隔爆型电气设备的一些通用要求

隔爆型电气设备被广泛应用于煤炭、石油、化工、冶金等具有爆炸危险的生产场景。用以避免爆炸性事故的发生。

众所周知，产生爆炸必须具备下列三个条件：

1、 点燃源（电火花、热表面）

2、 爆炸性物质

3、 空气（氧气）

当这三个条件同时存在，而且当爆炸性物质与空气的混合物浓度处于爆炸极限范围内时，将不可避免地产生爆炸。

因此，在实践中，为了抑制爆炸，我们总是设法避免上述三个条件同时存在，以达到防爆的目的。也要求对在爆炸性危险生产场景，使用的电气设备做防爆设计，防爆型式有很多类，如：隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、充油型、充砂型、无火花型和浇封型等。GB3836 .1规定了各防爆 型 式的通用要求。

隔爆型防爆型式与其他防爆概念相比，具有结构简单，易于操作的特点。因此，这种以隔离点火源为防爆手段的防爆技术通常被广大防爆产品制造厂商及其用户所选用。

隔爆型电气设备的设计考虑：

当电气设备在使用时，可能存在以下风险因素：

1）由于导体电阻的热效应，电气部件及线路会发热；

2）由于开关、继电器等电气元件正常工作时引起的电路通断，会产生电气火花或电弧；

3）由于电气部件之间的绝缘或间距不够，不同电势的导电部件之间会发生短路、击穿等故障而发热、产生电气火花或电弧。这些在普通环境中可能仅仅引起设备故障、线路故障等因素，如果在爆炸性环境中发生，将可能点燃爆炸性环境中爆炸性物质而爆炸。因此，有必要采取措施，防止电气设备引起爆炸事故。

这时，可以考虑的最直接的保护措施是：不考虑设备的工作原理、功率大小，将电气设备都安装在一个足够坚固的外壳内部，即使电气设备引起其周围的爆炸性物质的爆炸，由于被外壳包裹，爆炸产生的高温、高压不会扩散到整个环境中，从而不会导致更加严重的后果。也即是采用隔爆型电气设计。

采用隔爆型电气设计有特征是，将正常工作和事故状态下可能产生火花的部分放在一个或分放在几个外壳内。这种外壳除了将其内部的火花、电弧和电气设备使用环境中的爆炸性气体隔开以外，它还具有一定的结构强度，各零部件的联结具有一定的结构尺寸。从环境中进入壳内的爆炸性气体混合物被壳内的火花、电弧引爆时，外壳不致被炸坏和不致使爆炸产物通过联结缝隙引爆环境中的爆炸性气体混合物。

这个外壳首先应当具有足够的强度，以承受内部爆炸产生的压力，在GB3836.2“爆炸性环境由隔爆外壳“d”的保护的设备”中，该隔爆外壳需要至少承受1.5倍内部爆炸压力。

另外，设备在爆炸性环境中使用时，外壳本身也不应当成为点燃源。长期的运行时，设备外部的表面不应有足以引起点燃的高温。设备内部的高温即使引起点燃，也无法传播到外部，无需考虑其点燃风险，但应当防止断电后马上开盖，高温表面的温度还没有下降到最低点燃温度以下，因此，有必要在外壳外部施加警告标志，需要断电足够时间后方可打开盖板。

1、 外壳材质

当外壳采用金属材料制造时，如果受到外部的敲击、摩擦，可能会产生机械火花，引起点燃。铝、镁、钛锆等轻金属被生锈的铁碰撞后，极易产生高温的机械火花，因此,应当严格控制金属外壳材料中的轻金属成分的比例。需要注意的是，虽然大部分情况下，铜及铜合金都是不发火，被其它金属碰撞后不会产生高温机械火花，经常被用作防爆工具，但是铜可以和乙炔形成乙炔化物，受到摩擦、碰撞后，乙炔化物会剧烈燃烧，因此，如果设备预计用于有乙炔的环境，外壳材料应控制铜的含量不超过65%。

