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充砂型電氣設(shè)備防爆原理

充砂型電氣設(shè)備的標(biāo)志為“q”。

充砂型電氣設(shè)備的防爆原理是：在電氣設(shè)備的外殼內(nèi)充填石英砂粒，將設(shè)備的導(dǎo)電部件或帶電部分埋在石英砂防爆填料層之下，使之在規(guī)定的條件下，在殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧、傳播的火焰、外殼壁或石英砂材料表面的溫度都不能點(diǎn)燃周圍爆炸性混合物。充砂型電氣設(shè)備用于在使用時(shí)活動(dòng)零件不直接與填料接觸的、額定電壓不超過(guò)6kV的電氣設(shè)備。

充砂型電氣設(shè)備防爆措施及技術(shù)要求

為保持電氣設(shè)備良好的防爆性能，充砂型電氣設(shè)備的外殼必須用金屬材料制成，也可以采用不燃性或難燃性材料，但不能用性能不同的其他材料代替。為承受各種施加在外殼上的沖擊力和機(jī)械力，外殼應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，并留有一定的安全系數(shù)，并且不滲水和漏水。

外殼的防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP54。在外殼上配置的電纜引入裝置，其防護(hù)等級(jí)應(yīng)與外殼防護(hù)等級(jí)相同，并能承受規(guī)定的電弧電流Ia所產(chǎn)生的應(yīng)力而不損壞。電弧電流Ia是指在充砂型電氣設(shè)備的填充層內(nèi)，由短路引起的持續(xù)電孤電流的平均有效值。而短路電流Ice是指充砂型電氣設(shè)備在供電網(wǎng)路的連接處，在完全短路的情況下流過(guò)電流的計(jì)算值。對(duì)于電壓不超過(guò)6kV的設(shè)備，短路電流Ice和實(shí)際產(chǎn)生的電孤電流可根據(jù)下式計(jì)算：

殼內(nèi)的防爆填充劑為不含金屬微粒的干燥石英砂，顆粒大小為0.25~16mm，絕大多數(shù)顆粒為0. 5~1.25mm。石英含量不低于96%，含水量不超過(guò)石英砂總重量的1%。為了使填充劑保持良好的防爆性能，作為填充劑的石英砂應(yīng)經(jīng)過(guò)憎水處理，憎水處理覆蓋層的耐熱性要和埋在填充劑中的電氣設(shè)備的溫度一致。充填石英砂保護(hù)層時(shí)要盡量使外殼內(nèi)的所有空隙填滿。為此，在充填砂粒時(shí)應(yīng)使用振動(dòng)器，使砂粒在頻率為25~50Hz,和振幅為1.0±0.2mm、振動(dòng)時(shí)間不小于5min的振動(dòng)條件下充實(shí)，并達(dá)到一定的密實(shí)度和高度。當(dāng)填料高度剛能阻止規(guī)定的電流和持續(xù)時(shí)間的電弧點(diǎn)燃外部爆炸性混合物時(shí)，稱這個(gè)填料高度為充砂型電氣設(shè)備的填料保護(hù)層的最小安全高度，即殼內(nèi)電氣設(shè)備的帶電部件到填料表面或外殼壁最短距離，用H0表示。最小安全高度H0要通過(guò)引爆試驗(yàn)確定。但當(dāng)電壓不超過(guò)1500時(shí)，不得小于30mm；電壓超過(guò)1500V時(shí)，不得小于50mm。

為了縮小填充層的最小安全高度，減少設(shè)備的體積，減輕重量，可在填料中放入不銹鋼或其他耐腐蝕的且全部面板開(kāi)孔的金屬板作為隔離用的格網(wǎng)。板上所開(kāi)孔的直徑為8~10mm，各孔中心的距離為50~70mm。當(dāng)電氣設(shè)備的容積小于25L時(shí)，格網(wǎng)的最小孔可放寬到5mm，各孔的最小中心距離可放寬到25mm。格網(wǎng)的厚度應(yīng)能在靜態(tài)負(fù)荷P的作用下，保證其變形不大于1.2mm或采用加強(qiáng)筋加強(qiáng)，加強(qiáng)筋應(yīng)位于儲(chǔ)備層一邊。靜態(tài)負(fù)荷P由下式計(jì)算：

