矿用防爆设备五篇

矿用防爆设备 篇1

关键词：质量要求,质量控制,防爆措施,使用维护

矿井内的工作环境相当复杂, 不仅黑暗潮湿, 而且还存在着瓦斯、CO等多种易燃易爆气体, 而且空气中还存有大量的煤尘。但是, 电气设备是矿井生产的主要设备, 在其使用过程中, 一旦出现过载、短路、电弧火花、漏电、静电等现象, 就很有可能引起火灾甚至爆炸。因此, 在电气设备的使用过程中, 要严格的遵守相关的操作规定, 并且要从思想和观念上高度重视, 把矿井防火工作切实做好。近年来, 我国矿井火灾爆炸事故越来越多, 已经成为了不可忽视的问题, 所以, 国家必须加强矿井生产工作的管理, 特别是电气设备的质量和使用方面, 必须严格要求, 并且配合使用矿用隔爆型和增安型设备, 以充分确保矿井用电的安全。

要预防火灾首先要做到消除火灾隐患, 电气设备引起火灾主要是由于电火花的引燃以及设备局部过热达到可燃气体燃点。所以, 应主要从这两个方面下手, 通过对电气设备的特点及使用注意事项的了解, 找到控制方法, 特别是找到引起设备过热以及火花放点的原因和特征信息, 并对症下药, 达到有效的控制。例如工人及其他工作人员在矿井中使用的通讯工具、测量工具或是控制系统等都要在低电压的情况下使用, 这样就可以大大的降低风险。

1 防爆电气设备的质量要求

1.1 通用要求

依据“GB3836”防爆标准, 防爆电气设备的使用是有一定的要求的, 具体如下:设备的工作环境温度要保持在-20℃~40℃范围内;设备外壳坚固程度, 绝缘性能等应达到防爆要求;设备的紧固件, 如螺栓、螺母、弹簧垫等必须满足防爆要求;设备必须配有开盖断电连锁装置;导线外皮材料必须绝缘;设备导线接线盒和接线端子必须满足防爆要求;电缆引入装置的密封装置必须满足防爆要求;设备外壳必须要做接地处理, 并且要满足相应要求等等。对于这些硬性要求一定要做到严格的审查, 一旦发现不足, 则不能投入使用。

1.2 特殊要求

除通用要求外, 规范还对防爆电气设备还有针对性地作了一些特殊的要求, 主要有三点:一是电气间隙。例如380V的电气间隙为8mm, 127V的电气间隙为6mm, 6000V的电气间隙为60mm。对此规定主要是为防止井内电气设备出现短路电弧, 引起电火花。二是防护等级。防护等级就是电气设备防外物 (粉尘) 和防水的等级, 表示方法为“IP××”表示, 头一个“×”表示防外物等级, 后一个表示防水等级, 如“IP72”就说明设备防外物7级, 防水2级, 防外物最高7级, 防水最高9级。三是设备防爆类别。矿井下电气设备都为Ⅰ类, 对应含有甲烷混合物的爆炸性环境, 工厂的防爆电器为Ⅱ类, 对应含有除甲烷外的其他混合物的爆炸性环境。

2 防爆电气设备的质量控制

2.1 防爆电气设备配件选择

采购防爆电气设备配件时, 需要认真的对厂家进行筛选, 货比三家。供应商应满足的标准为:品种规格全、产品性能可靠、质量优秀、价格体系优惠、完备的售后服务、能广泛满足不同用户要求。在签订合同时, 清楚的填写各项条款, 包括设备的价格、质量标准、验收标准、出厂标准、设备安装与调试、包装标准、运输方式、售后服务。违约责任等方面事宜。

2.2 防爆电气设备、配件的质量监督

首先, 验收时, 对装箱单、设备名称、规格型号、技术参数、出厂标准等内容进行逐一核实。其次, 供货厂家应与设备上的铭牌相符, 与合同实际签订的供货商一致, 设备外壳应有防爆标志“EX”, 防爆合格证、产品质量合格证、安全证书编号等各种证件齐全。最后, 放爆电气设备质量检验、验收合格的标准为:包装和外壳完好无缺;专用的仪器仪表、设备经专业技术人员和具有相关资质检验能力的部门检测后合格。

3 矿用防爆电气设备防爆措施

3.1 控制电气设备表面温度

在矿井内, 在无沉积的情况下, 防爆电气设备表面最高温度按规定要控制在450℃以内;而在存在煤粉沉积的情况下, 其表面最高温度则必须控制在150℃以内;如果进内存在粉尘、纤维等易燃易爆物质, 设备表面最高温度要控制在125℃以内, 而观察到粉尘沉积厚度不超过5mm情况下, 设备表面最高温度一般以控制在其燃点的2/3以内为准, 也有要求需比引燃温度低75℃。