黑色金属中的钢、铸钢、铸铁，有色金属中的铜、铝等轻合金，高分子材料中的热固性塑料和热塑性塑料、无机材料中的玻璃、陶瓷等，都可能成为隔爆外壳的材质。国标GB3836.1对这些可能作为隔爆外壳的材质根据防爆方面要求对这些材质作了规定。

（1）非金属材料外壳

当外壳采用除玻璃、陶瓷以外非金属材料制作时，除了需要考虑其在长期工作中，因承受高温、低温而引起的性能下降外，对用于煤矿井下的灯具透明件、非矿用场所的外壳，还需要考虑其因暴露在紫外线中而引起的性能下降。另外，非金属受到摩擦后会积聚静电，当静电在足够高的电势放电时，将点燃环境中的可燃性物质。因此，需要避免产生静电或防止静电积聚，可以选择防静电材料或尽快将静电释放的措施来降低静电点燃的风险。

非金属外壳不可避免地会接触火花、电弧或爆炸火焰。因此，作为隔爆外壳材质的非金属还考虑是不燃性或难燃性材料。

（2）轻合金外壳或金属外壳

这里所说的轻合金主要是指铝合金。用它制造防爆电气设备外壳是受限制的。这是因为，铝合金与锈铁摩擦会放出大量的热能。这种能量的释放容易引起爆炸性气体混合物的点燃。针对上述情况，在隔爆外壳的材质中，限制了铝合金的应用和限制了铝合金中镁的含量。制造Ⅰ类电气设备外壳的材料，按质量百分比，铝、钛、镁的总含量不允许大于15%，并且钛和镁总含量不允许大于6%；制造Ⅱ类电气设备外壳的材料，按质量百分比，含镁量不允许大于6%。对此，设计者应予重视。

外壳还应当具有足够的稳定性，不应在日常使用中发生腐蚀，活性高的锌及锌含量超过80%的合金就不适合制造防爆设备的外壳。

（3）透明件

隔爆外壳上的透明件是隔爆外壳的一部分。它首先应能承受住外壳内部爆炸压力作用；其次它能承受住使用环境中外界条件的作用：机械的（碰、砸、撞）、化学的、热的作用等。透明件应采用玻璃或其他抗机械、热、化学等作用的材料制。

2、隔爆外壳强度

相关试验表明，外壳容积小，散热面积较大，爆炸压力较低；对于大容积外壳，在爆炸过程中，爆炸压力会异常增加，造成较大的压力分布不均匀。尤其是当初始压力大于大气压时，压力的升高会更加明显。因此在设计隔爆电气设备外壳时，应考虑外壳的容积确定外壳的强度。外壳的强度可根据其材质和可能承受的压力通过计算的方法确定。

另外，在隔爆外壳的设计过程中还应考虑外壳内的压力重叠现象。外壳不宜制成以小孔连通的多 空腔 。壳内电气元件的安装也应避免将整腔分隔成几个小空腔。另外，外壳纵向尺寸和横向尺寸不宜过大，否则就可能造成外壳内的压力重叠现象。存在压力重叠现象的外壳强度只有通过动态压力试验后方能确定。

3、 隔爆接合面参数

隔爆型电气设备在制造、使用时，不可避免地需要打开外壳进行安装、调试、检修等工作，不可能将外壳焊接成一个完全封闭的整体，在外壳上就不可避免地形成了两个不同部件接合的结构，在接合的位置上存在着间隙，为了防止设备内部的爆炸火焰从接合部位的间隙传播到周围环境中，需要对接合的结构进行特殊的设计。这些缝隙即称作“火焰通路。火焰通路都必须有一定的结构尺寸。根据已有的研究，火焰沿着狭窄的缝隙传播时，间隙越小，越能降低传播到外部的能量，当间隙足够小，内部的火焰将无法通过接合部位引起外部环境的点燃。另外，火焰通道的长度越大，对火焰能量的降低效果越好。，可以满足前述隔爆效果的特殊结构尺寸设计可以称为“隔爆接合面”。

