在爆炸性危险环境中,电气设备的安全设计是防止事故发生的首要屏障。增安型“e”防爆电气设备的设计哲学与依赖外壳承压和间隙熄焰的隔爆型“d”截然不同—它不侧重于限制爆炸本身,而是致力于在正常运行条件下,通过多重预防性措施,从根本上消除产生火花、电弧或危险高温的可能性,实现真正的“防患于未然”。

根据GB/T 3836.3—2021《爆炸性环境 第3部分:由增安型“e”保护的设备》的规定,增安型设备的安全建立在严谨的电气与机械设计基础之上,其核心在于通过提升绝缘性能、严格控制温升、增强连接可靠性等手段,确保设备在额定工作状态下,即便内部发生短时故障,也不会成为点燃源。需要特别指出的是,增安型“e”因其依赖“正常运行”这一前提,不可单独用于0区,但可在1区和2区中与隔爆型“d”、本质安全型“i”等防爆型式组合使用。荣朗防爆部分产品即采用复合型结构,将隔爆的耐受性与增安的高可靠性有机结合,以应对更复杂的工业现场需求。

接线端子防松动结构

接线端子的松动是增安型设备在长期运行中最常见也最危险的失效模式。当连接点发生松动时,接触电阻急剧增大,强大的负载电流通过时会产生显著的局部过热(焦耳热效应),其温度足以引燃周围的爆炸性气体混合物。因此,增安型设备内部的接线端子必须采用专门且经过验证的防松动结构,这并非简单的机械紧固,而是一套确保“连接永久可靠”的工程方案。常见的可靠结构包括:利用优质金属材料(如不锈钢或铍青铜)弹性形变的弹簧压片式端子,它能智能补偿因环境温度变化或长期微振动导致的热胀冷缩和金属蠕变,使接触电阻长期保持稳定;双螺母锁紧结构则通过两只螺母相互背紧产生强大的自锁效应,有效防止螺纹副在持续振动中缓慢退出;此外,齿形锁紧垫圈或波形弹性垫圈等防退垫圈安装于螺母与连接面之间,通过附加轴向摩擦力提供第三重保障。这些精心设计的结构确保设备在整个使用寿命周期内,接线端子的接触电阻始终维持在极低水平,连接点温升不会超出标准规定限值。在实际安装维护中,必须使用扭矩可调的专用工具,严格按照制造商规定的力矩值进行锁紧—力矩不足会导致松动发热,力矩过大则可能损坏螺纹或压断导线,两者都会严重破坏防松动效果。

爬电距离与电气间隙

增安型设备对内部电气绝缘的设计有着严苛的量化要求,其核心参数便是“爬电距离”和“电气间隙”,这是防止设备在正常工作电压下发生表面爬电或空气击穿放电的关键防线。爬电距离是指两个导电部件之间沿绝缘材料表面所测得的最短路径,主要防止绝缘表面在受潮或污染后形成导电通路;电气间隙则是指两个导电部件之间通过空气的最短直线距离,主要防止电压过高时击穿空气产生电弧。GB/T 3836.3标准对这两个参数的值,依据设备的额定电压、防爆等级(ⅡA、ⅡB、ⅡC)以及预期的污染等级作出了强制性且量化的规定。以工业场所常见的污染等级3(存在导电性粉尘或凝露)为例,对于最高级别的ⅡC类增安型设备,其爬电距离须不小于8mm,电气间隙须不小于4mm,而额定电压更高的回路则需按标准表格对应增大数值。这些设计参数确保了设备在寿命周期内,即便绝缘表面附着了一定程度的潮气或导电粉尘,其绝缘性能依然足以承受系统可能出现的各种过电压,绝不会发生沿面放电或击穿,从设计源头保障了安全。

载流部件温升限值

温度是增安型设备安全的核心控制变量。与普通电气设备不同,增安型设备对所有载流部件的温升控制极为严格,因为任何部件的异常过热都可能直接成为点燃源。温升限值并非统一数值,而是依据部件所用绝缘材料的耐热等级来确定,各等级对应的最高允许温升值(环境温度+温升)如下表所示。

表1:绝缘材料耐热等级与最高允许温升对照
绝缘等级最高允许温升(K)典型应用部件
A级≤ 90K浸渍处理过的棉纱、丝绸、普通漆包线
E级≤ 100K聚酯薄膜、环氧树脂浇注件
B级≤ 110K玻璃纤维、云母制品
F级≤ 130K聚酰亚胺、硅有机树脂
H级≤ 155K纯硅橡胶、聚醚醚酮(PEEK)

