(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯 154005)

礦用隔爆型真空饋電開關(guān)參考壓力試驗(yàn)點(diǎn)火位置分析

應(yīng)一

(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯 154005)

介紹了礦用隔爆型真空饋電開關(guān)的防爆結(jié)構(gòu)，根據(jù)GB 3836.2—2010里外殼耐壓試驗(yàn)中的參考壓力試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。并針對點(diǎn)火位置對主腔爆炸壓力的影響作出詳細(xì)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(guān)；參考壓力試驗(yàn)；爆炸壓力

0 引言

近年來，煤礦事業(yè)在各地不斷持續(xù)發(fā)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(guān)是煤礦企業(yè)常用的產(chǎn)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(tǒng)中作為總開關(guān)或分支開關(guān)，用于分配電能和保護(hù)線路及電源設(shè)備的欠壓、過載、短路和漏電，也可對大容量電動機(jī)不頻繁起動進(jìn)行控制，并對電動機(jī)出現(xiàn)的過載、短路、欠電壓和漏電起保護(hù)作用。

1 防爆結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

礦用隔爆型真空饋電開關(guān)主要由隔爆外殼、真空斷路器、隔離開關(guān)及控制單元等組成。真空斷路器裝于主腔內(nèi)，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(cè)設(shè)有操作隔離開關(guān)的手柄，門蓋與隔離開關(guān)之間設(shè)有可靠的機(jī)械聯(lián)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?jǐn)嗍直苍O(shè)在主腔右側(cè)。門蓋上設(shè)有電源、工作、絕緣、漏電顯示裝置及其觀察窗，門蓋上還設(shè)有試驗(yàn)開關(guān)，供饋電開關(guān)進(jìn)行過載、短路、漏電模擬試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)外形如圖1所示。

圖1結(jié)構(gòu)外形圖

2 參考壓力試驗(yàn)及重要性

在隔爆外殼的耐爆性能試驗(yàn)分為：參考壓力測定和外殼過壓試驗(yàn)。參考壓力的試驗(yàn)?zāi)康氖菧y定隔爆型電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)狀態(tài)下外殼內(nèi)爆炸時可能出現(xiàn)的最大爆炸壓力，其作用是在外殼過壓試驗(yàn)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(yàn)中的最大爆炸壓力值的大小直接關(guān)系到外殼的耐爆性能。

在進(jìn)行參考壓力試驗(yàn)時，試樣品應(yīng)該具有符合制造商提供的已被防爆電器產(chǎn)品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)審查合格的圖紙和技術(shù)文件，所有用于密封的襯墊都必須按照規(guī)定安裝完畢。隔爆外殼內(nèi)安裝的電器元器件允許用代替物予以替代。

試驗(yàn)人員應(yīng)該根據(jù)外殼的形狀和結(jié)構(gòu)，在外殼內(nèi)安裝點(diǎn)火塞和測壓傳感器，并在多個位置上反復(fù)試驗(yàn)，以便測到外殼內(nèi)可能產(chǎn)生的最高爆炸壓力(被稱為參考壓力)。

試驗(yàn)時使用的爆炸性氣體混合物(濃度為體積比)和試驗(yàn)次數(shù)如下

對于 I 類設(shè)備，甲烷，(9.8±0,5)%，試驗(yàn)3次；

對于 II A 級設(shè)備，丙烷，(4.6±0.3)%，試驗(yàn)3次；

對于 II B 級設(shè)備，乙烯，(8±0.5)%，試驗(yàn)3次；

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

試驗(yàn)人員將上述試驗(yàn)氣體混合物通入被試設(shè)備中，分別用不同位置的火花塞點(diǎn)燃引爆。為了得到平滑的壓力曲線，試驗(yàn)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(diǎn))，將可能出現(xiàn)的高次諧波濾除。

礦用隔爆型真空饋電開關(guān)屬于煤礦井下用產(chǎn)品，進(jìn)行I類設(shè)備的相關(guān)試驗(yàn)。礦用隔爆型真空饋電開關(guān)常見材質(zhì)主要是鋼板，內(nèi)部會有加強(qiáng)筋保證強(qiáng)度，但是由于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成內(nèi)部空腔會比較大，產(chǎn)生的爆炸波對殼體和門蓋形成很強(qiáng)的壓力，對產(chǎn)品的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)有很大考驗(yàn)，所以在進(jìn)行參考壓力試驗(yàn)時找到最大爆炸壓力至關(guān)重要。

3 點(diǎn)火位置不同對壓力的影響

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

目前，試驗(yàn)室在進(jìn)行參考壓力試驗(yàn)時需要以下螺紋孔：1個進(jìn)氣管安裝孔、1個出氣管安裝孔、1個點(diǎn)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(diǎn)火裝置安裝孔和壓力傳感器安裝孔的位置安排對試驗(yàn)壓力是有很大影響?？紤]到礦用隔爆型真空饋電開關(guān)的結(jié)構(gòu)，鉆安裝孔的位置分為下面幾種方式。

3.1 點(diǎn)火裝置和壓力傳感器在一側(cè)

