防爆结构和安全措施的优化

1.填充材料

由前述可知，充砂型防爆型式是由填充材料来保证电气设备的防爆安全性能的，所以，选用合适的材料是至关重要的。

就目前而言，常常选用纯净的石英砂粒或石英玻璃颗粒作为这种填充材料；颗粒的粒度大小应该在0.5～1mm范围内。

为保证填充材料具有很好的电气绝缘性能，填充材料在填充之前应该进行电气强度试验。

在试验时，填充材料应该在温度为（23±2）℃、相对湿度为45%～55%的环境中存放24h。试验采用如图8.1所示的电极系统。被试材料将电极掩埋起来，材料覆盖电极的厚度在各个方向上都不小于10mm。然后，试验人员将1000V（误差为+5%）的直流电压施加在电极上。

假若试验中测得的填充材料的漏电电流不大于10^-6A，就可以认为这种材料符合要求。

图8.1 填充材料的介电强度试验

V—直流电压表 μA—微安表

2.外壳结构

充砂型电气设备的外壳被称为“充砂外壳”，应该具有一定的机械强度。通常情况下，充砂外壳是由薄钢板或塑料材料制成的，因此，必须承受机械冲击试验，而且在进行冲击试验时应该使用高危险级别的冲击能量（参见第2章）。此外，充砂外壳还应该承受外壳机械强度的耐压试验。

充砂型电气设备的防护等级至少为国家标准GB4208《外壳防护等级（IP代码）》中规定的IP54。当设备使用在清洁、干燥的房间内时，防护等级允许不低于IP43。假若防护等级为IP55或者更高一级，那么，这种设备还应该设置呼吸装置。在所配置的呼吸装置中还应该放置一些合适的干燥剂，以防止湿气通过呼吸装置进入填充材料中影响绝缘性能。

充砂型电气设备的所有连接部位的最大间隙，都应该至少比所用的填充材料的最小尺寸小0.1mm。这样的尺寸可以防止填充材料发生外漏。

充砂型电气设备的内装元器件可以是电子电路、传感器、熔断器、继电器、本质安全型设备、关联设备和电气开关等，但是，在这些元器件中所有电容的储能量不应该超过20J。原电池和蓄电池在没有采取合适的防护措施时不允许使用在充砂型电气设备内，因为电解液的泄漏会影响填充材料的绝缘性能。

3.填充间距

前面已经讲过，将带电零部件埋入填充材料内一定深度，是保证不发生外部点燃的一项重要的手段。填充间距指的就是这种“深度”，它是带电零部件与绝缘部件、带电零部件与外壳内表面之间通过填充材料的最短距离。这个最短距离应该符合表8.1中的规定值。

表8.1 填充材料内的最短距离①

①引自GB 3836.7《爆炸性气体环境用电气设备 第7部分：充砂型“q”》。(www.xing528.com)

在充砂型电气设备内，有时往往安装一些带有小孔腔的器件，例如小型继电器。这种器件常常有一个密封的外壳，用以防止外物进入器件内削弱它的功能。在这种情况下，这种器件的外壳外表面与充砂型电气设备外壳的内表面之间通过填充材料的距离（厚度）不应该小于：

①当器件外壳内容积小于或等于3cm³时，表8.1中所示的相应数值。

②当器件外壳内容积大于3cm³而小于或等于30cm³时，表8.1中所示的相应数值，但是至少为15cm。

通常情况下，充砂型电气设备内部可能出现的密封外壳的内容积不要大于30cm³。

这里应该特别指出的是，尽管充砂型电气设备的适用电压等级不应该超过1000V，但是，表8.1中还是列出了大于1000V的可能出现的电压。这主要是考虑到，当设备内部发生故障时可能造成内部局部的电压升高，以及有一些设备在起动时需要激励的高压脉冲电压（例如荧光灯的起动器或触发器）。因此，在选择电压等级确定最短距离时，设计人员应该估计充砂型电气设备内可能发生的故障工况以及一些设备的特殊情况，并计算和评估这种情况下可能产生的过电压。

4.温度限制

在确定充砂型电气设备的温度组别时，不仅要考虑设备外壳的表面温度，而且还要考虑外壳壁内部填充材料5mm深处的温度。在考虑这些温度时，设计人员应该充分估计到可能发生的故障工况对温度造成的影响。

在充砂型电气设备中，设计人员应该设置限温保护装置，防止设备内部的温度超过规定值。限温保护装置可以采用热电偶等感温元件作为传感器，当检测的温度接近规定值时，限温装置发出声光报警，并切断电源；也可以采用热熔断器作为保护元件，此时，热熔体应该密封在玻璃或陶瓷制成的外壳内。

5.预期故障短路电流

当充砂型电气设备的供电电压不超过250V时，它的预期故障短路电流不应该大于1500A。但是，在高压的情况下，这个预期故障短路电流可能会大于1500A。

在充砂型电气设备的电路中，设计人员可以设置一个限流环节，用来限制预期故障短路电流不大于熔断器的最大分断能力。例如，使用电阻器就可以作为这样的限流环节。此时，电阻器的额定值应该为：

●额定电流：1.5×1.7I_n；

●额定功率：1.5×（1.7I_n）²R；

●施加的最大电压：U_m。

式中 I_n——熔断器熔断体的额定电流（A）；

R——限流环节电阻器的电阻值（Ω）；

U_m——设备的最高电压（V）。

当使用电阻器来限制预期故障短路电流时，有关电阻器电阻值的相关计算，请读者参看第6章例6.4。