在型式试验中,检测机构须在设备内部最热点(如绕组、功率器件核心)精确布置热电偶,并在规定持续时间(通常直至热平衡)内不间断监测温升,必须确认所有部件的温升值均不超过对应绝缘等级的限值且余量充足,方为合格。

内部导线绝缘耐温等级

增安型设备内部的导线绝缘层长期处于通电发热的密闭环境中,其自身的耐温能力必须远高于设备在极端运行条件下可能出现的最高温度。为此,标准要求增安型设备内部导线的绝缘材料耐温等级不低于200℃,这通常通过选用高性能材料来实现:FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)绝缘导线的长期工作温度可达200~205℃,且具备优异的耐化学腐蚀性和抗老化性能,是增安型设备内部布线的首选;硅橡胶绝缘导线的工作温度范围宽广(-60℃~+200℃),柔韧性极佳,特别适用于存在高频振动的环境。此外,内部导线的物理布置也至关重要—在荣朗防爆等厂家的实际产品中,内部走线须避免与设备内部的锐利棱边、高温发热元件直接接触,所有出线处均应使用护线套或扎带可靠固定,防止在长期运行中因机械磨损或热老化导致绝缘层失效,从而引发短路或接地故障。

外壳防护等级(IP54及以上)

外壳防护等级(IP代码)是增安型设备抵御外部环境侵入的第一道物理屏障,其最低要求为IP54。第一位数字“5”(防尘)表示不能完全阻止粉尘进入,但进入的粉尘量不足以影响设备的正常运行和安全性能,有效防止了导电性粉尘在绝缘部件表面积聚,从而避免形成额外导电通路、缩短爬电距离的风险;第二位数字“4”(防溅水)表示能抵御来自任何方向的溅水而不会产生有害影响,保障了设备在遭遇凝露、冲洗或雨水溅射时内部绝缘性能不会下降。值得强调的是,IP54仅为基础门槛—荣朗防爆RLB52LED防爆灯的外壳防护等级达到了更严苛的IP67,RLB8183等产品同样具备IP66的高防护等级。更高的防护等级意味着更优异的密封设计(如采用铝合金压铸成型,各结合面经特殊密封处理),能更有效地阻隔导电粉尘、水分和腐蚀性气体的入侵,确保内部精密绝缘部件在恶劣工业环境中的长期可靠性。

过载保护配合

增安型设备的设计安全仅覆盖“正常运行条件”,当系统发生短路或严重过载故障时,载流部件产生的异常热量将迅速超出其绝缘材料的耐受极限。因此,增安型设备本身必须配置合适的过载保护装置—这一措施并非设备内部结构的一部分,而是对整个电气系统的强制性要求。在实际应用中,过载保护通常由安装在配电回路中的断路器或熔断器实现,其整定值必须与设备的额定电流精确匹配,动作特性则需仔细考量设备的启动电流和短时过载工况,既要避免正常启动时的误动作,又要确保在真正的故障条件下能可靠、及时地分断电路。对于增安型照明灯具,其保护装置通常集成在为其供电的防爆配电箱中,安装时工程师必须根据灯具的功率仔细核算并确认上级断路器的额定电流,确保其既能提供有效的过载保护,又不影响灯具的正常启动和运行。

维护关联要点

增安型设备虽设计为“正常运行”下安全,但长期运行后其防护性能会因自然老化而衰减,为确保持续安全,必须建立科学的定期维护制度。核心维护操作应包含:每隔6个月使用经过校准的力矩扳手按出厂标定值抽检关键接线端子的紧固力矩,发现松动立即按规定力矩重新锁紧;定期打开接线腔,使用干燥压缩空气或软毛刷清除绝缘部件和导电连接部位的积尘,尤其要注意清除具有导电性的碳粉或金属粉末;仔细检查所有引入装置(电缆接头)的密封圈,如发现其已硬化、出现裂纹或永久变形,则密封性能已丧失,必须立即更换为同型号合格产品;建议在设备带负载运行状态下使用热成像仪扫描设备外壳及接线端子部位,与历史数据对比分析,任何异常的温升点都可能是内部故障的征兆,应及时排查处理;对于增安型复合结构的灯具(如带“e”保护的接线腔部分),每次拆卸后重新组装时须确保所有密封件安装到位,外壳紧固螺栓按十字交叉顺序均匀拧至规定力矩,以保证其防护等级和防爆性能得到完全恢复。