摘要：近年來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人們安全意識(shí)及要求的提高。本質(zhì)安全型礦燈的定義已被人們提出。本質(zhì)安全即為從產(chǎn)品自身來講，發(fā)生失效或故障時(shí)不可能引起其它相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品及周圍環(huán)境的失效、故障及事故。本文主要論述本質(zhì)安全型礦燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相關(guān)聯(lián)零組件的設(shè)計(jì)等。從設(shè)計(jì)到試驗(yàn)驗(yàn)證的角度分析本安安全型礦燈具備生產(chǎn)制造的要求，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可以市場(chǎng)推廣運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：本質(zhì)安全型；礦燈；防爆型式；故障；設(shè)計(jì)

隨著礦燈的發(fā)展和應(yīng)用的需要，本質(zhì)安全型礦燈的概念應(yīng)運(yùn)而生，逐步受到國(guó)家安監(jiān)總局、安標(biāo)國(guó)家中心等權(quán)威部門的廣泛關(guān)注和大力提倡，并明確寫入了煤礦安全規(guī)程要求高瓦斯及瓦斯突出礦井應(yīng)采用本安型礦燈。

從防爆安全角度出發(fā)，礦燈的防爆型式為“礦用特殊型”，相對(duì)于其他的防爆型式如“本質(zhì)安全型”、“隔爆型”等電氣設(shè)備，礦燈的安全性能都未能符合防爆要求。但由于礦燈使用的必要性，相關(guān)的安全檢測(cè)部門通過多方面的考慮和測(cè)試，才使“礦用特殊型”礦燈的發(fā)展和應(yīng)用到了今天。因此，當(dāng)?shù)V燈可以設(shè)計(jì)成“本質(zhì)安全型”礦燈時(shí) ，從管理、設(shè)計(jì)、制造、使用等多方面分析，將形成一種必然趨勢(shì)。

1 本安電池組件的設(shè)計(jì)

無論是鋰電池還是堿性電池，由于自身內(nèi)阻小的原因其直接短路電流都非常大（10A以上），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GB3836.1標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的單體電池的峰值開路電壓低于4.5V，功率小于33W可不進(jìn)行火花點(diǎn)燃試驗(yàn)的要求。如果不加限流保護(hù)，自身火花點(diǎn)燃能力肯定達(dá)不到本質(zhì)安全型的要求，因此，電池自身本安處理至關(guān)重要。

電池的本安處理就是在輸出電壓一定的條件下，通過可靠限流的措施把電池或電池組的輸出電流限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，并通過電子灌封膠把電池及限流元器件灌封后組成本安電池組件。限流元器件設(shè)計(jì)的原理大體可分以下三種方式。

（1） 在電池或是電池組外串聯(lián)功率滿足要求的可靠限流電阻進(jìn)行本安處理限流電阻。其中電阻功率應(yīng)滿足：W≥1.5I2R。

（2） 在電池或是電池組外串接兩級(jí)過流保護(hù)電路措施進(jìn)行本安處理，類似本安電源的處理方式。

（3） 在電池或是電池組外同時(shí)串接1個(gè)限流電阻和1個(gè)不可恢復(fù)式的保險(xiǎn)管的復(fù)合保護(hù)的本安處理。其中，電阻的功率應(yīng)滿足：W≥1.5×1.7I2R。

上述三種保護(hù)方式第一種保護(hù)方式是最安全可靠的，可應(yīng)用于Ma等級(jí)即具有很高的保護(hù)級(jí)別；但缺點(diǎn)是電阻自身的功率要求高，電阻體積大占用空間，有輸出壓降，電阻損耗功率大，對(duì)整機(jī)的工作時(shí)間有很大影響。因此，此種結(jié)構(gòu)幾乎不被采用。第二種保護(hù)方式，輸出壓降小，損耗功率低，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)輸出的電壓和電流，但半導(dǎo)體保護(hù)器件只能應(yīng)用于Mb等級(jí)。第三種保護(hù)方式現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛，亦可應(yīng)用于Ma等級(jí)，該方式可以避免電阻功率過大導(dǎo)致體積過大的問題，但同時(shí)不可避免也存在有輸出壓降和電阻損耗的弊端，影響工作時(shí)間。對(duì)蓄電池充電時(shí)間有一定影響，需要對(duì)充電系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