P=0.25Ia

式中 Ia——電弧電流，A；

P——格網(wǎng)靜態(tài)負(fù)荷，N。

格網(wǎng)要固定在外殼內(nèi)，與外殼做良好的導(dǎo)電連接。固定格網(wǎng)的緊固件應(yīng)能承受格網(wǎng)靜態(tài)負(fù)荷P的作用。當(dāng)填充層加入格網(wǎng)后，保護(hù)層高度是指外殼內(nèi)電氣設(shè)備的帶電部件與格網(wǎng)之間的最短距離，用hea表示，計(jì)算公式如下：

式中 Ia——電弧電流，A；

t——電弧持續(xù)時(shí)間（或短路持續(xù)時(shí)間），它是指電氣設(shè)備的保護(hù)開(kāi)關(guān)從開(kāi)始脫扣到電流完全消失為止的整個(gè)斷開(kāi)時(shí)間，s；

hea——保護(hù)層高度，cm。

而格網(wǎng)至外殼壁的充填層稱為儲(chǔ)備層，是用來(lái)彌補(bǔ)保護(hù)層中偶然出現(xiàn)的空洞。從格網(wǎng)到外殼壁的最短距離稱為儲(chǔ)備層高度，用“ d ”表示。儲(chǔ)備層高度d應(yīng)不小于0.2倍的保護(hù)層高度hea，并應(yīng)不小于10mm。此時(shí)，最小安全高度h0為保護(hù)層高度hea和儲(chǔ)備層高度d之和，即：h0=hea+d。

充砂型電氣設(shè)備由于使用位置的不同，對(duì)殼內(nèi)格網(wǎng)的要求也不同。只有一種使用位置的充砂型電氣設(shè)備格網(wǎng)要置于電氣設(shè)備的上部，殼內(nèi)電氣設(shè)備上部填料覆蓋的厚度不低于最小安全高度h0。任意使用位置的電氣設(shè)備，格網(wǎng)要完全包圍安裝在外殼內(nèi)的電氣設(shè)備。任何方向的填料覆蓋厚度不小于最小安全高度h0。為了能使運(yùn)行中的電氣設(shè)備的充填自由面上部出現(xiàn)的空隙最小，并且一旦有空隙能及時(shí)觀察和補(bǔ)充填料，要在設(shè)備外殼上安裝一個(gè)或幾個(gè)觀察窗，觀察窗結(jié)構(gòu)要牢固，采用與外殼相同的材料制成。觀察窗上的透明件要采用玻璃或其他抗機(jī)械沖擊、熱沖擊、透明良好的材料制成。

為保證設(shè)備的安全運(yùn)行，充砂型電氣設(shè)備的各帶電零件間的距離應(yīng)符合下表的規(guī)定。

表中，A組數(shù)值是指裸露帶電零件之間、裸露帶電零件與內(nèi)部接地導(dǎo)電部位之間、絕緣繞組與外殼之間的最小距離；B組數(shù)值是指裸露帶電零件與外殼壁之間的最小距離。若電氣設(shè)備的額定電壓不超過(guò)500V，并制成不可拆卸的封閉結(jié)構(gòu)，其外殼防護(hù)等級(jí)不低于IP65，對(duì)裸露帶電零件之間的最小距離可放寬到4mm，裸露帶電零件與外殼壁之間的最小距離可放寬到5mm。

充砂型電氣設(shè)備殼內(nèi)的繞組要有足夠的絕緣強(qiáng)度（不考慮填料的附加絕緣作用），所用的絕緣材料要符合相應(yīng)的絕緣材料耐熱等級(jí)的規(guī)定。埋入填充層中的帶電零件或帶電零件與外殼壁之間不能裝有任何由有機(jī)材料制成的零件，以防止電孤引起的高溫?fù)p壞設(shè)備零件。

