浅谈用于爆炸性气体环境中电伴热带的试验方法

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(1.煤炭科学技术研究院有限公司检测分院防爆所,北京 102606；2.辽河油田安全环保处特检中心防爆电气检验科，辽宁 盘锦 124010)

浅谈用于爆炸性气体环境中电伴热带的试验方法

谢洁婷1,王世达2

(1.煤炭科学技术研究院有限公司检测分院防爆所,北京 102606；2.辽河油田安全环保处特检中心防爆电气检验科，辽宁 盘锦 124010)

随着其在石油、化工、船舶、机械等行业的广泛使用，电伴热带在爆炸性气体环境中的检验就显得尤为重要。本文简要阐述自控温电伴热带和恒功率电伴热带的原理和结构，根据电伴热带的自身特点设计其在爆炸性气体环境中采用的试验方法。

电伴热带;特点;检测;试验方法

1 电伴热带种类及其特点

按照伴热类型将电伴热带分为两类：恒功率电伴热带和自控温电伴热带[1]。

1.1 恒功率电伴热带

恒功率电伴热带依靠电阻丝发热对管道进行加热，单位长度内发热量和功率是恒定的，电伴热带的输出总功率受使用长度影响，长度越长功率越大，温度也会随功率的增大不断升高，因此恒功率电伴热带在使用时需配接温控器控制温度，以便温度过高及时切断电路。根据电阻丝的连接方式不同，恒功率电伴热带又分为并联式和串联式两种。

在并联恒功率电伴热带中，电源母线是两根平行的绝缘铜线，内绝缘层包裹电源母线，上面缠绕镍铬合金发热丝，每隔一个固定的距离(即“发热节长”)将发热丝与母线焊接，形成一个连续并联电阻。当电伴热带通电后，各并联电阻开始发热，形成一条连续发热的发热带。

在串联恒功率电伴热带中，母线被当作发热体，即电流通过具有一定内阻的母线时就会产生焦耳热。随着通电时间的增加，电伴热带会持续产生热量，形成连续发热的发热带。母线单位长度上的电阻和通过的电流是相等的，所以整条电伴热带各处的发热量也是相等的。因此串联恒功率电伴热带首尾发热均匀，输出功率恒定，不受环境影响。

1.2 自控温电伴热带

自控温电伴热带是在传统恒功率伴热带基础上发展起来的新一代节能型恒温加热器。它的发热材料一般为导电塑料，也有PTC合金、PTC高分子材料、陶瓷PTC材料[2]，具有很高的正温度系数“PTC”。伴热带两根母线之间的导电材料的电阻率随温度的变化而变化，当温度降低时，导电塑料产生微分子遇冷收缩使内部碳粒连接，电流从一根母线通过导电塑料到达另一根母线，形成电路，电阻变小，电伴热带发热；当温度升高时，导电塑料产生微分子受热膨胀，碳粒逐渐分开，电路中的电阻增大阻碍电流的流通，伴热带的温度达到最高限时便不再升高，从而达到自限温的目的，无需温控器的调节。

2 爆炸性气体环境用电伴热带的试验方法

电伴热带作为一种管道保温防冻的有效措施，在电力、钢铁、石油、化工、消防等多个领域广泛使用，以其热效率高、节能环保、设计简单、安装方便等优点，成为国家重点推广的节能项目。随着电伴热带的大量生产及使用，相关检测部门对电伴热带的检验工作不容忽视。

本文依据GB 19518.1-2004[3]及GB 3836.1-2010两个标准中涉及的型式试验方法对电伴热带进行检验，主要试验包括最高表面温度测定、介电强度试验、绝缘电阻试验、燃烧试验等13个试验项目。下面将对主要试验项目在实际操作中用到的方法及注意事项进行介绍。

2.1 最高表面温度的测定

经与制造商协商后，对于伴热带最高表面温度的测定方法采用产品分级方法，即将电伴热带松弛盘状放置在40℃的恒温箱中，通以1.1倍的额定电压，使用热电偶记录电伴热带外护套层温度，待温度稳定后记录数值，通过修正得到电伴热带最高表面温度。

自控温电伴热带与恒功率电伴热带测量温度的方法有所不同，后者在测量温度时需要配接温控器如图1所示。另外，在对串联恒功率电伴热带进行测试时，需要与制造商确认试验用电缆长度、电压、电阻、电流，确保电线能够承受足够大的电流，避免烧毁或引起危险。

图1 配接温控器监控温度

图2 电伴热带头尾处理

2.2 介电强度和绝缘电阻试验

介电强度试验电压施加在导线芯和金属护网或外套之间，试验所用设备为耐压测试仪。绝缘电阻试验是在导线芯和金属外护层或在一个特殊导电金属或金属保护网之间施加直流电压，所用测试设备为绝缘电阻表。

