發生粉塵爆炸必須具備五個要素。這些元素構成了正式名稱為“粉塵爆炸五角大樓”的元素，包括：

• 氧

• 火源（即熱）

• 燃料來源

• 以足夠的數量和濃度分散灰塵顆粒

• 禁閉

在大多數工業設施中，特別是那些加工、儲存或處理面粉或谷物等細顆粒的工業設施中，前四種元素幾乎總是存在。在這種情況下，如果有足夠的熱量（無論是來自電動機還是其他來源），并且空氣中材料的濃度足夠高，則可能會發生爆燃（即快速燃燒）。

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五邊形的第五個要素是封閉，它可以引起爆燃并導致爆炸。在密閉空間中，灰塵顆粒可以長時間懸浮，導致大氣中可燃物質的濃度不斷增加。一旦著火，火焰在空氣中傳播會產生強大的壓力波，產生足夠的力量使混凝土地板彎曲，損壞屋頂并嚴重傷害人員。限制是粉塵爆炸五角大樓中最難控制的部分，原因很簡單，每個設施在某種程度上都必須被限制。在某些地區，可能還制定了環境法規，禁止將灰塵釋放到外部環境中，這使問題進一步復雜化。歷史表明，防止任何類型的火災或爆炸的最有效方法是管理潛在的火源。因此，確保電機能夠在危險場所運行至關重要。

危險場所分類

危險場所被定義為“由于易燃氣體或蒸氣、易燃液體、可燃粉塵或可燃纖維或飛揚而可能存在火災或爆炸危險的任何區域。”?每當電動機安裝在符合要求的位置時，根據上述描述，考慮到周圍環境造成的風險級別，最終用戶有責任確保其具備操作資格。即使對于經驗豐富的專業人員來說，這也可能是一項艱巨的任務，需要充分了解如何對危險場所進行分類。在美國，分類由美國國家消防協會 (NFPA) 70：國家電氣規范 (NEC) 定義，該規范根據類別、組和部門指定位置。

• I 類——I類涵蓋爆炸性或作為可燃混合物構成威脅的氣體、蒸汽和液體。I 類地點通常存在的設施和環境包括但不限于乙醇和石油精煉廠、噴涂區域、天然氣工廠以及汽油儲存或分配區域。

• II 類——II 類涵蓋導電金屬和非金屬粉塵。當空氣中的可燃粉塵濃度足以爆炸或可燃時，就存在這種分類。II 類場所的一些示例包括但不限于谷物升降機、面粉和飼料廠以及淀粉生產廠。

• III 級 — III 級涵蓋易燃纖維和可燃飛沫。這些材料通常比細顆粒更重且沉降更快，但它們是易燃的，并且在靠近電氣設備時有可能產生危險條件。這些場所通常不需要危險場所電機。一些常見的 III 類地點包括紡織廠、亞麻加工廠和任何存在大量鋸末的設施。

• 組 - I 類和 II 類場所根據危險物質被點燃后的行為進一步分為幾組。I 類區域包括 A、B、C 和 D 組。E、F 和 G 組屬于 II 類區域。乙炔是 A 組中唯一的物質。乙醇被指定為 I 類 D 組，而玉米、小麥、小麥粉、大豆和糖被指定為 II 類 G 組。

• 分區——危險場所進一步分為分區 1 和分區 2。分區 1 環境是指在正常操作期間可能存在可燃物質的環境。當可燃材料的處理和/或儲存方式允許物質在溢出或遏制失敗時逸出時，就存在 2 類環境。根據簡單的經驗法則，所有 I 類和 II 類電機均符合 I 類要求，這意味著它們可以安裝在 1 類和 2 類位置。

危險場所溫度代碼

危險場所分類后，確定電機是否合格所需的下一條信息是其溫度代碼（即 T 代碼）。1975 年 2 月之后制造的所有電機均具有 T 代碼名稱，該名稱通常列在銘牌上。T 代碼告知安裝人員電機運行時將產生的最大絕對電機表面溫度（即皮膚溫度）。這包括正常和異常操作條件下的溫度，包括過載和燒毀期間的溫度。

為了使電動機符合某個地點的要求，其 T 代碼必須與操作環境中存在的物質的自燃溫度 (AIT) 相關。簡單來說，AIT 是物質可以點燃的最低溫度。以存在小麥面粉的 II 級 1 區場所為例。小麥粉是 G 組材料，AIT 約為 716 F。對于在此環境中使用的電機，其 T 代碼額定值必須至少為 T2，這與最高 572 F 的電機表面溫度相關. 使用具有 T1 名稱的電機（與 842 F 的最大電機表面溫度相關），如果小麥粉與電機外殼接觸，則會帶來燃燒的風險。

雖然大多數物質的 AIT 值可以在文獻中找到，但它們并不總是能轉化為操作環境。這主要是因為 AIT 會根據大氣變量而變化。此外，許多危險場所環境含有不同物質的混合物，這使得確定 AIT 幾乎不可能。在這些情況下，通常的做法是使用所有已知物質中 AIT 最低的物質。在每種情況下，公布的 AIT 值都應作為危險負載電機選擇的有用幫助，而不是定義參數。

變頻驅動器的注意事項

近幾十年來，采用變頻驅動器 (VFD) 運行的電動機的使用大幅增加。這些系統提供更高的效率并實現更好的控制；然而，在存在可燃材料的情況下，由于潛在的過度加熱，它們也會帶來額外的風險。

