矿用隔爆型真空馈电开关参考压力试验点火位置分析

(佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯 154005)

矿用隔爆型真空馈电开关参考压力试验点火位置分析

应一

(佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯 154005)

介绍了矿用隔爆型真空馈电开关的防爆结构，根据GB 3836.2—2010里外壳耐压试验中的参考压力试验进行总结。并针对点火位置对主腔爆炸压力的影响作出详细解释，为正确取得最高参考压力作出分析。

隔爆型真空馈电开关；参考压力试验；爆炸压力

0 引言

近年来，煤矿事业在各地不断持续发展，但是煤矿爆炸事故不断，造成了巨大损失。矿用隔爆型真空馈电开关是煤矿企业常用的产品，主要用于煤矿井下含有爆炸性气体(甲烷、煤尘混合物)的场所，在交流50Hz、660V或1140V的供电系统中作为总开关或分支开关，用于分配电能和保护线路及电源设备的欠压、过载、短路和漏电，也可对大容量电动机不频繁起动进行控制，并对电动机出现的过载、短路、欠电压和漏电起保护作用。

1 防爆结构特点

矿用隔爆型真空馈电开关主要由隔爆外壳、真空断路器、隔离开关及控制单元等组成。真空断路器装于主腔内，控制单元装于门盖上。隔爆外壳由接线箱、主腔、门盖组成，接线箱上的引入装置供主回路和控制电路的电缆引入、引出之用。主腔为长方形，其右侧设有操作隔离开关的手柄，门盖与隔离开关之间设有可靠的机械联锁，能保证在控制回路有电时门盖不能打开，而门盖打开时控制回路断电，合闸与操作分断手柄也设在主腔右侧。门盖上设有电源、工作、绝缘、漏电显示装置及其观察窗，门盖上还设有试验开关，供馈电开关进行过载、短路、漏电模拟试验。结构外形如图1所示。

图1结构外形图

2 参考压力试验及重要性

在隔爆外壳的耐爆性能试验分为：参考压力测定和外壳过压试验。参考压力的试验目的是测定隔爆型电气设备在设计状态下外壳内爆炸时可能出现的最大爆炸压力，其作用是在外壳过压试验时用1.5倍的参考压力的压力值来考核外壳的耐爆性能，所以参考压力试验中的最大爆炸压力值的大小直接关系到外壳的耐爆性能。

在进行参考压力试验时，试样品应该具有符合制造商提供的已被防爆电器产品检验机构审查合格的图纸和技术文件，所有用于密封的衬垫都必须按照规定安装完毕。隔爆外壳内安装的电器元器件允许用代替物予以替代。

试验人员应该根据外壳的形状和结构，在外壳内安装点火塞和测压传感器，并在多个位置上反复试验，以便测到外壳内可能产生的最高爆炸压力(被称为参考压力)。

试验时使用的爆炸性气体混合物(浓度为体积比)和试验次数如下

对于 I 类设备，甲烷，(9.8±0,5)%，试验3次；

对于 II A 级设备，丙烷，(4.6±0.3)%，试验3次；

对于 II B 级设备，乙烯，(8±0.5)%，试验3次；

对于 II C 级设备，乙炔，(14±1)%，试验3次；氢气，(31±1)%，试验3次。

试验人员将上述试验气体混合物通入被试设备中，分别用不同位置的火花塞点燃引爆。为了得到平滑的压力曲线，试验人员可以在测量压力的电路中插入一个低通滤波器(5kHz±10%,3dB点)，将可能出现的高次谐波滤除。

矿用隔爆型真空馈电开关属于煤矿井下用产品，进行I类设备的相关试验。矿用隔爆型真空馈电开关常见材质主要是钢板，内部会有加强筋保证强度，但是由于产品的结构特点造成内部空腔会比较大，产生的爆炸波对壳体和门盖形成很强的压力，对产品的材质和结构有很大考验，所以在进行参考压力试验时找到最大爆炸压力至关重要。

3 点火位置不同对压力的影响

矿用隔爆型真空馈电开关一般分为主腔和接线腔，因接线腔内部空腔简单，这里主要讨论主腔的点火位置分析。

目前，试验室在进行参考压力试验时需要以下螺纹孔：1个进气管安装孔、1个出气管安装孔、1个点火装置安装孔和1个压力传感器安装孔(如有考虑压力重叠需要2个压力传感器安装孔)。这4个螺纹孔中点火装置安装孔和压力传感器安装孔的位置安排对试验压力是有很大影响。考虑到矿用隔爆型真空馈电开关的结构，钻安装孔的位置分为下面几种方式。

3.1 点火装置和压力传感器在一侧

根据矿用隔爆型真空馈电开关的壳体结构，这种情况又分为在门盖、壳体后侧、壳体两侧和壳体上下侧六种。至于在主腔两侧和上下位置。

3.1.1 点火塞和压力传感器在壳体后侧

由于点火位置和压力传感器在同一平面，爆炸产生的爆炸波在壳体内传播轨迹见图2。

图2爆炸波传播轨迹图

爆炸波在a点呈球形向外扩散，首先监测到的压力是由爆炸波向门盖反弹后产生的第一压力b，在没有压力重叠的情况下，此压力为本次爆炸最高压力。其它爆炸波产生的爆炸压力由于爆炸能量消耗所形成的压力均会低于第一压力b，此时形成的爆炸压力轨迹主要在以下三个面：门盖、壳体的两侧，而传感器在壳体后侧，只能检测到由爆炸压力在三个面反弹回来的压力和壳体后侧因钢板弹性变形而产生向外的压力c，可见这种测定压力的方式是无法检测出壳体内部的最高参考压力。经过参考压力点火试验验证后，爆炸后压力曲线见图3。此时，爆炸压力为0.195MPa。

