi. Xác suất cho phép
truyền nổ ra bên ngoài bằng 10-8 ở chế độ làm việc bình thường và bằng 10-4 ở chế
độ có ngắn mạch hồ quang ở bên trong vỏ.
Tùy theo điện áp định mức và dòng ngắn mạch hồ quang các thiết bị điện có
vỏ khơng thấm nổ được phân thành các phân nhóm như trong bảng 1.7.
Bảng 1.7 Phân nhóm các thiết bị điện có vỏ khơng thấm nổ
Phân nhóm

Điện áp định mức, V

Dịng ngắn mạch hồ quang, A

1B

Khơng qui đinh

Đến 100

Đến 100

Không qui định

2B

Từ 100 đến 220

Từ 100 đến 450

3B

Từ 220 đến 1140

Lớn hơn 100

4B

Lớn hơn 1140

Lớn hơn 100

Các dạng mặt ghép để tạo thành khe hở không thấm nổ được trình bày trên
hình 1.2.
Tính chất hợp lý của khe hở được tính tốn xuất phát từ nhận xét: Nếu độ rộng

khe càng lớn thì càng giảm được áp suất nổ bên trong vỏ, nhưng sản phẩm nổ phụt
qua nó chưa được làm nguội đến mức khơng cịn khả năng gây nổ mơi trường bên
ngồi, cịn tình trạng sẽ ngược lại khi giảm bề rộng và tăng bề dài của khe.

- 22 -


Hình 1.2. Các dạng mặt ghép khơng thấm nổ
a, Mặt ghép phẳng b, Mặt ghép trụ

c, Mặt ghép có ren

d, Mặt ghép trụ và phẳng

Các thông số mặt ghép không thấm nổ của vỏ thiết bị điện nhóm I được trình
bày trong bảng 1.9.
Bên trong các vỏ có dạng phức tạp, đặc biệt là có nhiều khoang, hốc thơng
nhau qua khe hẹp của vách ngăn thì sự nổ xảy ra sẽ cho áp suất lớn hơn áp suất nổ
bình thường. Để ngăn ngừa tình trạng nguy hiểm này, nếu bên trong vỏ việc ngăn
thành các khoang, hốc là không tránh khỏi, thì khe hở giữa các vách phải đủ rộng.
Để đảm bảo tính chịu nổ của vỏ khi có ngắn mạch hồ quang xảy ra bên trong
cần sử dụng các vật liệu cách điện khơng có khả năng duy trì sự phóng hồ quang bề
mặt, khơng phân tích thành các khí tạo với khơng khí hỗn hợp nổ. Phương pháp có
hiệu quả nhất là sử dụng các bảo vệ tác động cắt nhanh khi có ngắn mạch.
Các yêu cầu chi tiết đối với việc chế tạo, lắp đặt, vận hành thiết bị điện có vỏ
phịng nổ được trình bày trong các luật lệ về chế tạo thiết bị điện phòng nổ.
Việc thử nghiệm vỏ phịng nổ có nhiều u cầu, nhưng chủ yếu là thử tính chịu
nổ và khơng thấm nổ.
Bảng 1.8. Các thông số mặt ghép không thấm nổ
Dạng ghép khơng

Phân

Thể tích

Bề dài

Bề dài

thấm nổ

nhóm

trống bên

khe L1,

khe đến

Phẳng

Trụ

trong vỏ,

mm

lỗ L2,

(W1)

(Wd)

cm3

mm

- 23 -

Bề rộng khe, mm


Ghép không thấm

1B

≤100

5,0

5,0

0,30

0,30

6,0

6,0

0,30

0,30

12,5

8,0

0,4

0,4

25,0

9,0

0,5

0,5

6,0

-

-

0,45

nổ cố định
>100

Ghép động của

Tất cả

≤100

trục máy điện có

các

12,5

-

-

0,60

ổ bi

nhóm

25,0

-

-

0,75

12,5

-

-

0,6

25,0

-

-

0,75

6,0

-

-

0,3

>100
Ghép động trục

Tất cả

≤100

máy điện với ổ

các

12,5

-

-

0,4

trượt

nhóm

25,0

-

-

0,5

40,0

-

-

0,6

12,5

-

-

0,4

25,0

-

-

0,5

40,0

-

-

0,6

>100

Thử tính chịu nổ có thể dùng phương pháp thủy lực bằng cách làm kín các khe

hở lắp ghép và tăng từ từ áp suất nước bên trong vỏ đến giá trị 100 kPa đối với thiết
bị điện nhóm I, các phân nhóm IIA và IIB và 150 kPa đối với phân nhóm IIC. Áp
suất thử được giữ trong thời gian 10s. Vỏ xem là chịu được thử nếu khơng có hư hỏng
hoặc khơng có biến dạng dư.
Thử tính khơng thấm nổ được thực hiện trong buồng thử nổ. Trong buồng này
cũng như trong vỏ chứa đầy hỗn hợp nổ nguy hiểm, ví dụ hỗn hợp mêtan – hydro khơng khí. Kích nổ hỗn hợp bên trong vỏ khơng ít hơn 5 lần, vỏ được xem là đảm
bảo tính khơng thấm nổ nếu trong 5 lần nổ không gây nổ lần nào.
Việc thử vỏ khi có ngắn mạch hồ quang bên trong cũng tương tự như thử tính
khơng thấm nổ, nhưng để kích nổ hỗn hợp nổ bên trong vỏ là hồ quang do ngắn mạch.

- 24 -