陳志明，王立軍，李世光，蔣漳河，劉柏清，徐偉巍

（1.廣州特種機電設(shè)備檢測研究院，廣州 510700；2.國家防爆設(shè)備質(zhì)量檢驗檢測中心（廣東），廣州 510760）

0 引言

封閉式斷路器和非點燃元件涉及的GB 3836.8-2014標(biāo)準在2021年10月11日發(fā)布新版標(biāo)準，將于2022年5月1日正式實施，與GB 3836.8-2014 版比較，新版標(biāo)準中封閉式斷路器歸為“dc”類設(shè)備，屬于GB∕T 3836.2-2021 標(biāo)準管理范圍，非點燃元件仍是屬于“nC”型，需符合GB∕T 3836.8-2021 的規(guī)定，本文主要從試驗準備、試驗條件和試驗結(jié)果判斷3 個方面闡述標(biāo)準做出此類調(diào)整的原因，有助于提高對封閉式斷路器和非點燃元件的理解，指導(dǎo)產(chǎn)品認證工作。

封閉式斷路器是裝有通、斷電觸頭，在進入其內(nèi)部的可燃性氣體或蒸汽爆炸時不會損壞，并且也不會將內(nèi)部爆炸傳播到外部的裝置。隱含的含義是這個觸頭有點燃可燃性氣體的能力。封閉式斷路器和隔爆型“d”的原則性區(qū)別在于，封閉式斷路器裝置對尺寸沒有限制，也沒有增加安全系數(shù)。本文中的尺寸沒有限制，并不是對產(chǎn)品的外形尺寸沒有限制，而是指對隔爆接合面尺寸沒有限制，比如接合面寬度、接合面間隙、粗糙度等。封閉式斷路器重點考核其內(nèi)部點燃的不傳爆性能，不傳爆試驗的次數(shù)一般要求由5 次增加到10 次。對封閉式斷路器，元件應(yīng)承受規(guī)定的型式試驗，試驗后，裝置或元件應(yīng)無可見的損壞痕跡，外部應(yīng)未出現(xiàn)點燃，且當(dāng)斷開開關(guān)觸點時沒有飛弧出現(xiàn)。

非點燃元件是接通或斷開具有規(guī)定點燃能力的電路的觸頭，但是接觸機構(gòu)的設(shè)計和結(jié)構(gòu)使其不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的元件。非點燃元件的外殼不用于阻止爆炸性氣體環(huán)境或承受爆炸。通常適用于特殊結(jié)構(gòu)的開關(guān)觸點的機械設(shè)計能夠熄滅電弧或火花，使它們不會成為點燃源。非點燃元件觸頭的布置熄滅了初始火焰，因此不會點燃外部的爆炸性環(huán)境。非點燃元件既不能點燃樣品內(nèi)部爆炸性氣體也不能點燃外部爆炸性氣體。

1 試驗程序

封閉式斷路器和非點燃元件試驗在GB 3836.8-2014[1]版中的試驗過程主要包括試驗樣品的準備、試驗條件和試驗結(jié)果判定。試驗流程如圖1所示[2]。根據(jù)最新的GB 3836.2-2021[3]和GB 3836.8-2021[4]標(biāo)準的要求，試驗程序有較大的差異，現(xiàn)分別從試驗樣品的準備、試驗條件和試驗結(jié)果判定3個方面分別闡述。

圖1 封閉式斷路器和非點燃元件爆炸試驗及結(jié)果判定程序

在GB 3836.14-2014 版第22.4 條，規(guī)定了封閉式斷路器和非點燃元件的試驗方案，主要包括試驗前的預(yù)處理（溫度試驗、耐熱耐寒試驗、操作疲勞試驗等），試驗配氣，連接最大負載，爆炸氣體與觸頭接觸，觸頭通斷試驗，爆炸性氣體點燃性驗證和試驗結(jié)果判斷。

2 試驗準備

封閉式斷路器的外殼如果用于設(shè)備外部，則應(yīng)進行GB 3836.1規(guī)定的外殼機械試驗。封閉式斷路器默認其觸點有點燃內(nèi)部可燃氣體的能力，在正式試驗之前，外殼應(yīng)鉆孔，使氣體進入腔體內(nèi)部接觸觸頭，檢驗其開關(guān)觸頭在最大外部負載情況下，是否有點燃爆炸性氣體的能力。如果無點燃爆炸性氣體的能力，則下一步試驗方案需作出必要的調(diào)整。