3.2 设备的环境要求

在矿井内, 电气插座安装数量要控制到最小, 并尽最大可能控制携带式或移动式设备的数量。防爆电气设备的数量不宜多, 事实上也对节省开支有利。

3.3 防爆设备类型的选择

防爆设备类型共有10种, 主要几种为隔爆型、本安型、增安型以及特殊防爆型。隔爆型可以说是矿井内应用最普遍的防爆电气设备, 例如各种防爆开关、防爆电动机等都是属于这一类型, 防爆原理就是设备装有耐爆、隔爆的坚强外壳, 能够很好地将电火花隔开, 防止其引出点燃井下爆炸性混合物。增安型设备如矿用变压器、蓄电池机车、矿灯等都属于这一类型, 防爆原理就是在设备的结构、制造等方面, 采取如增大电气间隙和爬电距离;加强导线的连接等措施以尽最大可能地提高安全程度, 满足电气防爆要求。

4 防爆电器设备的使用维护

4.1 防爆电器设备下井条件

根据规定, 防爆电气设备入井前应检查其“产品合格证”、“防爆合格证”、“煤矿矿用产品安全标志”及安全性能, 检查合格并签发合格证后, 方准下井。

4.2 电器失爆情况处理

需要成立井下防爆检查组, 定期检查井下防爆电气设备, 防止电器失爆现象的发生。在检查工作中要注意下面几个问题:隔爆外壳存在裂纹、小洞、严重变形、严重锈蚀、开焊问题;隔爆外壳螺丝存在不全、松动、缺少、滑扣的问题;隔爆接合面间隙超限、划伤以及斑点超限;电缆进线口胶圈不合格、无金属堵板;电气间隙和爬电距离不能达到要求, 此距离宁大不可小;两隔爆腔连通, 导致压力重叠的情况;开盖闭锁变形、损坏等情况。

结束语

近年来, 矿井安全生产重要性越来越受到广泛关注, 防爆电气设备也在其中占据着越来越重要的地位, 工作人员不仅要对设备运行进行严格认真的管理, 还要在采购时进行严格的质量把关。在不久的将来, 一定会出现更多性能更加优良的新产品、新技术, 当然, 对其及时了解也是工作人员的责任。

参考文献

[1]郭卫民, 卢杉.采取防爆措施减少煤矿电气事故[J].电气防爆, 2009, (1) .[1]郭卫民, 卢杉.采取防爆措施减少煤矿电气事故[J].电气防爆, 2009, (1) .

[2]廉芳.矿井电气设备的防爆改造[J].科技情报开发与经济, 2004, (10) .[2]廉芳.矿井电气设备的防爆改造[J].科技情报开发与经济, 2004, (10) .

矿用防爆设备 篇2

关键词：汽车电磁开关,电弧,隔爆外壳

0 引言

随着国家对能源需求量的加大, 煤矿开采量大幅提升, 浅层煤量已经很难满足需求, 为满足能源的需求, 要求煤矿开采逐渐向深层进展。采集地离地面距离越来越远, 工人进入采集区就要由专门的运输汽车送达目的地。然而, 随着开采距离的增加, 矿用汽车在矿井中行使的距离必然会增加, 矿井中存在着可燃可爆性的气体, 汽车行驶中产生的电火花或者高温部位遇到可燃气体就会发生爆炸, 所以汽车防爆不容忽视。

1 矿用汽车起动机工作原理

图1为起动机电磁操纵结构示意图。启动时, 接通启动开关, 启动继电器线圈通电产生磁吸力, 从而继电器触电闭合。触点12闭合, 即接通了吸引线圈、保持线圈的电路电流, 在电磁作用下, 铁芯左移带动小齿轮与飞轮齿圈啮合。由于吸引线圈电流同时也经过电动机磁场绕组, 电动机电枢旋转, 所以啮合过程是在旋转中进行的, 减小了对飞轮齿圈的冲击;然后接触盘将线柱3、线柱10接通, 起动机开始启动发动机, 在保持线圈产生的磁吸力下铁芯保持在左位 (此时吸引线圈被短接) 。启动后, 松动启动开关, 继电器电路断电, 磁力消失, 在回位弹簧的作用下, 铁芯回位, 起动机电路断开, 齿轮退出啮合。

2 矿用汽车起动机引起爆炸的原因

防爆电气在矿井下工作, 引起爆炸的因素很多, 其中主要是电气设备在运行过程中产生的火花和高温。在起动机电磁开关的结构中, 最容易发生故障和最可能产生危险的部位就是动、静触头的接触处。起动机电磁开关断开电路时, 触头在断开的瞬间形成热电子放射, 使空气中的自由电子增多, 这些自由电子在一定的电场作用下, 以极高的速度运动, 使空气发生电离作用而变成导体, 于是, 在触头断开时便产生电弧。

1—启动继电器;2—起动机;3—起动机蓄电池接线柱;4—接触片;5—吸引线圈;6—保持线圈;7—铁芯;8—驱动杠杆;9—小齿轮;10—电动机接线柱;11—启动开关;12—启动继电器触点;13—启动继电器线圈

