防爆电器的设计特点

 防爆电器通常工作在有爆炸危险的环境中，因此，它们除了要完成普通电器的电气功能外。还要在采取一定安全技术措施后，保证其在一定的爆炸危险场所安全供电、用电、通讯、检测和控制。常见的防爆电器类型有：隔爆型、本质安全型、增安型等。防爆电器的类别分为两类，即煤矿用防爆电器（Ⅰ类）和工厂用防爆电器（Ⅱ类）我们在煤炭系统的科研中，自行研制过煤矿井下生产或科研急需的防爆电器，从中感到防爆电器与普通电器相比它们的研制别具一些特点。

1 防爆电器的设计特点1. 1 外壳的设计便携式、本质安全型仪器仪表的外壳有时采用塑料外壳，有时采用金属外壳。当选用塑料外壳时，为保证塑料外壳正常工作时不积聚危险静电，其表面电阻不得超过 1×109Ω。 塑料外壳应经过抗冲击试验和热稳定试验。正常运行产生火花、电弧或危险温度的电气设备、功率大于250W或电流大于5 A的Ⅰ类电气设备，均须采用接线盒与设备主体进行电气连接接线盒就是专供电缆或导线与电气设备进行连接的部件。目前Ⅰ类隔爆型电气设备广泛使用的是隔爆型接线。盒接线盒内壁应涂耐弧漆，接线盒及主体腔上的隔爆接合面应做防锈处理，如涂防锈油等。另外，对于防爆电器，要在其外壳的明显处有永久性的 Ex 防爆总标志及 MA 安全标志。针对某些地方煤矿井下存在的电机违章操作现象，我们研制了QF40 型小型防爆起动器，其额定电压380V，额定电流40A。外壳设计分为主体腔与接线腔。外壳为 3 mm 厚钢板。隔爆接合面的尺寸及加工精度符合GB3836.2 规定。外壳外形尺寸为 437 mm×308 mm，外壳防护等级为 IP54。在外壳的正前方设有铭牌，铭牌右上角设有 Ex 标志，防爆标志 dⅠ（150℃）， 此外，铭牌上还标有名称、型号、额定电压、额定电流、防爆合格证编号、安全标志、出厂编号、制造日期等。1. 2 电路的设计首先，电路的设计要完成电器的电气功能，保证电气原理的正确性。其次，防爆电器的电气间隙、爬电距离、绝缘参数必须符合GB3836的规定要求。例如，研制 QF40 型防爆起动器时，将接线柱的爬电距离设计为不小于16 mm，电气间隙不小于10 mm。隔爆腔内电器元件及装配布置爬电距离不小于16 mm，电气间隙不小于10 mm。隔爆接线腔内设有内接地螺栓。外壳设有外接地螺栓。研制的本质安全型钢弦频率计在正常工作和故障状态下的最大工作电流和电压均不大于所设计的最大允许电流：它的爬电距离为3 mm，绝缘涂层下的爬电距离为1mm，电气间隙为3 mm。1. 3 电源的设计本质安全型便携式电气设备最常用的独立电源是干电池和蓄电池。干电池和蓄电池电源都属于电阻性电路，可按电阻性电路最小点燃电流曲线确定电源安全参数。按电池最高电压查出相应最小点燃电流，再除以安全系数值（为2）， 即为该电池的设计允许最大安全电流。电池最严重的放电状态是电池直接短路。因此，应以电池的最大短路电流作为衡量电源本质安全性能的基准。若电池最大短路电流大于设计允许值，必须串加限流电阻。并且，电池或蓄电池与限流电阻胶封为一体，构成本质安全型组件。胶封材料有环氧树脂、硅橡胶、工业石腊等。例如，我们在设计钢弦频率计时特制的本安电池组，由4节5#充电电池串接而成，并串入一个用康铜丝自制的限流电阻，其功率为5.2 W 。并用环氧树脂胶液充满电池盒整个空间，灌封牢固。煤矿井下实际应用的本质安全型电气设备，还有许多采用从动力电网引入经整流供电电源。由于输入电路与动力电网关联，所以，要设计成隔爆兼本质安全型。对于隔爆型电器的电源，是在上级断电时，在隔爆接线盒内接线，完成电器电源的连通工作。2 防爆电器的检验防爆电器的检验除了普通电器的电气性能检验、环境试验和强度检验外，还要增加必要的型式试验项目和防爆检验项目。例如，我们研制的QF40型防爆起动器进行了如下检验：2. 1 出厂检验包括①外观质量及防爆尺寸检验；②逐件进行开关电气性能检验；③对每台产品的外壳或部件逐件进行水压试验；④逐台进行耐压试验和绝缘电阻测试；⑤温升试验。2. 2 型式试验包括①全部出厂检验项目；②连接线扭转试验；③密封圈橡胶材料老化试验；④引入装置的夹紧试验；⑤密封试验；⑥湿热试验；⑦外壳防护性能试验；⑧低温试验。2. 3 隔爆检验检验隔爆型电气设备内部规定的爆炸性气体混合物爆炸时能否点燃设备周围同一爆炸性气体混合物的试验。产品送审分二次进行。第一次是通过使用说明书、技术文件和图纸的送审。在设计图纸技术文件等审查通过后，方可进行产品试制，整个试制过程必须严格按设计图纸和技术要求去做。第二次是通过样机送审。按防爆规程对送检的样品进行检查和进行各项试验，确认资料完整，各项试验齐全符合现行有关标准的规定、符合防爆规程规定，才发给“防爆合格证”。3 防爆电器的投入运行对于采用新结构、新材料、新技术制造的防爆电器经检验合格后发给“工业试验许可证”。取得“工业试验许可证”的产品须经工业试验（按规定的时间、地点和台数进行工业试验）、产品鉴定后再由防爆检验单位检验后发给“防爆合格证书”。我们研制的矿用防爆电气产品均做过 6 个月的煤矿井下的工业性试验，并由负责工业性试验单位出具工业性试验报告，证明电器工作正常，可靠无异常情况。待获得“防爆合格证”、“生产许可证”、“MA安全标志”和“产品合格证”后，防爆电器才能正式投入运行。并且限定其使用期限（通常为5年），当使用期限期满；当结构、工艺、材料有较大改变可能影响产品性能时；当停产2 年以上、恢复生产时须重新进行检验，待重检合格后方能继续投入运行。综上所述，由于煤矿井下工作环境较为恶劣，温差大，潮湿，有受力冲击、移动、跌落的可能，有含煤尘、瓦斯的可能。所以，矿用防爆电器的研制从设计、试制、检验到投入运行都具有它的特殊要求。因此，我们研制的防爆电器必须满足这些特殊要求，才能使其在煤矿的生产和安全中发挥积极的作用。