對于非點燃元件，應(yīng)在額定電氣負載條件下進行預(yù)處理。元件布置應(yīng)確保試驗氣體能接觸元件觸頭，并且能檢測到產(chǎn)生的爆炸。如果在外殼上鉆孔，至少鉆兩個孔，以確保從殼體內(nèi)部到外部的點火傳播。氣體應(yīng)流過元件觸頭，為此可將管子與其中一個孔相連。如有必要，可將爆炸探測裝置（如壓力傳感器）連接到元件上以探測是否點燃，如果非點燃元件的體積較小也可用熱電偶探測其是否爆炸。GB 3836.8-2014 版標(biāo)準規(guī)定只能用壓力探測器探測引燃情況有較大的局限性[5]，爆炸產(chǎn)生的信息很多，可以探測溫升、爆炸光，也可以探測爆炸產(chǎn)生的壓力上升等?；蛘邔⒃囼炄萜鲀?nèi)抽真空保持至少100 s后，用規(guī)定的氣體混合物充滿試驗容器，在接通要求的電氣負載之前保持濃度至少100 s。這里增加了時間要求，是為了讓可燃氣充分進入元件內(nèi)部，接觸觸頭。將爆炸探測裝置（如壓力傳感器）連接到元件上，以探測是否點燃。某樣品的具體試驗方案如圖2所示。

圖2 封閉式斷路裝置和非點燃元件爆炸試驗方案

3 試驗條件

裝置或元件應(yīng)按結(jié)構(gòu)圖紙允許的最不利尺寸布置，并用設(shè)備類別所要求的爆炸性混合物將設(shè)備或元件周圍充滿，要求的爆炸性混合物如表1所示。

表1 封閉式斷路器和非點燃元件試驗氣體配置

在GB 3836.8-2014 中，封閉式斷路器和非點燃元件在試驗的時候配置的氣體都是按照表1第3列的氣體組別配置，新版標(biāo)準做出此類變更的原因主要有兩條，一是與隔爆標(biāo)準中配置氣體保持統(tǒng)一[6]，二是不增加安全系數(shù)。在封閉式斷路器的定義中，封閉式斷路器和隔爆型設(shè)備的主要區(qū)別之一是沒有增加安全系數(shù)，但是如果采用表1第3列的氣體組別（非點燃元件組）配置則增加了安全系數(shù)。查詢標(biāo)準GB∕T 3836.11-2017[7]《爆炸性環(huán)境第11 部分：氣體和蒸氣物質(zhì)特性分類試驗方法和數(shù)據(jù)》可知常見物質(zhì)根據(jù)最大試驗安全間隙進行分類如表2所示。

表2 常見物質(zhì)根據(jù)最大試驗安全間隙進行分類

結(jié)合表1和表2的數(shù)據(jù)，選擇各類別氣體的代表性氣體和試驗氣體的最大試驗安全間隙，如表3所示。安全系數(shù)等于代表性氣體MESG 值除以試驗氣體MESG 值，各組類別的試驗氣體已經(jīng)有1.5倍左右的安全系數(shù)，如果還是選用表1第3列的氣體（非點燃元件組）配置，則增加了安全系數(shù)[8]，與標(biāo)準規(guī)定不一致。表1第3 列的氣體配置從最大試驗安全間隙角度來看都屬于更高級別的代表性氣體。

表3 封閉式斷路器試驗常用氣體濃度及安全系數(shù)

查詢標(biāo)準GB∕T 3836.11-2017《爆炸性環(huán)境第11 部分：氣體和蒸氣物質(zhì)特性分類試驗方法和數(shù)據(jù)》可知，常見物質(zhì)根據(jù)最小點燃電流比進行分類如表4所示。

表4 常見物質(zhì)根據(jù)最小點燃電流比進行分類

依據(jù)表1和表4的數(shù)據(jù)，選擇各類別氣體的代表性氣體和試驗氣體的小點燃電流比，如表5所示。安全系數(shù)等于代表性氣體MICR 值除以試驗氣體MICR 值，各組類別的試驗氣體已經(jīng)有1.5倍以上的安全系數(shù)，滿足試驗安全裕度的要求，所以標(biāo)準換版時未改變。非點燃元件考核的是其點燃可燃性氣體的能力，通過機械結(jié)構(gòu)限制初始火花，即允許有火花，限制了火花的持續(xù)時間，相當(dāng)于限制了電花火的能量。標(biāo)準GB∕T 3836.32-2021《爆炸性環(huán)境第32部分：電子控制火花時限本質(zhì)安全系統(tǒng)》是通過電子控制火花的持續(xù)時間，非點燃元件是通過機械結(jié)構(gòu)。