使用 VFD 運行電機會通過兩種方式導致電機表面發熱。首先，由于糧食設施中的大多數電機都是全封閉風扇冷卻（TEFC）電機，因此冷卻電機的風扇安裝在電機的軸上，并以與電機輸出軸相同的速度旋轉。當電機低速運行時，電機上的氣流可能不足，電機表面可能會變得太熱。

其次，大多數變頻器發出的電波不是平滑的正弦波。它是一種脈寬調制波形，每秒開關電壓數千次，以近似變化頻率的正弦波，從而改變電機的速度（因此得名）。

電機繞組（電氣上的電感器）上電壓的快速循環會導致電壓尖峰遠高于線路電壓。

這些尖峰導致繞組升溫。逆變器電機的設計和制造能夠承受 VFD 產生的較高電壓尖峰，并且可以低速運行而不會過熱，并有相應的標簽。

當今使用的許多電動機都被標記為“逆變器負載”。然而，這并不一定意味著電機已獲得聯邦汽車運輸安全管理局 (CSA) 或保險商實驗室 (UL) 等第三方的認證，可在危險場所與 VFD 一起使用。將未經認證的電機放入 VFD 應用中可能會導致溫升超出該位置 T 代碼額定值的限制。

因此，電機必須包含標簽，表明它們可以與 VFD 一起使用。它們還必須在標簽上指定的速度限制內運行。某些電機可能被批準用于危險場所，并且銘牌上有 VFD 額定值，但仍未獲得同時滿足這兩種用途（變速和危險場所）的認證。使用 VFD 操作這些電機可能會使危險場所認證失效。底線：確保電機顯示位置和 VFD 額定值（CT 或 VT）的認證。

防爆、防燃電機

設計用于 I 類 1 區環境的電機必須貼有“防爆”標簽。關于“防爆”電機的一個誤解是它們旨在防止爆炸。這是不準確的——這些電機的構造只是為了在內部抑制爆炸而不會破裂。這是通過許多不同的設計措施來實現的，其中之一包括在電機硬件及其外殼上使用高強度材料。此外，如果發生點火和外殼內壓力增大的情況，防爆電機必須能夠在熱氣體通過又長又緊的通道（稱為火焰路徑）逸出時對其進行充分冷卻。這會將氣體溫度降低到低于大氣 AIT 的值，從而不會發生點燃。

對于危險任務電機的另一個常見誤解是，I 類防爆電機始終滿足 II 類要求。然而，兩種類型電機背后的設計原理側重于預防完全不同的情況。

例如，II 類電機的設計假設最終，當電機從周圍大氣中吸入空氣時，其內部溫度將與工作環境保持一致。因此，內部故障可能會導致爆炸，而爆炸（理想情況下）會得到控制。另一方面，I 類電機的設計重點是保持電機表面溫度低于周圍大氣的 AIT。這種類型的電機通常被稱為“防塵引燃”。對于 I 類 2 區和 II 類 2 區場所，允許使用防塵引燃電機，但這不是強制性的。

總體而言，操作員和設施管理人員必須了解，并非所有防爆和粉塵引燃電機都是一樣的。例如，兩個電機可能具有相同的防爆等級，但這并不意味著它們相同（甚至相似）。

因此，操作員應通過檢查電機的獨特設計和結構來全面選擇危險任務電機。這應包括考慮諸如入口防護（電機 IP65 與 IP56）、預防性火焰路徑、組件堅固性等要素。由于危險負載電機是一項關鍵的安全投資，因此安裝僅滿足最低要求的產品因為“防爆”并不是一個明智的策略。

簡化危險任務電機選擇

即使掌握了電機設計和危險場所分類的原理，也很容易看出在選擇用于可燃環境的電機時可能會犯的錯誤。由于此類錯誤可能會產生廣泛的影響（從生產損失到罰款再到工人死亡），工廠通常會竭盡全力確保其電機適合特定環境。

有些設施甚至會隔離電機庫存并貼上標簽。其他顏色代碼電機，以便安裝人員可以目視驗證位置批準。這兩種方法的成本都很高，特別是在較大的設施中，因為它們通常會導致需要大量的過剩庫存。庫存多個具有相同功率和額定速度但不同地點批準的電機最終會增加人為錯誤的可能性，并增加電機選擇的復雜性。

為了消除這些問題，許多工業設施已轉向標準化，以確保電機適合在危險場所使用。在這種情況下，工廠會儲備一臺適用于所有可能環境的電機。旨在防止所有灰塵進入電機的電機是一個好主意，那些滿足或超過美國電氣制造商協會 (NEMA) 優質效率水平和美國能源部效率要求的電機也是一個好主意。同樣重要的是，電機適用于各種設施的過程——從谷物的儲存和運輸，到蒸餾乙醇、DOL 或驅動器上的恒定或可變扭矩應用。

除了確保安全（這應該是危險任務電機選擇的首要任務）之外，為整個設施指定單一型號電機還可以優化庫存。在許多情況下，消除多余庫存所產生的節省可以抵消因購買針對其所在位置“過度設計”的電機而產生的較高成本。此外，標準化使電工和工廠人員能夠更好地熟悉單一產品，從而加快安裝速度并簡化維護。

標準化有助于確保安全

在處理或儲存可燃粉塵的設施中，電動機的誤用可能會產生影響。不幸的是，減輕與這一常見問題相關的風險需要對危險場所分類和電機設計原理有深入的了解。在某些設施中，根本不存在這種深度的專業知識。電機選擇的責任被向下傳遞，這增加了出錯的可能性。標準化已成為簡化這項艱巨任務的一種經濟有效的方法，為設施管理人員提供了保證其運營安全、高效且符合適用法規的保證。