工厂隔爆型照明灯具的原理和设计

发布时间：2014-03-31 11:22:18

1 概述
随着石油、化工等产业的飞速发展，照明灯具在生产、仓储、救援中的使用越来越广泛，品种越来越多。
在爆炸性气体危险场所里如何防止照明灯具事故性爆炸的发生已经成为十分重要的课题。由于照明灯具在工作时不可避免地产生电火花或形成炽热的表面，它们一旦与生产或救援现场的爆炸性气体混合物相遇，就会导致爆炸事故的发生，直接危及国家财产和公民的生命安全。
因此，作为使用*广泛的照明灯具，它的防爆技术问题早已引起了人们的普遍关注和高度重视。
2 隔爆型的原理
根据欧洲标准EN13463-1：2002《爆炸性环境用非电气设备第1部分：基本方法与要求》的防爆概念和防火类型，隔爆型是采取措施允许内部爆炸并阻止火焰传爆的一种防爆型式，是*常用的一种防爆类型。由于这种防爆类型的灯具外壳一般使用金属材料制造，散热性好，外壳强度高和耐用性好，很受用户欢迎。而且，许多增安型防爆灯具部件，如灯座、联锁开关等，也采用隔爆型结构。
具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备。如果爆炸性气体混合物进入隔爆外壳并被点燃，隔爆外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播。这是一种间隙防爆原理，即利用金属间隙能阻止爆炸火焰的传播和冷却爆炸产物的温度，达到火焰熄灭和降温，抑制爆炸的扩展的原理设计的一种构造（见图1）。
3 隔爆灯具的设计
在进行隔爆灯具的结构设计时，制造者往往重点放在隔爆外壳的外形和强度设计上，却往往忽略了与外壳构成整体的紧固件、引入装置、透明件、悬挂装置、标志等其它器件的设计。

