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當(dāng)電氣設(shè)備在使用時(shí)，由于導(dǎo)體電阻的熱效應(yīng)，電氣部件及線路會(huì)發(fā)熱；由于開(kāi)關(guān)、繼電器等電氣元件正常工作時(shí)引起的電路通斷，會(huì)產(chǎn)生電氣火花或電?。挥捎陔姎獠考g的絕緣或間距不夠，不同電勢(shì)的導(dǎo)電部件之間會(huì)發(fā)生短路、擊穿等故障而發(fā)熱、產(chǎn)生電氣火花或電弧，這些在普通環(huán)境中可能僅僅引起設(shè)備故障、線路故障等，但如果在爆炸性環(huán)境中，將可能點(diǎn)燃爆炸性環(huán)境中爆炸性物質(zhì)而爆炸。因此，有必要采取措施，防止電氣設(shè)備引起爆炸事故。

直接的措施是，不考慮設(shè)備的工作原理、功率大小，將電氣設(shè)備都安裝在一個(gè)足夠堅(jiān)固的外殼內(nèi)部，即使電氣設(shè)備引起其周?chē)谋ㄐ晕镔|(zhì)的爆炸，由于被外殼包裹，爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓不會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)環(huán)境中，從而不會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的后果。

因此，這個(gè)外殼首先應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度，以承受內(nèi)部爆炸產(chǎn)生的壓力，在GB/T 3836.2“爆炸性環(huán)境 由隔爆外殼“d”的保護(hù)的設(shè)備”中，該隔爆外殼需要至少承受1.5倍內(nèi)部爆炸壓力。

另外，設(shè)備在爆炸性環(huán)境中使用時(shí)，外殼本身也不應(yīng)當(dāng)成為點(diǎn)燃源。長(zhǎng)期的運(yùn)行時(shí)，設(shè)備外部的表面不應(yīng)有足以引起點(diǎn)燃的高溫。設(shè)備內(nèi)部的高溫即使引起點(diǎn)燃，也無(wú)法傳播到外部，無(wú)需考慮其點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)，但應(yīng)當(dāng)防止斷電后馬上開(kāi)蓋，高溫表面的溫度還沒(méi)有下降到低點(diǎn)燃溫度以下，因此，有必要在外殼外部施加警告標(biāo)志，需要斷電足夠時(shí)間后方可打開(kāi)蓋板。

當(dāng)外殼采用金屬材料制造時(shí)，如果受到外部的敲擊、摩擦，可能會(huì)產(chǎn)生機(jī)械火花，引起點(diǎn)燃。鋁、鎂、鈦鋯等輕金屬被生銹的鐵碰撞后，極易產(chǎn)生高溫的機(jī)械火花，因此,應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制金屬外殼材料中的輕金屬成分的比例。需要注意的是，雖然大部分情況下，銅及銅合金都是不發(fā)火，被其它金屬碰撞后不會(huì)產(chǎn)生高溫機(jī)械火花，經(jīng)常被用作防爆工具，但是銅可以和乙炔形成乙炔化物，受到摩擦、碰撞后，乙炔化物會(huì)劇烈燃燒，因此，如果設(shè)備預(yù)計(jì)用于有乙炔的環(huán)境，外殼材料應(yīng)控制銅的含量不超過(guò)65%。

外殼還應(yīng)當(dāng)具有足夠的穩(wěn)定性，不應(yīng)在日常使用中發(fā)生腐蝕，活性高的鋅及鋅含量超過(guò)80%的合金就不適合制造防爆設(shè)備的外殼。

當(dāng)外殼采用除玻璃、陶瓷以外非金屬材料制作時(shí)，除了需要考慮其在長(zhǎng)期工作中，因承受高溫、低溫而引起的性能下降外，對(duì)用于煤礦井下的燈具透明件、非礦用場(chǎng)所的外殼，還需要考慮其因暴露在紫外線中而引起的性能下降。另外，非金屬受到摩擦后會(huì)積聚靜電，當(dāng)靜電在足夠高的電勢(shì)放電時(shí)，將點(diǎn)燃環(huán)境中的可燃性物質(zhì)。因此，需要避免產(chǎn)生靜電或防止靜電積聚，可以選擇防靜電材料或盡快將靜電釋放的措施來(lái)降低靜電點(diǎn)燃的風(fēng)險(xiǎn)。

