防爆电气设备中有机绝缘材料的热分解产生的可燃性气体分析

除了工业生产过程中释放出来的可燃性气体和易燃性液体的蒸气外，在电气设备内使用的有机绝缘材料因放电火花或电弧作用分解出来的可燃性气体，同样具有极大的危险性。

在工矿企业中，有时候，在电气设备的外壳内发生一些与周围环境大气无关的可燃性气体爆炸现象。人们分析了这些爆炸，认为这是由于电气设备内使用的有机绝缘材料在设备故障状态下发生热分解从而析出了可燃性气体所造成的。

在电气设备中，塑料材料和其他的聚合材料获得了广泛的应用，既可以作为设备非导电部件的结构材料，又可以作为设备导电部件的绝缘材料。在电气设备的长期运行过程中，空气的高湿度，矿井水的浸蚀，温度的变化以及导电性尘埃的渗入，渐渐地造成绝缘材料的绝缘性能下降，继而发生电气击穿。大功率的电气放电，例如，弧光短路引起的大功率放电，都是有机绝缘材料发生热分解的直接原因。

在国际上，有关的实验室进行了大量试验。例如，人们测试了1g树脂热分解时产生的气体成分和数量，如表1.4所示。

表1.4 1g树脂热分解时产生的气体成分和数量

（续）

①引自GB 20936.1—2007《可燃性气体探测用电气设备 第1部分 通用要求和试验方法》（1，3-丁二烯除外）。

②使用式（1.1）和式（1.2）计算的混合型可燃性气体-空气混合物的爆炸极限。

从表1.4可以看出，在某些情况下，热分解气体是十分危险的。

【例1.2】 假若在容积为10L的外壳内，因为电弧的灼烧，热分解出聚酰胺树脂5g。现确定外壳内是否形成了爆炸性气体环境。

首先，计算此时外壳内混合型可燃性气体的爆炸极限。

从表1.4可知，每热分解1g聚酰胺树脂可以产生288.9cm³气体。除去二氧化碳的52cm³后，混合型可燃性气体的体积为236.9cm³。因而，这种混合型可燃性气体中各成分的浓度分别为：一氧化碳c₁=42.2%，氢气c₂=34.0%，甲烷c₃=23.8%。将这些数据代入式（1.1）和式（1.2）中计算便可得到这种混合型可燃性气体的爆炸极限，即(www.xing528.com)

LEL=[100/（42.2%/10.9%+34.0%/4.0%+23.8%/4.4%）]%≈5.6%

UEL=[100/（42.2%/74.0%+34.0%/77.0%+23.8%/17.0%）]%≈42.6%

接着，计算外壳内混合型可燃性气体的浓度。

热分解5g聚酰胺树脂可得到236.9cm³×5=1184.5cm³的混合型可燃性气体。于是，10L外壳内混合型可燃性气体的浓度为

c=1184.5/10000≈11.8%

计算结果表明，在这种情况下，外壳内形成了爆炸性气体环境。

人们对防爆电气设备中常用的十多种有机绝缘材料进行了热分解分析，得到了表1.5中所示可燃性气体的成分和含量。

表1.5 常用有机绝缘材料（20g）在温度为500℃发生热分解时所产生的气体

（续）

①引用文献中漆的牌号不详，以漆1、漆2、漆3、漆4和漆5代之。

从上述的分析可知，在防爆电气设备中有机绝缘材料热分解时产生的可燃性气体，是一种混合型可燃性气体，同样是十分危险的，无论是研究人员还是设计人员都应该给以足够的关注。