表5 非點燃元件試驗常用氣體濃度及安全系數(shù)

4 試驗結(jié)果判斷

對封閉式斷路器，應(yīng)在連接至最大額定電源功率能量和最大負載時（根據(jù)電壓、電流、頻率和功率因數(shù)），用封閉觸頭的動作點燃裝置內(nèi)的爆炸性混合物。接通和分斷試驗應(yīng)進行10次，每次試驗均應(yīng)使用新鮮的爆炸性混合物，裝置周圍的爆炸性混合物不應(yīng)被點燃，且當(dāng)斷開開關(guān)觸頭“后”沒有飛弧出現(xiàn)。標(biāo)準翻譯為斷開開關(guān)觸頭“時”沒有飛弧出現(xiàn)容易產(chǎn)生誤解，因為試驗正是用斷開開關(guān)觸頭時的火花點燃爆炸性氣體，所考核的是觸頭斷開后爬電距離和電氣間隙是否符合要求，否則容易拉弧。標(biāo)準GB 3836.8-2014 第17.1 條同時對封閉式斷路器和非點燃元件提出斷開開關(guān)觸頭時沒有飛弧出現(xiàn)的要求是不合理的，這僅僅是封閉式斷路器應(yīng)當(dāng)符合的要求[9-10]，在2021 版標(biāo)準換版時做出了更正。如何判斷有無拉弧出現(xiàn)可通過示波器查看，留下證據(jù)作為原始記錄的一部分，圖3（a）所示為接通有拉弧，圖3（b）所示為斷開無拉弧。

圖3 接通和斷開觸頭是否有拉弧

非點燃元件應(yīng)在規(guī)定的電氣負載下不少于10 s 的間隔最少動作50 次，在每組10 次操作后更新氣體混合物。元件內(nèi)或元件周圍的爆炸性混合物不應(yīng)被點燃?！耙?guī)定的電氣負載”指使用元件的電路或被驗證的電路在正常運行條件下的電壓、電流、電感或電容、沖擊電流或過載條件。這里增加了時間要求，因為不管是感性負載還是容性負載，它的時間常數(shù)都是確定的，需要足夠的時間讓其充足儲能。新標(biāo)準修改試驗配氣次數(shù)，由原來的1個樣品3 次配氣，分別通斷50 次，改為5 次配氣，分別通斷10次，試驗結(jié)果的有效性增強。因為在保證每次通斷時間間隔大于時間常數(shù)的情況下，元件環(huán)路儲能充足，又增加了的配氣次數(shù)，同時從點燃源和可燃性物質(zhì)兩個方面增強了試驗的置信水平[11-13]。隨著觸頭通斷的次數(shù)增多，樣品內(nèi)的可燃性氣體逐漸消耗，后期的通斷可能毫無意義。另外GB 3836.8-2014 版標(biāo)準只限定不點燃元件周圍爆炸性混合物，應(yīng)理解為非點燃元件不能引燃內(nèi)部爆炸性混合物，爆炸不會傳導(dǎo)至外部爆炸性混合物，根據(jù)定義，非點燃元件的外殼不用于阻止爆炸性氣體環(huán)境或承受爆炸。

5 結(jié)束語

封閉式斷路器和非點燃元件從同屬一個標(biāo)準到由不同的標(biāo)準分別管理，其中的原因本文通過從試驗準備、試驗條件和試驗結(jié)果判斷3 個方面分別闡述，得出以下結(jié)論。

（1）在試驗準備階段，封閉式斷路器應(yīng)檢驗觸頭點燃可燃氣體的能力，非點燃元件的引燃情況探測可以采用非壓力探測法。

（2）試驗條件方面，封閉式斷路器的試驗氣體組合增加了安全系數(shù)，2014 版標(biāo)準試驗條件過于嚴苛，而非點燃元件的安全系數(shù)沒有增加。

（3）試驗結(jié)果判斷方面，封閉式斷路器允許內(nèi)部爆炸，不允許外部爆炸，非點燃元件同時不允許內(nèi)外部爆炸，斷開開關(guān)觸頭后沒有飛弧出現(xiàn)是對封閉式斷路器的要求，不是對非點燃元件的要求，另外通過修改非點燃元件試驗程序，試驗結(jié)果的有效性得到了增強。