在进行这两项试验时，需要将电伴热带头和尾端的导线芯与金属编织层分开如图2所示，否则会影响测试结果。

2.3 燃烧试验

电伴热带的燃烧试验需要在一间无空气流动的房间内进行，试验所用设备为水平垂直燃烧测试仪，将水平垂直燃烧测试仪的火焰高度调整为130mm，内部蓝色锥形火焰高度调整到40mm，被试样品垂直悬挂于燃烧测试仪上方，并使火焰内蓝色锥形火苗尖端触及到被试样品低端大约150mm的点上，并在伴热带下方放置药棉。将燃烧测试仪倾斜于垂直方向成20°角，燃烧时火焰施加15s，并在移开15s后重新施加，重复5次，检查第5次试验后持续燃烧时间、试样上试纸的燃烧面积及药棉是否被引燃。

2.4 冲击试验

将电伴热带试样置于一个钢质平面上，并在其上放置一段Ф25mm的淬火钢圆柱，使用的冲击能量为7J，如果伴热带的使用场所机械损伤危险性小，则可以降低冲击能量至4J。试验后，在保持冲击锤和钢柱仍放置试样上的情况下，按照介电强度和绝缘电阻试验检验试样的电气绝缘是否符合要求。

2.5 挤压试验

将电伴热带试样置于一个钢质平面上，并在其上垂直放置一根长25mm、Φ6mm底部为半球形的钢棒，通过对钢棒施加1500N的无冲击压力30s，完成挤压试验。试验后，在钢棒没有离开试样，负载仍施加的情况下，按照介电强度和绝缘电阻试验检验试样的电气绝缘是否符合要求。

本实验的一个难点是1500N的无冲击压力如何施加，此处采用的方法是在钢棒上放置一个木板，并在木板上放置重量为150kg的标准样块，保持平衡。

2.6 冷态弯曲试验

将安装有电伴热带的冷态弯曲试验装置放在-30℃的人工气候箱中保持4h，此后将试样绕圆形卷筒弯曲90°，然后向相反方向以同样的弯曲半径弯曲180°，重复两次后检验试样的电气绝缘是否符合要求。

2.7 额定输出功率的校验

电伴热带的额定输出功率可以采用两种方法进行校验：(1)电阻法：在规定的额定电压条件下，测量单位长度上的直流电阻值是否在制造商声明的范围内；(2)输出功率法：功率法测试需要将电伴热带安装在管道上，管道内循环流动热传导液体，管道外包裹保温材料，输出功率在三个管线温度下进行测量，这三个温度代表了伴热产品的整个运行范围。该试验装置一般占空间较大，需要到现场进行试验。

恒功率电伴热带单位长度上的电阻不受环境影响，可以直接采用电阻法进行试验，在此需要注意的是并联恒功率电伴热带的电阻是指两个相邻焊接口之间的电阻，而非单位长度内母线的电阻。自控温电伴热带的电阻受温度影响较大，使用电阻法测量会产生较大误差，因此需要与制造商协商进行现场试验。

2.8 电气绝缘材料的热稳定性试验

在进行电气绝缘材料热稳定性试验时，将电伴热带试样在制造商声明的工作温度加20K，但不低于80℃的条件下至少放置4周，试验后通过介电强度试验验证电气绝缘特性。

2.9 起动电流的校验

电伴热带的起动电流是指给伴热带供电时的瞬间电流，测量时需要将至少1m长的电伴热带置于最低环境温度条件下4h，然后向试样施加额定电压，记录从0～300s内的电流，起动电流为三个试样中电流的最大值，该值应不大于制造商的声明值。测试起动电流时可以借助测量最高表面温度的试验装置。

2.10 金属保护层电阻的校准

电伴热带金属保护层电阻的测量较为容易，通过微电阻计可直接测量，测得的电阻值应等于或低于制造商声明值，方法较为简单，在此不做过多阐述。

3 小结

爆炸性气体环境中用电设备的检测作为安全生产中的重要环节，越来越受到国家的重视。本文在分析电伴热带的原理、结构的基础上，对爆炸性气体环境中用电伴热带的常用试验方法进行了重点介绍，以供相关人员参考。

[1] 高峰.恒功率电伴热带在生产中的应用[J].电工技术,2012,(8): 55-57.

[2] 王晓东,李真.伴热带的选型、安装与维护[J].石油工程建设,2004,30(4):32-34.

[3] GB19518.1-2004,爆炸性气体环境 用电气设备电阻式伴热器 第1部分：通用和试验要求[S].

TalkingabouttheTestMethodforElectricitywithHeatLoneofExplosiveGasAtmosphere

XIEJie-ting1,WANGShi-da2

(1.Explosion Proof Institute,Test Branch Institute,Coal Science and Technology Research Instute,Beijing 102606,China;2.Special Test Centre of Liaohe Oil Field Safety and Environmental Proteetion Office,Panjin 124010,China)

With the elevelopment of electricity with heat technology which is widely used for petroleum,chemical indusery,shipping and machinery,they become more improtant for test in explosive gas atmosphere.The paper states the principleand structure of automatic control electricity with heat zone and constant-power electricity with heat zone.According to self-characteristic of electricity with heat zone,the test method is adopted in explosine gas atmosphere.

electricity with heat zone;characteristics;test;test method

1004-289X(2017)03-0008-03

TM924

B

2017-04-17