防爆电气设备的通用技术要求

防爆电气设备的设计核心是阻止设备内部可能产生的点燃源（电火花、电弧、高温）引燃外部爆炸性环境。其通用技术要求围绕以下关键方面展开：

1. 防爆型式的选择与标识 (核心要求)

• 防爆原理多样化： 根据不同的应用场景和点燃源控制方式，形成了多种防爆型式，每种型式有其特定的设计标准和适用范围。常见的包括：

  • 隔爆型 (Ex d)： 坚固外壳能承受内部爆炸压力，并通过特殊接合面间隙熄焰和冷却爆炸产物，阻止内部爆炸传播到外部环境。适用于1区、2区（气体）。

  • 增安型 (Ex e)： 在正常运行条件下不会产生火花、电弧或危险高温，并采取附加措施提高安全性（如增强绝缘、加大电气间隙爬电距离、可靠连接）。主要用于2区（气体）或作为其他防爆型式的组成部分。

  • 本质安全型 (Ex i)： 通过限制电路中的能量（电压、电流），使其在任何规定故障条件下产生的电火花或热效应均不能点燃爆炸性环境。适用于0区、1区、2区（气体/粉尘），常用于仪表、传感器等低功率设备。

  • 正压型 (Ex p)： 外壳内通入保护气体（空气或惰性气体）并维持正压，阻止外部爆炸性混合物进入。适用于各种危险区域。

  • 浇封型 (Ex m)： 将可能产生点燃源的部件用树脂等固化材料封装，使其不能点燃外部环境或外部环境不能影响其功能。适用于小部件或组件。

  • 油浸型 (Ex o)： 将设备或部件浸在保护油中，使点燃源无法接触爆炸性环境（应用渐少）。

  • 充砂型 (Ex q)： 外壳内填充石英砂等细粒材料，利用其缝隙的熄焰作用（应用渐少）。

  • 无火花型 (Ex nA)： 在正常运行条件下不会产生能点燃的火花、电弧或危险高温（设计上比增安型更宽泛）。仅适用于2区（气体）。

  • 粉尘防爆型 (Ex tD)： 专门设计用于存在可燃性粉尘环境的设备，有外壳保护型、正压型、浇封型等不同方法。区分A/B型设备及20、21、22区。

• 清晰标识： 设备外壳必须清晰、永久地标明以下信息：

  • 防爆标志 (如 Ex d IIC T4 Gb / Ex tD A21 IP65 T130°C Db)

  • 防爆型式 (d, e, i, p, m, o, q, nA, tD等)

  • 气体组别 (IIC > IIB > IIA， IIC为*高级别) 或粉尘类型 (IIIA, IIIB, IIIC)

  • 温度组别 (T1-T6， T6为*高，设备表面*高温度必须低于环境中可燃气体的引燃温度)

  • 设备保护级别 (Ga, Gb, Gc 对应气体0/1/2区； Da, Db, Dc 对应粉尘20/21/22区)

  • 防护等级 (IP代码，如IP55, IP66)

  • 制造商名称或商标

  • 产品型号

  • 出厂编号或批次号

  • 额定参数 (电压、电流、功率、频率等)

  • 认证信息 (认证标志、证书编号)