试验证明, 当在大气中开断或闭合电压超过10 V、电流超过0.5 A的电路时, 触头间隙 (或称弧隙) 中会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体, 称为电弧。由于电弧主要产生于触头断开电路时, 高温将烧损触头及绝缘, 严重的甚至引起相间短路、电器爆炸, 酿成火灾, 危及人员及设备的安全。另外, 电磁开关的接线端也可能发生短路的故障, 在短路电流忽然增大时, 其瞬间放热量很大, 大大超过线路正常工作时的发热量, 不仅能使绝缘材料烧毁, 而且能使金属熔化, 引起可燃物燃烧发生火灾。

3 电磁开关的防爆措施

3.1 电弧的处理

首先要采用隔爆式电磁开关进行隔爆处理。在电磁开关上加一个隔爆外壳, 把可能产生火花、电弧和危险温度的电气部分与周围的爆炸性气体混合物隔开。但是, 这种外壳并非是密封的, 周围的爆炸性气体混合物可以通过外壳的各部分接合面间隙进入开关内部。当与外壳内的火花、电弧、危险高温等引燃源接触时就可能发生爆炸, 这时开关内的隔爆外壳不仅不会损坏或变形, 而且爆炸火焰或炽热气体通过接合面间隙传出时, 也不能引燃周围的爆炸性气体混合物。

根据上面的分析, 汽车启动开关可能引起爆炸的部位在动、静触头接触的地方, 该处可能产生强烈的电弧, 所以要进行灭弧处理。现在已有的灭弧装置中, 使用效果最好也是最常用的是真空灭弧室。真空灭弧室的外壳可用玻璃或陶瓷绝缘材料制成, 内部的真空度通常在10 Pa以上。由于壳内的空气少, 触头开距可以做得很小, 电弧也较容易被熄灭。

3.2 电磁开关接线箱的改造

在汽车电磁开关中可能引起爆炸的部位还有开关外面引线的接线柱处。根据电机接线盒的防爆原理, 在电磁开关的防爆外壳中同时制作一个隔爆接线箱, 使外壳又分为接线箱和主腔两个独立的隔防爆部分, 分别起到防爆的作用。外壳上的两个接线腔的引入装置分别用于引入、引出电缆, 引入装置采用的是压紧螺母式电缆引入装置。压紧螺母式电缆引入装置依靠压紧螺母的拧紧, 压缩弹性密封圈, 使弹性密封圈在轴向缩短的同时产生径向膨胀, 从而与连通节和电缆紧密结合, 产生压紧密封作用。在新防爆电气标准GB3836-2000中要求密封圈压紧密封后, 密封的最小轴向尺寸应满足火焰通路的最小长度要求。接线腔的外壳与上盖之间采用的是止口隔爆结构, 并且用螺纹固定。防爆接线盒结构示意图见图2。

3.3 开关拨叉连杆的设计

开关拨叉连杆与内端盖轴孔是移动的隔爆接合面, 其隔爆间隙要比静止隔爆接合面稍大些。由于设备在矿井下运行条件较差, 隔爆间隙容易因为隔爆接合面磨损或锈蚀而增大, 从而失去了隔爆性能。为了恢复其隔爆性能, 可对拨叉连杆轴进行修复。轴的修复方法较多, 可采取喷涂、电镀等方法来增加其外径, 但此法设备复杂, 而且费工费时, 而轴一般情况是不允许电焊的, 因为电焊温度较高, 对轴的强度有所影响, 为此最好的办法是在轴的隔爆面上镶一个钢套。

4 结束语

本文根据矿井中引起电气设备爆炸的原因, 对工作在矿井中的运输汽车的起动机电磁开关进行了分析, 找出了容易产生爆炸的部位, 并且对其进行了相应的防爆改造, 在很大程度上减少了产生爆炸的概率。

参考文献

[1]中国标准出版社.防爆电器标准汇编[M].北京:中国标准出版社, 2006.

[2]国际机械工业委员会.防爆电机电器产品样本[M].北京:机械工业出版社, 1988.

[3]王文义.防爆电器技术及应用[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社, 1985.

矿用防爆电器外壳要求 篇3

摘要：在爆炸危险环境中，煤矿企业使用电器产品，由于电弧、火花和危险高温等会在工作过程中产生，在这种环境中，如果可燃性混合物的浓度超过爆炸极限，在这种情况下，就会发生爆炸。为了确保生产的顺利进行，需要按照防爆要求，设计生产这些电气产品。

关键词：隔爆面宽度  磷化面  隔爆外壳

1 概述

对于防爆型电气设备来说，通常情况下都是借助隔爆外壳确保自身的安全性。对于隔爆型电气设备来说，其防爆原理是：在特制的外壳内设置电气设备的带电部件，该外壳能够将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔离。并且外壳需要承受壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，在该压力的作用下，能够确保外壳的安全性。

