礦用隔爆型真空饋電開關參考壓力試驗點火位置分析

(佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯 154005)

礦用隔爆型真空饋電開關參考壓力試驗點火位置分析

應一

(佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯 154005)

介紹了礦用隔爆型真空饋電開關的防爆結構，根據GB 3836.2—2010里外殼耐壓試驗中的參考壓力試驗進行總結。并針對點火位置對主腔爆炸壓力的影響作出詳細解釋，為正確取得最高參考壓力作出分析。

隔爆型真空饋電開關；參考壓力試驗；爆炸壓力

0 引言

近年來，煤礦事業在各地不斷持續發展，但是煤礦爆炸事故不斷，造成了巨大損失。礦用隔爆型真空饋電開關是煤礦企業常用的產品，主要用于煤礦井下含有爆炸性氣體(甲烷、煤塵混合物)的場所，在交流50Hz、660V或1140V的供電系統中作為總開關或分支開關，用于分配電能和保護線路及電源設備的欠壓、過載、短路和漏電，也可對大容量電動機不頻繁起動進行控制，并對電動機出現的過載、短路、欠電壓和漏電起保護作用。

1 防爆結構特點

礦用隔爆型真空饋電開關主要由隔爆外殼、真空斷路器、隔離開關及控制單元等組成。真空斷路器裝于主腔內，控制單元裝于門蓋上。隔爆外殼由接線箱、主腔、門蓋組成，接線箱上的引入裝置供主回路和控制電路的電纜引入、引出之用。主腔為長方形，其右側設有操作隔離開關的手柄，門蓋與隔離開關之間設有可靠的機械聯鎖，能保證在控制回路有電時門蓋不能打開，而門蓋打開時控制回路斷電，合閘與操作分斷手柄也設在主腔右側。門蓋上設有電源、工作、絕緣、漏電顯示裝置及其觀察窗，門蓋上還設有試驗開關，供饋電開關進行過載、短路、漏電模擬試驗。結構外形如圖1所示。

圖1結構外形圖

2 參考壓力試驗及重要性

在隔爆外殼的耐爆性能試驗分為：參考壓力測定和外殼過壓試驗。參考壓力的試驗目的是測定隔爆型電氣設備在設計狀態下外殼內爆炸時可能出現的最大爆炸壓力，其作用是在外殼過壓試驗時用1.5倍的參考壓力的壓力值來考核外殼的耐爆性能，所以參考壓力試驗中的最大爆炸壓力值的大小直接關系到外殼的耐爆性能。

在進行參考壓力試驗時，試樣品應該具有符合制造商提供的已被防爆電器產品檢驗機構審查合格的圖紙和技術文件，所有用于密封的襯墊都必須按照規定安裝完畢。隔爆外殼內安裝的電器元器件允許用代替物予以替代。

試驗人員應該根據外殼的形狀和結構，在外殼內安裝點火塞和測壓傳感器，并在多個位置上反復試驗，以便測到外殼內可能產生的最高爆炸壓力(被稱為參考壓力)。

試驗時使用的爆炸性氣體混合物(濃度為體積比)和試驗次數如下

對于 I 類設備，甲烷，(9.8±0,5)%，試驗3次；

對于 II A 級設備，丙烷，(4.6±0.3)%，試驗3次；

對于 II B 級設備，乙烯，(8±0.5)%，試驗3次；

對于 II C 級設備，乙炔，(14±1)%，試驗3次；氫氣，(31±1)%，試驗3次。

試驗人員將上述試驗氣體混合物通入被試設備中，分別用不同位置的火花塞點燃引爆。為了得到平滑的壓力曲線，試驗人員可以在測量壓力的電路中插入一個低通濾波器(5kHz±10%,3dB點)，將可能出現的高次諧波濾除。

礦用隔爆型真空饋電開關屬于煤礦井下用產品，進行I類設備的相關試驗。礦用隔爆型真空饋電開關常見材質主要是鋼板，內部會有加強筋保證強度，但是由于產品的結構特點造成內部空腔會比較大，產生的爆炸波對殼體和門蓋形成很強的壓力，對產品的材質和結構有很大考驗，所以在進行參考壓力試驗時找到最大爆炸壓力至關重要。

3 點火位置不同對壓力的影響

礦用隔爆型真空饋電開關一般分為主腔和接線腔，因接線腔內部空腔簡單，這里主要討論主腔的點火位置分析。

目前，試驗室在進行參考壓力試驗時需要以下螺紋孔：1個進氣管安裝孔、1個出氣管安裝孔、1個點火裝置安裝孔和1個壓力傳感器安裝孔(如有考慮壓力重疊需要2個壓力傳感器安裝孔)。這4個螺紋孔中點火裝置安裝孔和壓力傳感器安裝孔的位置安排對試驗壓力是有很大影響。考慮到礦用隔爆型真空饋電開關的結構，鉆安裝孔的位置分為下面幾種方式。

3.1 點火裝置和壓力傳感器在一側

根據礦用隔爆型真空饋電開關的殼體結構，這種情況又分為在門蓋、殼體后側、殼體兩側和殼體上下側六種。至于在主腔兩側和上下位置。

3.1.1 點火塞和壓力傳感器在殼體后側

由于點火位置和壓力傳感器在同一平面，爆炸產生的爆炸波在殼體內傳播軌跡見圖2。

圖2爆炸波傳播軌跡圖

爆炸波在a點呈球形向外擴散，首先監測到的壓力是由爆炸波向門蓋反彈后產生的第一壓力b，在沒有壓力重疊的情況下，此壓力為本次爆炸最高壓力。其它爆炸波產生的爆炸壓力由于爆炸能量消耗所形成的壓力均會低于第一壓力b，此時形成的爆炸壓力軌跡主要在以下三個面：門蓋、殼體的兩側，而傳感器在殼體后側，只能檢測到由爆炸壓力在三個面反彈回來的壓力和殼體后側因鋼板彈性變形而產生向外的壓力c，可見這種測定壓力的方式是無法檢測出殼體內部的最高參考壓力。經過參考壓力點火試驗驗證后，爆炸后壓力曲線見圖3。此時，爆炸壓力為0.195MPa。

