煤矿井下环境中隔爆电气设备的隔爆间隙研究

2017-04-15天地常州自动化股份有限公司莫海峰

电子世界 2017年18期

关键词：矿用外壳壳体

天地（常州）自动化股份有限公司莫海峰

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矿用隔爆型电气设备是专为煤矿井下条件生产的防爆型电气设备，其外壳具有隔爆性和耐爆性的特点。本文基于隔爆外壳的隔爆原理在此特点上进行阐述和探讨。

隔爆性电气设备；隔爆性；隔爆结合面；间隙

1.引言

矿用隔爆型电气设备，最先出现于德国，现为各国广泛采用，其原理以间隙隔爆为基础，除符合矿用一般型电气设备要求外，其对外壳的材质和强度、隔爆结合面间隙宽度、长度和加工光洁度等，都有严格要规定要求。外壳不仅承受壳体内部可燃气体混合物可能产生的最大压力，还能使爆炸的生成物和火焰经过结合面向外传播时逐渐冷却，不致引燃壳体外可燃混合物，适用于易产生瓦斯气体、煤尘爆炸危险性场所。

现代自动化矿山矿井系统的建设及发展，大量电气设备的普遍应用，依据国家标准（3836-2010）及煤矿安全生产规程要求，对煤矿井下隔爆电气设备防爆型和耐爆性阐述与经验分析，对隔爆电气设备的设计提供经验帮助。

2.煤矿井下环境对隔爆电气设备的要求极其隔爆原理

煤矿井下环境中空气主要成分为甲烷（瓦斯）、乙、丙、丁烷及其他碳氢化合物组成，其中瓦斯含量最高，约占98%左右。当空气中瓦斯体积浓度达到5%～15%，温度650℃以上足够能量产生可以引燃瓦斯与氧气混合物的火花，即会引起瓦斯爆炸。另外，当煤炭开采过程中，煤炭粉尘浓度达到30～2000g/m³时，遇到700℃以上热源，可能会引起粉尘爆炸。

国家标准GB3836-2010对爆炸性环境用电气设备分类为I类、II类、III类。其中，煤矿井下环境使用电气设备为I类设备。所以煤矿井下用电气设备必须具有隔爆性、耐爆性等技术要求。

煤矿隔爆电气设备大多采用间隙隔爆机理。间隙隔爆：内部爆炸火焰通过结合间隙向外传播时，金属壳体吸热灭火和冷却作用，使火焰熄灭并降温，避免传爆；外壳具有一定的强度，壳体内部发生最严重爆炸时，所产生的高温不致使外壳损伤，形成的压力不造成外壳变形。多年的大量时间证实，外壳的间隙能起到产品的防爆作用。歪了达到外壳的耐爆性和隔爆性，对隔爆外壳的形成、材质、大小容积，结构形式都有特殊要求。

决定隔爆外壳隔爆性能的重要参数有：隔爆结合面的有效长度、隔爆结合面之间间隙的大小及隔爆结合面加工粗糙度。为了保证壳体的耐爆性能，在壳体壁厚、接合面厚度选择与壳体不同部位加强筋的布设至关重要。同时，依据合理布置，容积不宜过大，避免多腔布置。

3.矿用隔爆型电气设备外壳防护性能的实现

矿用隔爆型电气设备一般由接线腔和主腔和搁置拖座构成，防护要求主要来源于安放整个设备主要电器器件满足性能使用的主腔。以及用来安装接线端子完成设备之间相互电缆连接作用的接线腔。

隔爆接合面：指隔爆外壳不同部件相对应的表面配合在一起且火焰或燃烧生成物可能会从外壳内部传到外壳外部的部位。通常使用到的结构形式为平面式、圆筒式，螺纹式等。

（1）平面式即为隔爆接合面相对表面为平面，用螺钉或快开门结构来固定。例如矿用隔爆型开关电源机芯腔盖就采用紧固螺钉固定接合面。圆筒式即隔爆接合面为圆筒形表面，主要有按钮转动轴操纵杆与轴套等接合面。螺纹式主要为设备增加隔爆接合面长度，列如接线腔出线嘴。

（2）隔爆接合面长度指的是火焰通过从隔爆外壳内部到外部的最短通路有效长度，隔爆接合面长度越长，传爆性越小，安全系数越高，此长度与外壳容积相关联，主要遵循“最短通路”原则计算。

（3）隔爆接合面的相对表面之间的距离即为隔爆接合面间隙，间隙的大小是隔爆外壳能否隔爆的关键，主要利用间隙冷却熄火作用，实践证明，间隙越小，传爆性越弱，隔爆性越好。隔爆接合面的粗糙度影响隔爆接合面的最大值，标准《3836.1.1.3-2010》中要求隔爆接合面粗糙度不大于6.3微米，操纵杆接合面要低于3.2微米。

（4）螺纹隔爆结构参数需满足螺纹精度不低于3级，螺距不小于0.7mm，螺纹咬合扣数，深度需满足《3836-2010》标准且具有防止自动松脱措施。

（5）隔爆接合面使用的紧固螺钉是为了保证隔爆参数要求与可靠性要求的重要组成部分，螺栓螺钉，螺母材质不能使用塑料及轻合金且必须以弹簧垫圈放松脱，在紧固状态下避免过大扭力紧固螺钉，只要压平弹簧垫圈即可。不透孔紧固防止应预留2倍弹簧垫圈厚度的螺纹余量，以保证弹簧垫圈遗失后螺钉螺栓依旧可以紧固隔爆面，但已尽快补齐弹簧垫圈以保安全。不透螺孔不需保证其底部到腔体内厚度不小于螺钉螺栓直径的1/3，最小值为3mm.隔爆外壳表面螺栓螺钉尾部要求保护，埋入护圈内或者外壳表面，防止碰撞造成破坏。

（6）隔爆接合面磷化处理之后使用防锈油使其防止隔爆面生锈破坏粗糙平整度，并且减小隔爆面间隙值。对于在运行中容易产生电火花类的隔爆性电气设备应采取锁紧装置保护，设置警示标牌“严禁带电开盖”，“先断电后开盖”提醒警示。