对于电气设备来说，矿用隔爆型外壳是一种防爆型式，通过外壳任何结合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物对于外壳来说，通常情况下都能够承受，进一步确保内部爆炸不出现损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。

2 煤矿防爆电器外壳性能分析

对于隔爆型外壳来说，一般要承受内部爆炸性气体混合物爆炸时产生的压力，并且必须阻止内部爆炸向外壳周围的爆炸性混合物进行传播。鉴于这一要求，在设计上必须考虑外壳的隔爆性能：①耐爆性能。由于需要承受内腔的爆炸压力，要求外壳的刚度、强度能够抵御爆炸力的冲击。材质的选择至关重要。外壳材料必须有足够的刚度和强度，能够抵御爆炸力的冲击而不破损、不出现永久变形的问题。②隔爆功能。在对隔爆外壳进行设计时，需要遵守相应的规定，为了便于有效地阻止内部爆炸压力向外壳周围爆炸性混合物传播，在这种情况下需要选用适当的隔爆接合面结构参数、电缆引入装置的方式等。③压力重叠。若隔爆外壳有几个空腔，则要防止小孔联通，壳体内电气元件不宜过于分散，各元件所占空间尽量均匀合理，在试验过程中可有效避免压力重叠。④联锁功能和警告。隔爆外壳必须装配普通工具不可解除的联锁装置，以免在通电的情况下开盖引发电气故障，继而造成爆炸事故。⑤标志。隔爆外壳上必须有清晰永久的防爆标志和安全标志。

2.1 煤矿井下用电机外壳采用钢板或铸钢。①煤矿井下用电机在采掘面上使用的隔爆型电机，其外壳应采用钢板或铸钢。若采用稀土球墨铸铁，必须得到防爆检验部门的认可;在其他场所用的隔爆型电机，外壳可用不低于HT250的高强度铸铁。②工厂用电机外壳可采用不低于HT200的灰铸铁。

2.2 外壳紧固螺栓。连接外壳的紧固螺栓除承受必要的锁紧力外，还要承受爆炸压力。

2.3 外壳紧固螺栓的间距，与外壳件的形状、材质、有无筋均有关系。对于平面结构，ⅡC级一般不大于70～80mm，其他隔爆等级一般不大于120mm。止口结构时，一般不大于140mm。螺栓的个数，对于平面结构，一般不少于4个，止口结构不应少于3个。

外壳紧固螺栓的拧入深度，对于铸铁外壳，最少为1.25～1.5倍螺栓直径;钢板外壳，最少为1.0倍螺栓直径。

外壳紧固螺栓的螺纹余量：螺栓拧紧后还须留有大于2倍防松垫圈厚度的剩余螺纹，以便垫圈丢失后仍能将外壳紧固。

外壳上的不透螺孔，其周围及底部的厚度应大于螺孔直径的1/3，但不得小于3mm。 影响防爆外壳隔爆性能的一个主要因素是隔爆接合面，一般来说隔爆接合面的形式有平面法兰及圆筒结构等。隔爆外壳的隔爆平面接合面必须符合“三要素” 隔爆接合面L、l（见表1），隔爆间隙i，表面粗糙度Ra。

表1  I、IIA和IIB类外壳结合面最小宽度和最大间隙

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表2  IIC类外壳接合面最小宽度和最大间隙

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隔爆面平面度需要达到0.05，粗糙度需要达到6.3，隔爆间隙要足够小，隔爆面需涂凡士林，达到完好密封。线嘴应平行压紧。

门上的螺栓，拉力要足够，每个螺栓的计算拉力Q可按下式计算：

对于平面法兰结构：Q=1.3Qo（N）

对于止口结构：

Q=1.1Qo（N）  Qo=QP/Z（N）  QP=PA

式中Qo——每个螺栓的计算应力，N;QP——爆炸时螺栓承受的总压力，N;Z——螺栓个数;P——计入爆炸时承受的压应力，MPa，对于ⅡC级取1.5MPa，其余取1.0MPa;A——承受压力的有效面积，m2。

两压紧螺栓入扣差大于5mm，喇叭嘴外部缺损但不影响防爆性能者，属不完好设备。

密封圈植材质须用GB/T6031标准规定的硬度IRHD变化量小于等于20%的橡胶制造，否则为失爆。密封圈分层侧应面向接线腔内，否则为不完好。

3 密封圈的规格要求

一般情况下，如果密封圈尺寸达不到以下标准，就认定为失爆。①密封圈内径与电缆外径差应<1 mm，4mm2及以下电缆的密封圈内径须≤电缆外径。②密封圈外径与进线装置内径间隙应符合表2的规定。③密封圈宽度应大于电缆外径的0.7倍，电缆直径≤20mm时，密封圈非压缩轴向长度最小为20mm，电缆直径>20mm时，密封圈非压缩轴向长度最小为25mm。④密封圈厚度应大于电缆外径的0.3倍，且必须大于4mm（70mm2电缆除外）。