圖3爆炸后壓力曲線

3.1.2 點火塞和壓力傳感器在殼體前側

由于點火位置和壓力傳感器在同一平面，爆炸產生的爆炸波在殼體內傳播軌跡見圖4。

圖4爆炸波傳播軌跡

爆炸波在a點呈球形向外擴散，此時的爆炸波會先向殼體后側施壓，但由于門蓋和殼體間存在爆炸間隙，在爆炸發生初期燃燒內部空氣后，壓力傳感器首先會檢測到一個由門蓋向殼體內部產生的負壓b。當爆炸波經過殼體后側反射回的壓力到達壓力傳感器時則變為向外部的正壓c。最終的壓力曲線是由壓力b和壓力c一起構成的。由此可見這種測定壓力的方式也是無法檢測出殼體內部的最高參考壓力。經過參考壓力點火試驗驗證后，爆炸后壓力曲線見圖5。此時，爆炸壓力為-0.007MPa。

圖5壓力點火試驗后爆炸壓力曲線

3.2 點火裝置和壓力傳感器在相對的兩側

3.2.1 點火在門蓋，壓力傳感器在殼體后側

由于點火位置和壓力傳感器在同一平面，爆炸產生的爆炸波在殼體內傳播軌跡見圖6。

圖6點火位置與壓力傳感在同一產面爆炸傳播軌跡

爆炸波在a點呈球形向外擴散，首先監測到的壓力是由爆炸波向殼體后側產生的第一壓力b，在沒有壓力重疊的情況下，此壓力為本次爆炸最高壓力。其它爆炸波產生的爆炸壓力由于爆炸能量消耗所形成的壓力均會低于第一壓力b，此時形成的壓力軌跡主要在以下三個面：殼體的兩側和后側，而傳感器在殼體后側，可以最先檢測到由a點的爆炸波在三個面反彈回來的壓力，但是由于點火塞在門蓋上點火時，門蓋上的隔爆間隙會卸掉少部分爆炸壓力，進而影響到壓力b的爆炸能量，由此可見這種測定壓力方式雖然壓力很高，但不能保證是殼體內部的最高壓力。經過參考壓力點火試驗驗證后，爆炸后壓力曲線見圖7。此時，爆炸壓力為0.297MPa。

圖7壓力點火試驗后爆炸壓力曲線

3.2.2 點火在殼體后側，壓力傳感器在門蓋時

由于點火位置和壓力傳感器在同一平面，爆炸產生的爆炸波在殼體內傳播軌跡見圖8。

圖8點火位置與壓力傳感在同一產面爆炸傳播軌跡

爆炸波在a點呈球形向外擴散，首先監測到的壓力是由爆炸波向門蓋產生的第一壓力b，在沒有壓力重疊的情況下，此壓力為本次爆炸最高壓力。其它爆炸波產生的爆炸壓力由于爆炸能量消耗所形成的壓力均會低于第一壓力b，此時形成的壓力軌跡主要在以下三個面：門蓋、殼體的兩側，由于點火塞在殼體后側，點火時產生的爆炸波在殼體后部密閉的環境下，會保證此時爆炸能量最高，而形成的第一壓力b則應該是殼體內部的最大壓力，傳感器所在的門蓋雖然有隔爆間隙消耗了少部分爆炸能量，但對第一壓力b影響很小，所以這種測定壓力方式可以測定出最高壓力。經過參考壓力點火試驗驗證后，爆炸后壓力曲線見圖9。此時，爆炸壓力為0.374MPa。

圖9壓力點火試驗后爆炸壓力曲線

對于上述分析的4種情況是基于在礦用隔爆型真空饋電開關內部不安裝電器元件時的環境下，至于電器元件所占用的內部空間可以用模擬件放入殼體內部來進行。考慮到礦用隔爆型真空饋電開關的結構，在兩側有接線斗的側面鉆安裝孔對試驗進行很不方便，形成的爆炸壓力也會介于上面四種情況的之間，這里就不予考慮了。

4 結語

目前我國的礦用防爆電器產品已經形成了一個較大的制造產業，整體技術水平取得了長足的進步和發展，煤礦井下使用的各種防爆開關在技術水平和性能方面也有了顯著提高，促使了相關的防爆檢驗工作也要更加嚴謹和高效。最后，經過上面對參考壓力試驗的介紹和分析，本文對礦用隔爆型真空饋電開關的參考壓力試驗中選取最大爆炸壓力進行了詳細分析，以幫助從業人員能更加準確的進行防爆檢驗工作。

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

[2] GB 3836.2—2010 《爆炸性環境 第2部分：由隔爆外殼“d”保護的設備》(IEC 60079-1:2007,Explosive atmospheres-Part 2:Equipment protection by flameproof enclosures“d”,MOD).

[3] 張英華，黃志安.燃燒與爆炸學.北京：冶金工業出版社，2012.

[4] 張顯力.防爆電氣概論.北京：機械工業出版社，2008.

[5] 王盡余，潘妙瓊，鐘梅.防爆電器手冊.北京：化學工業出版社，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

應一男1982年生；畢業于東北農業大學，現從事防爆電機、電氣的檢驗及研究工作.

2017-05-28