根據(jù)礦用隔爆型真空饋電開關(guān)的殼體結(jié)構(gòu)，這種情況又分為在門蓋、殼體后側(cè)、殼體兩側(cè)和殼體上下側(cè)六種。至于在主腔兩側(cè)和上下位置。

3.1.1 點(diǎn)火塞和壓力傳感器在殼體后側(cè)

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

圖2爆炸波傳播軌跡圖

爆炸波在a點(diǎn)呈球形向外擴(kuò)散，首先監(jiān)測到的壓力是由爆炸波向門蓋反彈后產(chǎn)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(chǎn)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(cè)，而傳感器在殼體后側(cè)，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(cè)因鋼板彈性變形而產(chǎn)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(nèi)部的最高參考壓力。經(jīng)過參考壓力點(diǎn)火試驗(yàn)驗(yàn)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(diǎn)火塞和壓力傳感器在殼體前側(cè)

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

圖4爆炸波傳播軌跡

爆炸波在a點(diǎn)呈球形向外擴(kuò)散，此時的爆炸波會先向殼體后側(cè)施壓，但由于門蓋和殼體間存在爆炸間隙，在爆炸發(fā)生初期燃燒內(nèi)部空氣后，壓力傳感器首先會檢測到一個由門蓋向殼體內(nèi)部產(chǎn)生的負(fù)壓b。當(dāng)爆炸波經(jīng)過殼體后側(cè)反射回的壓力到達(dá)壓力傳感器時則變?yōu)橄蛲獠康恼龎篶。最終的壓力曲線是由壓力b和壓力c一起構(gòu)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(nèi)部的最高參考壓力。經(jīng)過參考壓力點(diǎn)火試驗(yàn)驗(yàn)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(diǎn)火試驗(yàn)后爆炸壓力曲線

3.2 點(diǎn)火裝置和壓力傳感器在相對的兩側(cè)

3.2.1 點(diǎn)火在門蓋，壓力傳感器在殼體后側(cè)

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

圖6點(diǎn)火位置與壓力傳感在同一產(chǎn)面爆炸傳播軌跡

爆炸波在a點(diǎn)呈球形向外擴(kuò)散，首先監(jiān)測到的壓力是由爆炸波向殼體后側(cè)產(chǎn)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(chǎn)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(cè)和后側(cè)，而傳感器在殼體后側(cè)，可以最先檢測到由a點(diǎn)的爆炸波在三個面反彈回來的壓力，但是由于點(diǎn)火塞在門蓋上點(diǎn)火時，門蓋上的隔爆間隙會卸掉少部分爆炸壓力，進(jìn)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(nèi)部的最高壓力。經(jīng)過參考壓力點(diǎn)火試驗(yàn)驗(yàn)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(diǎn)火試驗(yàn)后爆炸壓力曲線

3.2.2 點(diǎn)火在殼體后側(cè)，壓力傳感器在門蓋時

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

圖8點(diǎn)火位置與壓力傳感在同一產(chǎn)面爆炸傳播軌跡

爆炸波在a點(diǎn)呈球形向外擴(kuò)散，首先監(jiān)測到的壓力是由爆炸波向門蓋產(chǎn)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(chǎn)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(cè)，由于點(diǎn)火塞在殼體后側(cè)，點(diǎn)火時產(chǎn)生的爆炸波在殼體后部密閉的環(huán)境下，會保證此時爆炸能量最高，而形成的第一壓力b則應(yīng)該是殼體內(nèi)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(jīng)過參考壓力點(diǎn)火試驗(yàn)驗(yàn)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(diǎn)火試驗(yàn)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(guān)內(nèi)部不安裝電器元件時的環(huán)境下，至于電器元件所占用的內(nèi)部空間可以用模擬件放入殼體內(nèi)部來進(jìn)行。考慮到礦用隔爆型真空饋電開關(guān)的結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)有接線斗的側(cè)面鉆安裝孔對試驗(yàn)進(jìn)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(jié)語

目前我國的礦用防爆電器產(chǎn)品已經(jīng)形成了一個較大的制造產(chǎn)業(yè)，整體技術(shù)水平取得了長足的進(jìn)步和發(fā)展，煤礦井下使用的各種防爆開關(guān)在技術(shù)水平和性能方面也有了顯著提高，促使了相關(guān)的防爆檢驗(yàn)工作也要更加嚴(yán)謹(jǐn)和高效。最后，經(jīng)過上面對參考壓力試驗(yàn)的介紹和分析，本文對礦用隔爆型真空饋電開關(guān)的參考壓力試驗(yàn)中選取最大爆炸壓力進(jìn)行了詳細(xì)分析，以幫助從業(yè)人員能更加準(zhǔn)確的進(jìn)行防爆檢驗(yàn)工作。

[1] GB 3836.1—2010 《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)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(huán)境 第2部分：由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)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(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[4] 張顯力.防爆電氣概論.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[5] 王盡余，潘妙瓊，鐘梅.防爆電器手冊.北京：化學(xué)工業(yè)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(yīng)一男1982年生；畢業(yè)于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，現(xiàn)從事防爆電機(jī)、電氣的檢驗(yàn)及研究工作.

2017-05-28