表3

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4 结论

密封圈无破损，刀削后应整齐平滑，不得出现锯齿状，锯齿直径差大于2mm（含2mm）为失爆，小于2mm为不完好。电缆与密封圈之间不得包扎其他物体，否则为失爆。压叠式线嘴压紧电缆后，其压扁量不准超过电缆直径的10%。隔爆腔的接线嘴如果暂时不用，应用密封圈及厚度大于2mm的钢板封堵压紧。

喇叭嘴的压紧程度：压紧螺母式线嘴一般用单手正向用力拧不动为合格;压盘式线嘴用单手晃动，喇叭嘴无明显晃动为合格。

隔爆结合面加衬垫（包括O形环）时，如果使用可压缩或弹性材料衬垫，例如，防止潮气或灰尘侵入，或防止液体泄漏，它应起辅助作用，不能将结合面隔断，在确定隔爆结合面宽度时只计单边宽度。

高压隔爆开关空闲的接线嘴，应用与线嘴法兰厚度、直径相符的钢板封堵压紧，其隔爆接合面的间隙应符合表1的规定。

为了防止电器设备误操作造成事故，防爆电气设备应设置联锁装置。保证设备带电时，不能开门。而当门打开时，设备不能送电，以保证安全。

做水压试验时，为了防止漏水，每个接线嘴要用锥形橡胶密封圈封堵压紧。门上的孔，要用软橡胶垫密封。水压试验的压力应为参考压力的1.5倍，且至少为1MPa，如果箱体没有永久变形或变形后能恢复为合格。

水冷板也要做水压试验，压力为4MPa，保证焊接牢固、无气孔，水道畅通，且不渗水。

参考文献：

[1]姚克，忻贤同.矿用防爆电器设计、制造、检验、维修知识讲座 第二讲 外壳设计[J].煤矿机电，1990（05）.

[2]骆汉平.小型防爆电器外壳铝合金铸造及其模具设计的研究[J].机械制造与自动化，2007（12）.

矿用防爆设备 篇4

（试行）

第一章总则

第一条：为加强矿用电气设备的防爆管理，规范防爆电气的检查、检修、维护行为，确保安全生产，根据《煤矿安全规程》、《煤矿安全监察条例》，GB3836—93标准和国家煤碳行业有关技术规范的相关规定，特制定本规范。

第二条：本规范中的矿用电气设备包括井下用各类电气设备、照明、通信、监测和信号装置，仪器、仪表、矿用电缆等。

第三条：必须按《煤矿安全规程》规定安设防爆电气设备

第四条：凡已接装的防爆型电气，失去防爆性能的，称为失爆，且不得称为完好设备。

第五条：凡防爆型电气设备，在要求使用的场所，都应按照防爆要求进行检查。

第六条：防爆电气设备所用的紧固件，必须使用合格的标准件。

第二章防爆性能检查细则

第七条：在检查中凡有下列情况或不符合相关条款内容之一者即为失爆：

一、外壳：

1、外壳出现变形，歪扭、裂纹、开焊，或凸凹超过10mm的。

2、外壳厚度低于原设计厚度87%以下的。

二、隔爆面：

1、静止式、转盖式、插盖式隔爆接合面的表面粗慥度，低于的，操纵杆、电机隔爆面低于的。

2、静止部分的隔爆结合面、操纵杆与杆孔隔爆的结合面、转轴与此同时 轴孔的隔爆结合面的最大间隙（直径差）W，隔爆结合面最小有效长度L，隔爆结合面边缘至螺丝通孔边缘的最小有效长度L1达不到表1规定者。

表

13、快动式门或盖（转盖式或插盖式）隔爆结合面的有效长度小于25mm，或间隙大于0.5mm的。

4、操纵杆直径（d）与隔爆结合面长度（L）不符合表2的规定者。表

25、隔爆电动机轴与轴孔的隔爆接合面在正常工作状态下不应产生磨擦。用圆筒隔爆接合面时，轴与轴孔配合的最小单边间隙不少与0.075mm，用滚动轴承结构时，轴与轴孔的最大间隙不大于表1规定W值的2/3。