電氣設(shè)備在制造、使用時(shí)，不可避免地需要打開(kāi)外殼進(jìn)行安裝、調(diào)試、檢修等工作，不可能將外殼焊接成一個(gè)完全封閉的整體，在外殼上就不可避免地形成了兩個(gè)不同部件接合的結(jié)構(gòu)，在接合的位置上存在著間隙，為了防止設(shè)備內(nèi)部的爆炸火焰從接合部位的間隙傳播到周?chē)h(huán)境中，需要對(duì)接合的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)。根據(jù)已有的研究，火焰沿著狹窄的縫隙傳播時(shí)，間隙越小，越能降低傳播到外部的能量，當(dāng)間隙足夠小，內(nèi)部的火焰將無(wú)法通過(guò)接合部位引起外部環(huán)境的點(diǎn)燃。另外，火焰通道的長(zhǎng)度越大，對(duì)火焰能量的降低效果越好。在防爆標(biāo)準(zhǔn)中，這樣的火焰通道被稱(chēng)為隔爆接合面，根據(jù)大量的試驗(yàn)，得出了不同防爆等級(jí)的隔爆接合面寬度及其相應(yīng)間隙的安全值，當(dāng)接合面寬度大于這些小值、間隙小于大值，隔爆外殼是可以有效地防止內(nèi)部火焰?zhèn)鞑サ皆O(shè)備周?chē)h(huán)境中的。

隔爆接合面的型式主要有平面型、圓筒型、止口型、螺紋型、粘結(jié)型。無(wú)論是哪種型式，都是內(nèi)部爆炸火焰向外傳播的通道，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮不利條件下的情況。

由于緊固方式多種多樣，平面接合面的寬度及距離的位置也有多種變化，常見(jiàn)的主要有外固定式、內(nèi)固定式、連通腔體固定。

圖1 螺栓從外側(cè)緊固

首先，我們來(lái)看圖1所示的常見(jiàn)的平蓋板通過(guò)螺栓從外側(cè)緊固在法蘭上的結(jié)構(gòu)。在這種緊固的方式中，螺孔可能是通孔或者不通孔，殼體可能在法蘭的外側(cè)，也可能在法蘭的內(nèi)側(cè)，雖然螺孔的形狀和殼體位置不相同，但是隔爆參數(shù)都是一樣的，很顯然，在這種情況下，火焰?zhèn)鞑サ耐ǖ烙袃蓚€(gè)：第一個(gè)的沿著整個(gè)平面接合面的間隙向外傳播；另一個(gè)是沿著平面接合面?zhèn)鞑サ骄o固螺栓處，從螺栓孔處向外傳播。因此，這種結(jié)構(gòu)需要控制的隔爆面參數(shù)包括：總的有效隔爆面接合寬度，孔內(nèi)側(cè)到法蘭邊緣的距離。當(dāng)螺孔是不通孔時(shí)，還應(yīng)注意GB/T 3836.2-2021中對(duì)螺栓頭部裕量的要求，防止螺栓在不帶墊圈擰入時(shí)無(wú)法擰緊。