图1 隔爆原理图
下面，根据GB3838.2-2000《爆炸性气体环境用电气设备第! 部分：隔爆型“d”》的要求，在结构设计方面来分析需要注意的一些问题：
⑴外壳紧固件
用螺栓紧固的的隔爆外壳有二种型式：平面和止口。对于平面结构，螺栓不仅起紧固作业，还要保证平面间隙。对于止口结构，当隔爆面只考虑圆筒部分时，螺栓只起紧固作用；当隔爆面需要考虑圆筒加平面时，螺栓不仅起紧固作业，同时起保证平面部分间隙作用。
当在外壳上直接攻螺纹时必须注意：紧固件螺孔尽量不要穿过隔爆外壳，穿过外壳时螺孔底部应留有3mm以上的余量；在使用铝合金等轻合金材料作隔爆外壳时，由于铝合金强度较低，因此，经常打开（如更换光源需要打开）的隔爆外壳上使用螺钉紧固时，不应在铝合金外壳上直接攻螺纹，应通过预埋防松的内外螺纹钢套，来增加螺孔强度，并防止因螺纹烂牙而失效；不需要用户在更换光源中或维修时打开，且出厂时已经安装好的螺栓，可以在外壳上直接攻紧固螺孔，但是不能使用细牙螺纹，尽量使用粗牙螺纹，且有足够的啮合扣数来满足紧固要求。
总之，在设计外壳紧固件时，应首先分清其在隔爆外壳中的作用，是只起紧固作用，还是既起紧固同
时还起保证平面间隙的作用，然后确定螺栓的*大轴向载荷选用合适的螺栓。
⑵引入方式与引入装置
灯具电缆和导线的引入可以按下述二种方法进行连接：a）间接引入，用接线盒或插接装置连接的方式；b）直接引入，将电缆和导线直接接入主外壳的连接方式。
值得注意的是，密封圈老化或压不紧的情况下可以直接产生燃烧或传爆。因此，在正常工作时产生危险火花、电弧或危险温度且外壳容积大于2000cm3或GB3836.1《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》第4条划为ⅡC级的防爆灯具，不适合采用弹性密封圈压紧式直接引入方式。尽管GB3836.2没有对此说明，GB3836.15-2000《爆炸性气体环境用电气设备第15部分：危险场所电气安装（煤矿除外）》对此作出了规定。
通过引入装置引入到灯具的电缆，从安装到使用整个过程中，如果有可能受到拉力，引入装置的压紧螺母上或靠近引入装置的灯具内部增加电缆防拔脱压板，阻止力传递到接线端子上和防止电缆可能产生的移动，防止电气连接的接触不良或失效。
灯具在设计时可能需要提供一个以上引入装置，方便用户不同的安装要求。出厂时，应将全部的引入装置都安装好封堵件，封堵件的结构必须适合防爆型式。或者，仅安装一个引入装置，将其余（引入装置拆除后的）孔用适合防爆型式的闷头代替。这样，不会因多余的引入装置忘记封堵而造成隔爆外壳的失效。
⑶透明件的安装
防爆灯具离不开透明件，而透明件又是外壳部件中强度*低的部件，因此透明件安装是否可靠直
接影响防爆灯具的安全性能。下面分析一下三种常用的透明件安装方式：
a）直接密封在外壳内，与外壳形成一个整体。这种方法简单实用、使用广泛。密封材料应选用耐温、耐油的橡胶件，或使用环氧树脂等胶粘剂将透明件密封在外壳内并压紧。
b）用衬垫或不用衬垫，直接将透明件紧固在外壳内。不用衬垫时透明件接合面的平整度要求很高，一般适合小型平板玻璃且将玻璃结合部位同时磨平，不然玻璃受力不均，容易碎裂。
c）密封或胶粘在一个框架上，框架紧固在外壳内，这样可以将透明件作为整体更换。这种结构在灯具中使用很少，在一些须要经常更换透明件的大型设备上，将透明件和框架作为一个整体部件更换。透明件与框架的密封可以参考a）的型式。
在结构上，应尽量使透明件受到的（内部爆炸产生的）力直接传递到金属外壳上，通过透明件的压板和或螺钉再传递到金属外壳上是不合适的，同时，透明件安装后不能受到应力，这样才能保证透明件与外壳结合可靠。
⑷悬挂装置
灯具的安装不应仅靠一个螺钉。用吊环安装、或使用钢管直接连接时，应另外设计一个防止扭转松动的措施，防止在振动等状态下的松动
一般提供2个以上安装螺钉（孔），防止旋转。当使用钢管直接连接时，必须提供防扭转和防松措施。
⑸灯具的标志
灯具的标志不但需要提供灯具的正确安装、使用的信息，而且要提供灯具的维护、保养的信息。
灯具的标志至少包括三类：防爆类型标志、警告类标志、铭牌。我在产品检验中经常发现许多产品的标志不完整，应该引起注意。
a）防爆类型标志
外壳应该有永久醒目的防爆标志，在受到化学腐蚀、振动、冲击等情况下都应醒目可靠。如，在压铸外壳明显处用凸纹或凹纹压铸出“ExdⅡCT4”
一个设备有二个或二个以上不同类型的防爆结构时，并且不是一体化设计的产品，如：灯具的镇流器箱通过电缆或者钢管连接灯具主体的，应该分别标志出各自的防爆等级标志。
b）警告标志
一个车间或厂房的灯具一般用多个防爆开关分开控制，或者一个防爆开关控制一台防爆灯具，因此，大多数的防爆灯具不必设计联锁开关。但当用警告标志替代联锁开关时，在外壳能够打开的部位，均应该有醒目的“断电后才能开盖”字样的警告标志。
c）铭牌
铭牌不仅需要GB3836.1第27条的内容，同时标注出灯具的相关参数，如气体放电灯应该标注频率、光源功率等，满足灯具的一般特性要求。
4 设计时如何考虑灯具的一般安全要求
大家知道，防爆灯具的特殊要求国家标准是GB3836系列标准，GB3836系列标准等同、等效或非等效采用IEC60079系列标准。
通用灯具的安全要求国家标准是GB7000系列标准，GB7000系列标准等同采用IEC60598系列标准。
防爆灯具是可在爆炸性气体环境中使用的特殊灯具，目前国内生产企业的在设计生产和使用防爆灯具时，仅考虑GB3836系列标准的要求，GB7000系列标准的相关规定往往被忽视。
IEC60598-1的第六版的第0章对防爆灯具还应符合相应的安全要求做了规定，同时我们还注意到，在IEC60079-0的2000年版在标准的开头也有相同的规定，也就是说，在IEC标准体系中，防爆电气特殊标准和灯具一般安全要求标准对防爆灯具还应符合相应的安全要求的规定是完全吻合的。
IEC60598-1第0章对其与IEC60079系列标准的关系的表述是：“对IEC60079覆盖的防爆灯具，除了IEC60079的要求以外，还要符合IEC60598-1系列相关标准的要求，当GB7000系列标准与IEC60079标准有矛盾时，优先考虑IEC60079的规定。”
IEC60079-0第1章第二段的表述是：“除了直接关系的爆炸危险的要求以外，本标准没有规定特殊的安全要求。”
按照IEC60598-1和IEC60079-0标准的规定，我们进行防爆灯具的设计应使防爆灯具符合防爆标准的同时符合通用灯具的安全要求。例如对一个隔爆型投光灯具来说，除了符合GB3836.3（IEC60079-1）标准的规定以外，还应符合GB7000.7（IEC60598-2-5）的要求。