6、螺纹隔爆结构：螺纹精度不低于3级；螺距不小于0.7mm，螺纹的最少

7、啮合扣数、最小拧入深度应符合表3的规定。

表

38、然产生的机械伤痕，其宽度与深度达到0.5mm，其无伤隔爆面有效长度达不到规定长度2/3者；

9、隔爆面上有油漆及杂物。

10、隔爆面锈蚀用棉纱擦除后仍留有锈迹使锈迹结合面的有效长度小于规定值者。

11、隔爆面上局部出现的直径不大于1mm，深度不大于2mm的砂眼，在40、25、15mm的隔爆面上，每1c㎡超过5个者，10mm宽的隔爆面上超过2个者。

12、螺栓固定的隔爆面缺螺栓；缺弹簧垫圈；螺栓松动；弹簧垫圈压不平；螺栓螺孔滑扣；或螺栓深入长度达不到螺栓直径的一倍（铜、铝铸铁外壳达不到1.5倍）的。

13、观察窗孔透明板胶封不严，有破损、裂纹；使用不合格透明板或普通玻璃的。

14、螺栓和不透螺孔的配合，其螺孔留有的螺纹余量不足防松垫圈厚的1.5倍的。

15、防爆法兰厚度低于原设计87%的。

三、接线：

1、密封圈材质不符合规定（邵尔硬度为45—55度饿橡胶制造）；未按规定

2、进行老化处理的。

3、密封圈内径与电缆外径差超过1mm及以上的。

4、进线装置内径与密封圈外径差不符合表4规定的。

表

45、封圈宽度应大于电缆外径0.7倍，但必须大于10mm，密封圈厚度应大于电缆外径0.3倍，但必须大于4mm（70m㎡电缆除外）。

6、密封圈与电缆之间有其他包扎物的。

7、密封圈破损或割开使用的。

8、密封圈两个大小套用或并用的。

9、密封圈变形后有效宽度、厚度、配合间隙达不到要求的。

10、密封圈没有套在电缆护套上（羊尾巴）；电缆护套、（铅皮）穿入进线长度不足5mm或超过15mm的；护套（铅皮）与密封圈结合部位被挫细的。

11、密封圈没有全部套在铠装电缆铅皮上，或与铅皮之间有其他包扎物的，或与铅皮的间隙大于1mm的。

12、不用的进线嘴未用密封圈及钢挡板封堵或封堵不紧的（紧固程度判定见第14条）。

13、挡板直径小于进线装置内径2mm以上；挡板厚度小于2mm的。

14、挡板在密封圈里面的;金属圈放在挡板里面的;金属圈放在密封圈里面的;带同心切割层密封圈放反的;线嘴与密封圈之间无金属垫圈的.15、线嘴压紧后没有余量的;压紧后紧固程度不够的;(螺旋线嘴用右手拇指,食指,中指能旋入1/4圈;压叠式线嘴用手能晃动);线嘴压紧后线嘴内缘压 不着密封圈的;线嘴和密封圈之间无金属垫圈的;密封圈端面不与器壁接

触的;压叠式线嘴压紧电缆后的压扁量超过电缆直径10%的.16、压盘式进线嘴缺压紧螺丝的,螺丝滑扣,乱扣的;压紧螺丝上不满扣的,或达不到螺丝直径1倍要求的(铸铝,铸铜达不到1.5倍的).17、螺旋式的压紧螺母或线嘴螺丝滑扣,乱扣的’

18、进线嘴压紧后密封圈能活动的,紧固件紧固后电缆线能轻易来回拉动的.19、高、低压铠装电缆终端盒没有灌绝缘胶，或绝缘胶没有灌至三叉以上的。20、两个防爆空腔接线的接线柱松动、缺弹簧垫圈、绝缘套烧毁或缺连接柱的。