圖2 螺栓從內(nèi)側(cè)固定

有些情況下，需要從內(nèi)側(cè)固定蓋板，例如在圖2所示的有些變頻器的散熱器結(jié)構(gòu)中，由于散熱器熱管外面套的散熱翅片較大，無(wú)法從外側(cè)擰螺栓，這時(shí)就需要先從內(nèi)側(cè)將散熱器基板固定在過(guò)渡法蘭上，再將過(guò)渡法蘭裝配到隔爆殼體上。這種結(jié)構(gòu)里，沿著整個(gè)平面的傳播通道依然存在，但是從基板和法蘭外側(cè)邊緣向螺栓處傳播時(shí)，通道兩側(cè)都是外殼內(nèi)部，不會(huì)發(fā)生傳爆，因此這一通道不需要按照隔爆接合面進(jìn)行設(shè)計(jì)，只要符合GB/T 3836.2-2021中隔爆外殼壁的剩余厚度的要求；但是如果火焰從螺栓孔處沿著平面向過(guò)渡法蘭的內(nèi)側(cè)傳播，可以到達(dá)殼體外部，會(huì)引起外部的爆炸，因此這一通道就需要符合隔爆接合面要求。通過(guò)簡(jiǎn)單的分析，這種結(jié)構(gòu)需要控制隔爆面參數(shù)包括：總的有效隔爆面接合寬度，孔邊緣向內(nèi)到過(guò)渡法蘭邊緣的距離。

圖3 螺栓連接兩段連通的殼體

在另外一些情況下，需要將如圖3所示兩段殼體用螺栓從內(nèi)側(cè)固定在一起，但是兩段殼體沒(méi)有被隔開(kāi)，例如多回路組合開(kāi)關(guān)，外殼很長(zhǎng)，為了加工方便，制造單位往往將其設(shè)計(jì)成多段，然后裝配成一個(gè)完整的外殼。在這種結(jié)構(gòu)中，火焰?zhèn)鞑サ穆窂脚c上面的情況有些區(qū)別，火焰從螺栓孔沿著平面往法蘭內(nèi)側(cè)傳播時(shí)，內(nèi)側(cè)仍然是隔爆外殼內(nèi)部，但是向法蘭外側(cè)傳播時(shí)會(huì)達(dá)到殼體外部，這一通道就需要符合隔爆接合面要求以保證火焰不會(huì)傳播到外部引起周?chē)h(huán)境的爆炸。因此，這種結(jié)構(gòu)需要控制的隔爆面參數(shù)是：總的有效隔爆面接合寬度，孔外側(cè)向外到法蘭邊緣的距離。

圖4 螺栓連接兩段被隔開(kāi)的殼體

當(dāng)這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一些變化時(shí)，如果需要用法蘭將如圖4所示兩個(gè)被隔開(kāi)的殼體連接時(shí)，就需要考慮不同的火焰通道了，例如隔爆型電機(jī)的接線盒與機(jī)座處的隔爆接合面，在這種結(jié)構(gòu)里，火焰能夠從法蘭內(nèi)側(cè)或者從螺栓孔處向法蘭外側(cè)邊緣沿著接合面?zhèn)鞑?，可能引起隔爆外殼外部環(huán)境的爆炸，同時(shí)，當(dāng)火焰從法蘭內(nèi)側(cè)傳播到螺栓孔處，就會(huì)引起另外一個(gè)腔體的爆炸，因此在這種情況下，整個(gè)結(jié)合面寬度、螺栓孔邊緣到法蘭外側(cè)邊緣的距離、螺栓孔邊緣到法蘭內(nèi)側(cè)邊緣的距離均需要符合隔爆接合面的要求。

圖5 法蘭中間無(wú)螺栓緊固

有時(shí)候，法蘭會(huì)比較狹長(zhǎng)，制造企業(yè)為了對(duì)其進(jìn)行加固，會(huì)在中間加一道加強(qiáng)法蘭，如圖5所示，如果這段法蘭上沒(méi)有緊固螺栓，也沒(méi)有將腔體隔成兩部分，那么這里就不需按隔爆接合面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖6 同一腔體的法蘭中間有螺栓緊固

但是有些情況下，由于接合面比較大，僅靠周邊的固定無(wú)法保證爆炸時(shí)蓋板強(qiáng)度，因此中間法蘭上會(huì)有緊固螺栓，如圖6所示，這時(shí)就需要考慮火焰通道了，由于法蘭兩側(cè)是同一個(gè)腔體，所以整個(gè)平面接合面不需要滿足隔爆接合面寬度，但是如果火焰從法蘭邊緣沿著接合面?zhèn)鞑サ骄o固螺栓孔邊緣時(shí)，或從螺栓孔傳播到殼體外部，因此這段接合面需要符合隔爆接合面的距離。