图3爆炸后压力曲线

3.1.2 点火塞和压力传感器在壳体前侧

由于点火位置和压力传感器在同一平面，爆炸产生的爆炸波在壳体内传播轨迹见图4。

图4爆炸波传播轨迹

爆炸波在a点呈球形向外扩散，此时的爆炸波会先向壳体后侧施压，但由于门盖和壳体间存在爆炸间隙，在爆炸发生初期燃烧内部空气后，压力传感器首先会检测到一个由门盖向壳体内部产生的负压b。当爆炸波经过壳体后侧反射回的压力到达压力传感器时则变为向外部的正压c。最终的压力曲线是由压力b和压力c一起构成的。由此可见这种测定压力的方式也是无法检测出壳体内部的最高参考压力。经过参考压力点火试验验证后，爆炸后压力曲线见图5。此时，爆炸压力为-0.007MPa。

图5压力点火试验后爆炸压力曲线

3.2 点火装置和压力传感器在相对的两侧

3.2.1 点火在门盖，压力传感器在壳体后侧

由于点火位置和压力传感器在同一平面，爆炸产生的爆炸波在壳体内传播轨迹见图6。

图6点火位置与压力传感在同一产面爆炸传播轨迹

爆炸波在a点呈球形向外扩散，首先监测到的压力是由爆炸波向壳体后侧产生的第一压力b，在没有压力重叠的情况下，此压力为本次爆炸最高压力。其它爆炸波产生的爆炸压力由于爆炸能量消耗所形成的压力均会低于第一压力b，此时形成的压力轨迹主要在以下三个面：壳体的两侧和后侧，而传感器在壳体后侧，可以最先检测到由a点的爆炸波在三个面反弹回来的压力，但是由于点火塞在门盖上点火时，门盖上的隔爆间隙会卸掉少部分爆炸压力，进而影响到压力b的爆炸能量，由此可见这种测定压力方式虽然压力很高，但不能保证是壳体内部的最高压力。经过参考压力点火试验验证后，爆炸后压力曲线见图7。此时，爆炸压力为0.297MPa。

图7压力点火试验后爆炸压力曲线

3.2.2 点火在壳体后侧，压力传感器在门盖时

由于点火位置和压力传感器在同一平面，爆炸产生的爆炸波在壳体内传播轨迹见图8。

图8点火位置与压力传感在同一产面爆炸传播轨迹

爆炸波在a点呈球形向外扩散，首先监测到的压力是由爆炸波向门盖产生的第一压力b，在没有压力重叠的情况下，此压力为本次爆炸最高压力。其它爆炸波产生的爆炸压力由于爆炸能量消耗所形成的压力均会低于第一压力b，此时形成的压力轨迹主要在以下三个面：门盖、壳体的两侧，由于点火塞在壳体后侧，点火时产生的爆炸波在壳体后部密闭的环境下，会保证此时爆炸能量最高，而形成的第一压力b则应该是壳体内部的最大压力，传感器所在的门盖虽然有隔爆间隙消耗了少部分爆炸能量，但对第一压力b影响很小，所以这种测定压力方式可以测定出最高压力。经过参考压力点火试验验证后，爆炸后压力曲线见图9。此时，爆炸压力为0.374MPa。

图9压力点火试验后爆炸压力曲线

对于上述分析的4种情况是基于在矿用隔爆型真空馈电开关内部不安装电器元件时的环境下，至于电器元件所占用的内部空间可以用模拟件放入壳体内部来进行。考虑到矿用隔爆型真空馈电开关的结构，在两侧有接线斗的侧面钻安装孔对试验进行很不方便，形成的爆炸压力也会介于上面四种情况的之间，这里就不予考虑了。

4 结语

目前我国的矿用防爆电器产品已经形成了一个较大的制造产业，整体技术水平取得了长足的进步和发展，煤矿井下使用的各种防爆开关在技术水平和性能方面也有了显著提高，促使了相关的防爆检验工作也要更加严谨和高效。最后，经过上面对参考压力试验的介绍和分析，本文对矿用隔爆型真空馈电开关的参考压力试验中选取最大爆炸压力进行了详细分析，以帮助从业人员能更加准确的进行防爆检验工作。

[1] GB 3836.1—2010 《爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求》(IEC 60079-0:2007,Explosive atmospheres-Part 1:Equipment-General requirements,MOD).

[2] GB 3836.2—2010 《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》(IEC 60079-1:2007,Explosive atmospheres-Part 2:Equipment protection by flameproof enclosures“d”,MOD).

[3] 张英华，黄志安.燃烧与爆炸学.北京：冶金工业出版社，2012.

[4] 张显力.防爆电气概论.北京：机械工业出版社，2008.

[5] 王尽余，潘妙琼，钟梅.防爆电器手册.北京：化学工业出版社，2008.

GnitionPositionAnalysisofReferencePressureTestforMineFlame-ProofVacuumFeedingSwitch

YingYi

(Jiamusi Explosion-Proof Electric Machine Institute, Jiamusi 154005, Chinaa)

This paper introduces explosion-proof structure of mine flame-proof vacuum feeding switch and summarizes the reference pressure test in enclosure pressure test according to GB 3836.2—2010. The influence of ignition position on main cavity explosion pressure is analyzed. It can provide reference to correctly obtain max. reference pressure.

Flame-proof vacuum feeding switch；reference pressure test；explosion pressure

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.06.09

TM357

B

1008-7281(2017)06-0031-004

应一男1982年生；毕业于东北农业大学，现从事防爆电机、电气的检验及研究工作.

2017-05-28