四、闭锁装置：

闭所装置失灵不起闭所作用的。

五、井下电缆出现鸡爪子、羊尾巴、明接头、绝缘层破裂导电芯线外露的。

六、蓄电池电机车（电源装置）：

1、蓄电池组的连接线及极柱焊接处，只要有一根断裂，熔化开裂时。

2、橡胶绝缘套已损坏，极柱及带电部分已裸露时。

3、由蓄电池组本身或其它原因造成短路时。

4、蓄电池槽和盖损坏漏酸；特殊工作栓丢失损坏；蓄电池封口剂开裂漏酸时。

5、电源插销联结器失效时。

6、蓄电池箱及箱盖严重变形闭所螺栓失效时。

七、照明灯具：

1、灯具透明罩串动或转动的。

2、联所装置失效的。

3、其它要求按隔爆面几接线相关规定执行。第三章 本质安全型电气、矿灯

第八条：本质安全型电气外壳应无破损，紧固完整可靠，观察窗无破损、裂纹，连接电缆无破损，连接可靠。

第九条：矿灯存在下列情况之一时视为失爆，严禁发放：

1、灯头壳破裂的。

2、灯头闭所螺丝不起作用的。

3、灯合闭所螺丝不起作用的。

4、灯头圈松动密封不良的。

5、灯头玻璃破裂或用普通玻璃代替的。

6、灯线绝缘破裂的。

7、灯合出线护套损坏、失效，灯头进线和灯头玻璃无密封圈的。

8、不能正常连续使用11小时的。

第十条：合格灯头经腊封灯头闭所螺丝后方能发放。第四章 附则

第十一条：高压隔爆开关及矿用变压器未采用弹性密封圈密封的接线装置，在引入橡套电缆时，必须灌注绝缘材料，否则，视为失爆处理。

第十二条：机电总厂对防爆电气设备的大修及受压传爆件的加工出厂，应提供相应的安全标志及出厂合格证。

第十三条：若检查中查出失爆现象，则季度内质量标准化考核中，机电专业扣除5分，运输专业扣除2分。

第十四条：各单位应根据实际情况制定相应的防爆电气设备的安装、检查、维护、检修、有详细明确的技术要求，并认真执行。

第十五条：井下电气设备应按规定定期上井进行检修、调试，合格后方可下井使 用，严禁倒装使用。

矿用防爆设备 篇5

矿用防爆柴油机车作为矿井辅助运输的主要设备[1,2], 因其运输方式灵活、节省人力、运输效率高等特点而得到积极推广[3]。启动电源作为柴油机车重要的配套设备[4,5], 不仅给启动机供电来启动柴油机车, 还给灯、喇叭等机车辅助设备供电。柴油机车启动后, 带动充电机对启动电源进行充电。

目前, 矿用防爆柴油机车的启动电源主要使用隔爆启动型铅酸蓄电池。GB 3836.2—2010《爆炸性环境第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备》规定, 隔爆壳内不能使用有可燃混合物析出的蓄电池, 因此, 需要对现行的煤矿隔爆铅酸蓄电池进行改进, 可替代产品主要有免维护铅酸蓄电池和锂离子蓄电池。免维护铅酸蓄电池容量小、自放电量大、使用寿命短、对环境污染严重[6];锂离子蓄电池具有比功率和比能量高、绿色无污染、使用寿命长等特点, 是铅酸蓄电池的最优替代产品, 是新型二次蓄电池的发展方向。锂离子蓄电池在过放、过充、过热等条件下会导致电池寿命缩短或损坏[7], 本文设计了一套矿用防爆柴油机车锂离子蓄电池启动电源系统, 该系统配备电池管理系统, 可确保锂离子蓄电池使用安全可靠, 延长其使用寿命。

1 煤矿安全标准要求

由于锂离子蓄电池启动电源系统应用于矿用防爆柴油机车, 所以必须满足《矿用隔爆 (兼本安) 型锂离子蓄电池电源安全技术要求 (试行) 》中关于防爆柴油机车启动机用启动电源的所有指标。

1.1 锂离子蓄电池基本要求

(1) 防爆柴油机车启动机用启动电源中锂离子蓄电池的标称容量不超过100A·h; (2) 在正常充、放电过程中单体电池的最高温度不应超过60℃; (3) 锂离子蓄电池应采用串联方式连接, 其类型、规格、技术参数应一致, 并为同一制造厂家生产的产品; (4) 锂离子蓄电池应放置在独立的隔爆腔内, 且该隔爆腔内不应放置除电池管理系统中检测单体电池温度的传感元件和防止锂离子蓄电池安装时发生短路的熔断器以外的其他电气元件; (5) 隔爆腔内不允许锂离子蓄电池以任何形式的并联连接。

1.2 电池管理系统基本要求

应对所有单体电池的电压和极耳处温度, 电池组的电压、电流、电池容量等参数进行检测, 误差应满足表1的要求;测量信息的显示和故障报警功能应满足实际需要;应具有单体电池过放、单体电池过充、放电过流、充电过流、输出短路、温度等保护功能, 以及均衡充电控制功能;应具有电池信息采集线开路保护。

2 系统结构

现场调研启动电源的电压一般不低于24V, 因此系统选用8节标称电压为3.2V的100A·h磷酸铁锂蓄电池串联成组, 得到24V电压。对于电压高于24V的启动电源, 可通过增加串联电池的数量来满足电压需求;对于容量高于100A·h的启动电源, 可通过多个启动电源外部并联的方式提高容量。

依据GB 3836.2—2010的相关规定, 设计3腔 (电池腔、控制腔和接线腔) 结构的隔爆箱, 箱体能够承受1.5 MPa的水压试验。锂离子蓄电池启动电源系统结构如图1所示, 图中Bat1—Bat8为8节单体电池。由8节单体电池串联而成的锂离子蓄电池组及温度传感器放入隔爆箱的电池腔内;总开关、电池管理系统、液晶显示屏和万能开关、中间继电器以及接触器KM1等放入隔爆箱的控制腔内;接线腔为用户提供外部接线端口, 实现启动电源与柴油机车启动机、充电机、司控器的电气连接。用户通过万能开关1-1、万能开关1-2、万能开关2分别实现对启动电源的充电、柴油机车的启动、司控器的供电控制;通过司控器实现对电池管理系统的控制。电池管理系统完成对锂离子蓄电池的电压检测及均衡控制、温度检测、电流检测、电池剩余电量 (State of Charge, SOC) 估算等, 并配合中间继电器和接触器KM1完成对电池组的过充、过放、短路、过温等保护。