经过很多次试验，得出了不同防爆等级的隔爆接合面宽度及其相应间隙的安全值，当接合面宽度大于这些最小值、间隙小于最大值，隔爆外壳是可以有效地防止内部火焰传播到设备周围环境中的。

已知保证安全的参数范围，在防爆国标GB3836.2中已作出明确规定。隔爆结构参数的规定，则是在最大试验安全间隙的基础上取一定安全系数后确定的。平面隔爆接合面、止口隔爆接合面、螺纹隔爆接合面、操作杆与孔隔爆接合面、胶粘隔爆接合面、采用衬垫作为隔爆措施的参数、轴承结构结构参数。应符合GB3836.2的相应要求。

4、紧固件

隔爆外壳的不同部件，需要通过紧固件来组装加固，紧固件是保证防爆电气设备性能的重要零件。国标GB3836.1-2010和GB3836.2-2010对紧固件作出了相关要求规定：

（1）隔爆型电气设备的紧固件，要求用工具才能松开或拆除；

（2）当采用可拆卸螺钉或螺栓紧固隔爆外壳的任何部件时，这些螺钉或螺栓孔不应穿透壳壁。孔周围的厚度不小于孔径的三分之一，且至少为3mm；

（3）当螺钉或螺栓没有垫圈而完全拧入孔内时，螺钉或螺栓尾部与螺孔的底部之间应留用螺纹裕量；

（4）永久固定在外壳上的螺钉或螺栓应可靠地焊接或铆焊，或是采用某些等效方法固定；

（5）一般情况下，应采取防止紧固件因振动而松脱的措施；

（6）结构上有特殊要求时，须采用殊紧固件。如将螺栓头或螺母放在护圈或沉孔中。以防无关人员随意打开这些外壳，造成外壳隔爆失效。

5、引入装置

通常，隔爆型电气设备都存在电源引入、负载输出、电信号输入输出等。为此，就必须为输入或输出提供引入装置。国标GB3836.2-2010对电缆和导线的引入、引入装置的结构及连接均作出了明确的规定。

目前，采用带弹性密封圈的引入装置居多。弹性密封圈是引入装置中实现防爆功能的主要部件。在设计时，弹性密封圈应考虑以下方面：

（1）材料：橡胶易老化，从而失去弹性、龟裂。目前，建议用硅橡胶、丁腈橡胶及其他类似耐老化材料；

（2） 硬度：应采用国际硬度65°~70°的橡胶制成。如果硬度过高，起不到密封和防松的作用，使设备失去防爆性能。

6、接地

电气设备的金属外壳应设外接地端子；接线盒内应设内接地端子。接地端子处应标接地符号“〨”。接地零件应做防锈处理或用不锈材料制成。

关于外接地：

电气设备的金属外壳和铠装电缆接线盒均应设置辅助的外接地连接件。移动式电气设备可不设外接地连接件，但应使用具有接地芯线或等效接地芯线的电缆。

电气设备外接地连接件应能至少与截面积为4mm2的接地线有效连接。

关于内接地：

电气设备应在接线空腔内的电路连接件旁设置接地连接件。接地连接件应至少保证与一根导线可靠连接，导线截面积应符合GB3836.1中的要求。

7、标志

隔爆型电气设备应在主体部分的明显部分设置铭牌，并可靠固定。铭牌（含警告牌）必须考虑到可能存在的化学腐蚀下，仍然清晰和耐久。通常，铭牌采用青铜、黄铜或不锈钢制成。

通常情况下，铭牌内容应包括下列内容：

a. 制造厂名称或注册商标

b. 制造商规定的型号标识

c. 产品编号

d. 颁发防爆合格证的机构名称或标志。

e. 如果检验机构有必要说明安全使用的特殊条件，则在防爆合格证编号后加上符合“X”,设备上可标志警告标志来代替所要求的符合”X“.

f.防爆合格证编号

g.出厂日期或编号

h.产品其他信息（如额定电压、电流等）

警告牌“断电后开盖”或相类似警告语。