2. 设备结构与材料要求

• 外壳强度与密封性：

  • 隔爆外壳必须能承受内部爆炸压力而不损坏或产生永久变形，并能通过规定的压力试验（动压、静压）。

  • 接合面（法兰面）间隙、宽度、表面粗糙度必须严格控制，确保有效熄焰。

  • 所有电缆引入装置（格兰头）、操作轴、观察窗等穿透外壳的部位，必须采用符合标准的防爆结构，保证外壳的整体防爆性能。

  • 满足防护等级（IP）要求，防止外部固体异物（粉尘）和水进入影响内部元件或造成短路。

• 材料要求：

  • 外壳材料需有足够的机械强度（铸铁、铸钢、铸铝、高强度工程塑料等）和抗冲击能力。

  • 轻金属材料（如铝）用于隔爆外壳时，其含镁量必须严格控制（通常≤6%），防止产生高能火花。

  • 材料应能承受环境腐蚀（化工环境）、紫外线（户外）、高温或低温的影响。

  • 透明件（观察窗）需使用高强度的钢化玻璃或聚碳酸酯等材料，并满足冲击和热剧变试验要求。

• 内部元件与连接：

  • 内部元器件（开关、接触器、接线端子等）应选择适用于防爆环境或符合增安型要求。

  • 电气连接必须牢固可靠，防止松动产生火花或高温。接线端子需有足够的爬电距离和电气间隙。

  • 内部布线应整齐、固定，避免磨损短路。

3. 温度控制要求

• 温度组别 (T-Class)： 设备在额定工作状态和规定故障条件下，其任何外表面或内部可能接触爆炸性环境的部件所能达到的*高表面温度，必须低于环境中可能存在的易燃气体/蒸气或粉尘云/粉尘层的*小点燃温度。

  • 常见温度组别：T1 (450°C), T2 (300°C), T3 (200°C), T4 (135°C), T5 (100°C), T6 (85°C)。

  • 例如，氢气环境的*小点燃温度约为560°C，理论上T4以上设备即可，但因其易爆性，通常要求更严格的选型（如T4或结合其他要求）。

• 散热设计： 对于功率较大的设备（如变频器、电机、灯具），必须设计有效的散热结构（散热片、风道、特殊散热材料、正压通风等），确保在正常运行和预期过载条件下，设备温度不超过其标识的温度组别。

4. 引入装置与布线要求

• 电缆/导管引入： 必须使用经认证的、与设备防爆型式相匹配的防爆格兰头或密封接头。这些装置需保证：

  • 电缆或导管与设备外壳之间的可靠密封（隔爆型、增安型等）。

  • 防止电缆被拉脱或扭转损坏。

  • 保持设备外壳的防护等级。

• 内部布线： 连接引入装置到内部端子的电缆应满足：

  • 使用符合标准的耐热、耐弧、耐油、耐腐蚀电缆。

  • 在隔爆腔内，接线后需留有余量，避免拉紧。

  • 布线路径避免锐边，防止损伤绝缘。

5. 操作与维护要求

• 操作机构： 操作手柄、按钮等外部可动部件，其轴穿过外壳时，必须采用符合防爆要求的密封结构（如隔爆轴封、增安型结构）。

• 联锁与警告： 对于需要开盖维护的设备（如隔爆型），应设置开盖前断电联锁装置或清晰的开盖前断电警告标识。

• 维护要点：

  • 保持防爆完整性： 维护后必须恢复设备的原始防爆状态，确保接合面清洁、平整、间隙符合要求，螺栓紧固到规定力矩。更换的密封件、格兰头等必须与原厂规格一致。

  • 定期检查： 根据标准和使用环境，制定检查计划，重点检查外壳完整性、紧固件状态、引入装置密封性、电缆状况、标志清晰度等。

  • 禁用非原厂配件： 严禁使用未经认证的配件替换防爆部件。

6. 认证与文件要求

• 强制认证： 在大多数国家/地区，用于危险场所的防爆电气设备必须经过国家授权的防爆认证机构（如中国的NEPSI、PCEC；国际的ATEX, IECEx, UL, CSA等）检验合格，并取得相应的防爆合格证。

• 随附文件： 设备应提供清晰、完整的文件，包括：

  • 产品使用说明书（含安装、操作、维护、警告信息）

  • 防爆合格证复印件

  • 产品铭牌信息

  • 电气原理图（如适用）

7. 环境适应性

• 设备应能适应其安装环境的特殊条件，如：

  • 化学腐蚀： 选择合适的耐腐蚀材料或涂层。

  • 极端温度： 考虑高温或低温对材料性能、密封件、电气性能的影响。

  • 机械冲击与振动： 加强固定和内部元件的抗振能力。

  • 户外环境： 满足更高的防护等级（如IP65/IP66）和抗紫外线要求。

总结：

防爆电气设备不是普通设备的简单加固，而是一套基于严格物理原理、工程设计和标准化规范的综合技术体系。其通用技术要求涵盖了防爆型式的正确选择与标识、坚固可靠的结构与材料、严格的温度控制、安全的电缆引入与布线、规范的操作维护流程、以及强制性的认证与文件要求。只有深刻理解并严格遵守这些通用技术要求，才能确保防爆电气设备在其整个生命周期内，在危险场所安全可靠地运行，有效预防爆炸事故的发生，为人员和财产安全提供坚实的保障。