3 电池管理实现

3.1 单体电池电压检测及均衡控制

采用LTC6803配合MCU实现对串联电池组的单体电池电压检测和均衡控制, 如图2所示。LTC6803是新一代高电压电池组监视器, 其AD转换速度快, 待机功耗低, 配备通用SPI通信接口, 每片最多可实现12个单体电池串联成组的电压检测和均衡, 每个单体电池电压测量范围为-0.3~5V。MCU选用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103RET6, 该芯片外设SPI通信接口, 具有12路AD采样通道和CAN总线接口等。LTC6803与STM32F103RET6之间的SPI通信使用数字隔离芯片SI8441, 它可实现4个通道的模拟信号隔离, 具有功耗小、速率快 (150 Mbit/s) 、电路简单的特点, 非常适用于数字通信, 避免了光耦隔离电路的繁琐。

系统采用能耗型均衡方式, 即在每个单体电池两端并联1个MOSFET开关和1个电阻, 通过控制MOSFET开关把电池组中高电压单体电池的多余电量通过电阻释放掉。具体过程:STM32F103RET6通过分析LTC6803采集的电压得到高电压单体电池电量, 然后发送CFG (Configuration Register Group) 指令控制LTC6803的S1—S8输出电平来控制MOSFET开关, 通过电阻实现电压均衡。

3.2 单体电池温度、电流检测

单体电池温度检测采用一线总线方式传输的DS18B20温度传感器实现, 如图3所示, 最大程度地简化了布线, 最大误差为0.5℃, 符合煤矿安全相关标准要求。开发程序运用基于二叉树的搜索算法, 首先查找每个DS18B20的64位序列号, 然后对其对应的每个单体电池进行软件编号[8]。

电流检测采用单电源供电的电流霍尔传感器实现。由于启动电流太大, 而充电电流相对较小, 系统选用2个不同量程的单电源电流霍尔传感器HFK400BS5和HFK25BS5。电流霍尔传感器的输出信号通过运放调整电路分别连接STM32F103RET6的2路AD通道进行采样, 如图3所示。

3.3 电池组SOC估算

系统的电池组长期处于浮充状态, 因此对于电池组的瞬态特性, 只考虑欧姆内阻对电池组的影响, 得到电池组开路电压和工作电压的关系式:

式中:Uoc为电池组开路电压;U为电池组工作电压;I为电池组工作电流;r0为电池组欧姆内阻。

选定实际工况对电池进行充放电, 得到特定的充放电曲线。电池组的内阻已知, 工作电压和工作电流可直接测得, 根据式 (1) 可得电池组的开路电压, 然后根据开路电压法得到电池组的SOC。在实际工程应用中, 该方法简单可靠。

4 系统测试

电池组单体电池电压实际值、测量值及误差见表2, 误差远小于煤矿安全标准中的规定值。

电池组电流实际值、测量值及误差见表3, 符合煤矿安全标准的规定。

5 结语

依据《矿用隔爆 (兼本安) 型锂离子蓄电池电源安全技术要求 (试行) 》的规定, 设计了多个单体锂离子蓄电池串联成组的矿用锂离子蓄电池启动电源系统, 通过调节电池组的数量可适用于不同的柴油机车。该系统结构简单可靠, 电池检测数据符合煤矿安全标准相关要求。

摘要：针对GB 3836.2—2010规定隔爆壳内不能使用有可燃混合物析出的蓄电池的要求, 将多个单体锂离子蓄电池串联成组, 设计了一套矿用防爆柴油机车锂离子蓄电池启动电源系统;分析了系统的设计要求和结构, 详细介绍了系统中电池管理功能的实现。电池管理系统采用LTC6803配合单片机实现对电池组的单体电池电压检测和均衡控制, 利用DS18B20温度传感器采集单体电池温度, 运用双电流霍尔传感器采集电池组启动电流和充电电流。测试结果表明, 该系统运行稳定, 电压和电流测量误差远小于煤矿安全标准的规定值。

关键词：防爆柴油机车,锂离子蓄电池,启动电源,电池管理

参考文献

[1]张立斌, 汪学明, 程刘胜.一种新型矿用柴油机车保护装置的设计[J].工矿自动化, 2011, 37 (4) :11-13.

[2]汪学明.一种新型矿用防爆柴油机车显示器的设计[J].工矿自动化, 2011, 37 (10) :19-21.

[3]周旭.一种新型防爆柴油机车安全保护系统设计[J].工矿自动化, 2013, 39 (2) :9-11.

[4]陈亚, 汪丛笑, 周旭, 等.防爆柴油机车状态监测平台可靠性研究[J].工矿自动化, 2011, 37 (4) :51-53.

[5]周旭, 晏伟光, 孙勇, 等.CAN总线在矿用柴油机车安全保护系统中应用的必要性和可行性分析[J].工矿自动化, 2011, 37 (1) :59-61.

[6]袁晓明.煤矿车辆用蓄电池技术[J].工矿自动化, 2011, 37 (6) :26-28.

[7]CHATURVEDI N A, KLEIN R, CHRISTENSEN J, et al.Algorithms for advanced battery-management systems[J].IEEE Control Systems Magazine, 2010, 30 (3) :49-68.