充砂型“q”箱體防護(hù)等級(jí)的要求

由充砂型“q”保護(hù)的電氣設(shè)備、電氣設(shè)備部件或Ex元件的箱體，在其正常運(yùn)行條件下，即在正常使用中所有開(kāi)口都閉合的情況下，至少應(yīng)符合GB/T 4208規(guī)定的IP54防護(hù)等級(jí)的要求。如果防護(hù)等級(jí)為IP55或更高，且箱體不是氣密型，則箱體應(yīng)配置呼吸裝置。采用呼吸裝置的箱體至少應(yīng)符合GB/T 4208規(guī)定的IP54防護(hù)等級(jí)的要求（例如：裝有電池或蓄電池的箱體），應(yīng)在未裝填料的空箱體上進(jìn)行防護(hù)試驗(yàn)。防水試驗(yàn)結(jié)束時(shí)箱體內(nèi)不應(yīng)有可見(jiàn)的水。

注1：進(jìn)行防護(hù)試驗(yàn)時(shí)，為了判定箱體內(nèi)是否有粉塵或水進(jìn)入，可能需要破壞箱體，因此需要準(zhǔn)備兩個(gè)試驗(yàn)樣品，分別進(jìn)行防塵、防水試驗(yàn)；

注2：當(dāng)箱體也是外殼時(shí)，GB/T 3836.1對(duì)外殼的試驗(yàn)要求適用；

注3：對(duì)于由充砂型“q”保護(hù)的電氣設(shè)備、電氣設(shè)備部件或Ex元件中裝有電池或蓄電池的箱體，應(yīng)安裝呼吸裝置，當(dāng)電池或蓄電池的容量不大于1.5Ah或者正常運(yùn)行條件下不釋放氣體，并且符合GB/T 3836.3中對(duì)容量25Ah以下的原電池和蓄電池的要求時(shí)，可不安裝呼吸裝置。

對(duì)于由充砂型“q”保護(hù)的箱體或電氣設(shè)備部件，如果僅在潔凈、干燥的房間內(nèi)使用，防護(hù)等級(jí)可降至IP43。對(duì)于這種設(shè)備，應(yīng)按照GB/T 3836.1的要求，在防爆合格證編號(hào)后加符號(hào)“X”，并且防爆合格證規(guī)定的特殊使用條件中應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明使用限制條件。

當(dāng)由充砂型“q”保護(hù)的Ex元件安裝在符合GB/T 3836.1規(guī)定的其他防爆型式的外殼內(nèi)時(shí)，外部外殼的防護(hù)等級(jí)至少應(yīng)為IP54。如果Ex元件的安裝位置使其不可能受任何少量可能進(jìn)入外殼的水影響，則不需要規(guī)定內(nèi)部箱體的防護(hù)等級(jí)。

注4 ：對(duì)于安裝在符合GB/T 3836.1要求的另一外殼內(nèi)的Ex元件，由于外殼提供了沖擊和跌落保護(hù)，GB/T 3836.1規(guī)定的外殼沖擊試驗(yàn)和跌落試驗(yàn)一般不再適用。

對(duì)于由充砂型“q”保護(hù)的箱體，其最大間隙至少應(yīng)比規(guī)定的填充材料最小尺寸小0.1mm。這里的填充材料應(yīng)為石英或固體玻璃顆粒，應(yīng)按照ISO 2591-1的程序確定為干燥材料，顆粒大小應(yīng)在規(guī)定的篩子規(guī)格范圍內(nèi)：

a.GB/T 6003.1或GB/T 6003.2公稱孔徑為1mm的篩網(wǎng)；

b.GB/T 6003.1公稱孔徑為500um的篩網(wǎng)。

注5：對(duì)間隙尺寸的限制目的是為了防止填料泄漏；

注6：制造商的文件應(yīng)提供顆粒材料的技術(shù)要求、顆粒尺寸范圍、填充方法以及保證正確填充的措施。