圖7 不同腔體之間的法蘭用螺栓緊固

另外一些情況下，兩個(gè)相鄰的腔體共用一塊蓋板，如圖7所示，例如在大功率的輸送機(jī)電機(jī)上，電機(jī)腔和接線腔在上方共用一塊蓋板。這種結(jié)構(gòu)里，除了法蘭邊緣到螺栓孔的距離需要符合隔爆接合面的距離外，火焰如果沿著整個(gè)接合面?zhèn)鞑ィ矔?huì)從一個(gè)腔傳播到另外一個(gè)腔，從而引起該腔的爆炸，因此法蘭的有效接合寬度需要滿足隔爆接合面的寬度要求。

為了顯示電氣設(shè)備的信息或者將光源的光傳播到外部，在外殼上還需要安裝透明件，除非昂貴的聚碳酸酯等材料可以進(jìn)行鉆孔或機(jī)加工以滿足隔爆面的固定及尺寸精度要求，大量使用的鋼化玻璃是無(wú)法保證尺寸精度的，只能采取其它手段滿足隔爆接合面的要求。目前礦用設(shè)備大多采用襯墊安裝的方式，便于更換，但由于接合面間隙較大，不能保證通過(guò)II類(lèi)設(shè)備的內(nèi)部點(diǎn)燃的不傳爆試驗(yàn)。II類(lèi)設(shè)備的透明件基本采用粘結(jié)接合面的方式，這種接合面中的粘結(jié)劑一般只保證密封效果，透明件需要靠機(jī)械結(jié)構(gòu)固定。目前也有特殊的熔融接合面，將玻璃融化后澆鑄在外殼或框架內(nèi)，玻璃和金屬部件之間幾乎沒(méi)有間隙，但這種工藝成本高，一般不采用。

電氣設(shè)備通常都有和其它設(shè)備的線路連接，以實(shí)現(xiàn)供電、控制、通訊等功能，防爆電氣設(shè)備是采用電纜以實(shí)現(xiàn)這些功能。然而由于電纜是采用有彈性的橡膠制成，無(wú)法像金屬或塑料那樣加工成外尺寸固定的圓柱形，并且電纜在安裝后的位置也應(yīng)當(dāng)有足夠的穩(wěn)定性，防止在使用過(guò)程中被拉扯而導(dǎo)致線路故障。基于電纜材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，一般都采用帶孔的圓柱形密封圈套在電纜外部的方式，將其與金屬墊圈一起安裝到聯(lián)通節(jié)內(nèi)，用各種方式的壓緊裝置軸向壓縮密封圈，使其徑向膨脹，由于密封圈外側(cè)聯(lián)通節(jié)的原因，密封圈只能向內(nèi)側(cè)膨脹，從而與電纜緊密結(jié)合，達(dá)到夾緊電纜的作用，這個(gè)結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為電纜引入裝置。對(duì)于隔爆外殼上使用的引入裝置，除了需要夾緊電纜，還應(yīng)當(dāng)防止內(nèi)部的火焰通過(guò)密封圈與電纜、密封圈與聯(lián)通節(jié)之間的間隙傳播到環(huán)境中，因此，還應(yīng)額外進(jìn)行密封試驗(yàn)，確認(rèn)其防止火焰?zhèn)鞑サ哪芰?。?duì)IIC類(lèi)設(shè)備，或者電纜過(guò)短的情況，還應(yīng)考慮火焰從電纜內(nèi)部傳播的風(fēng)險(xiǎn)，一般建議隔爆外殼外部的電纜長(zhǎng)度不宜小于1米。

隔爆外殼的小結(jié)

采用隔爆外殼保護(hù)的方式不需要對(duì)電氣部件進(jìn)行改造或降低其性能使用，對(duì)電氣設(shè)備的類(lèi)型也沒(méi)有限制，應(yīng)用方便，是使用多的防爆型式。但是由于外殼需要承受內(nèi)部爆炸壓力，結(jié)構(gòu)笨重，也會(huì)增加制造成本。