2 本安電路的設(shè)計(jì)

按照GB3836.4在線路板設(shè)計(jì)上應(yīng)滿足本安元器件選擇的要求以及電氣間隙和爬電距離的要求，并且在考慮故障的狀態(tài)下，其本安性能也應(yīng)達(dá)到要求。

（1） 從應(yīng)用范圍和安全的角度出發(fā)礦燈的本安設(shè)計(jì)應(yīng)按照Ma等級(jí)的要求進(jìn)行，以避免Mb等級(jí)使用場(chǎng)所受限的問題。通常情況下，采用雙重保護(hù)，復(fù)合保護(hù)的本安處理。

（2） 鋰電池的澆封處理應(yīng)考慮到硬殼包裝的泄壓?jiǎn)栴}，軟包裝鋰電池的膨脹問題，從安全考慮，在鋰電池澆封進(jìn)行前，鋰電池外部應(yīng)留出電池正常膨脹的物理空間。

（3） 澆封電池時(shí)應(yīng)注意排氣孔的預(yù)留，可實(shí)現(xiàn)電池過充電或是短路時(shí)釋放氣體壓力的排放。

3 排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

按MT 1162.1-2011《礦燈 第1部分：通用要求》要求蓄電池外殼防護(hù)等級(jí)不能低于IP54，蓄電池槽內(nèi)氣體壓力應(yīng)不大于30kPa。這一組數(shù)據(jù)的對(duì)立性給設(shè)計(jì)造成了較大的障礙。

（1）考慮單向排氣，可設(shè)置單獨(dú)的泄氣閥，或排氣栓等。這些方法對(duì)其原有結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，并且增大結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和使用的不方便性。

（2）薄弱點(diǎn)泄氣的方法如下圖，采用密封膠柔性，在密封口開一切口，其切口的寬度通過氣壓測(cè)試確定，當(dāng)內(nèi)壓達(dá)到規(guī)定值時(shí)，密封膠被壓縮后形成泄氣口。如受外部灰塵或?yàn)R水的影響，因?yàn)槠涿芊忾g隙在大于0.2mm，不可能引起密封膠圈的變形。

4 試驗(yàn)檢驗(yàn)要求及結(jié)果

本質(zhì)安全型礦燈除其基本產(chǎn)品性能符合要求外。其帶電電路與外殼之間絕緣電阻常態(tài)下應(yīng)不小于10ΜΩ。帶電電路與外殼之間常態(tài)和交變濕熱試驗(yàn)后能承受交流50Hz、500V、歷時(shí)1min的耐壓試驗(yàn)，無擊穿和閃絡(luò)現(xiàn)象，漏電電流不大于5mA。

通過相關(guān)的試驗(yàn)與檢驗(yàn)，產(chǎn)品基本性能與安全性能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，按此設(shè)計(jì)思路所開發(fā)的產(chǎn)品目前已通過國(guó)家權(quán)威部門的檢驗(yàn)，其產(chǎn)品已向市場(chǎng)推廣與運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

【1】中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB3836.1-2010《爆炸性環(huán)境 第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備》

【2】北京電光源研究所，北京照明學(xué)會(huì)著，電光源實(shí)用手冊(cè)，中國(guó)物資出版社，2005。

作者簡(jiǎn)介：靳盛，男，漢族，出生年月1976年10月，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)械及自動(dòng)化專業(yè)，工程師，工作單位：貴州黔聚源光電科技有限公司。1998年參加工作以來一直從事照明燈具的設(shè)計(jì)與制造，負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、品質(zhì)及生產(chǎn)管理相關(guān)工作。