一、煤矿是防爆电气设备的第一个用户
1. 为解决煤矿照明安全，发明了安全火焰灯
在煤炭开采之初，工作条件十分艰苦。矿工用镐刨煤、用人力将刨下的煤背到地面。用明火（如油灯）照明。这不免会出现人员窒息死亡、瓦斯爆炸等现象。限于当时的科学技术水平，对这些自然现象，都不能做出科学的解释，甚至陷入迷信的怪圈。随着科学技术水平的提高，才明白，随着煤炭的开采，赋存在煤层中的气体，也就是矿井瓦斯，其主要成份是甲烷，也随之释放到采完煤的空间（即采空区）中。采空区中的瓦斯聚集到一定程度，自然就会被明火照明装置点燃，引起爆炸；采空区中的瓦斯过度聚集，造成采空区中的氧气含量下降，在场的人员会呼吸困难，严重时，会导致在场人员窒息死亡。于是，人们开始着手解决明火照明装置的安全问题、井下的通风问题。经过长期研究，英国人H.戴维（H.Dawy）于1815年发明了安全火焰灯（Safety flame lamp）,其形状如图1。它主要由底座（油壶）、灯芯、透明罩、两层防爆金属网、金属网外的防护罩和上部的伞形盖组成。它的等值热阻图如图2。
图1 安全火焰灯
R1——内层金属网热阻；R2——内层和外层金属网间空气的热阻；
R3——外(第二)层金属网的热阻；R4——外层空气热阻
图2 安全火焰灯等值热阻图
它的防爆原理就是基于金属的热导远远高于空气热导。火焰散发的热量主要经金属网传导到火焰灯的金属壳体，从而实现安全。它也有局限性。当瓦斯浓度高时，会出现满灯，这时，它将丧失防爆性能。
安全火焰灯的使用现在已经很少。但是，直到现在，国际上还常将安全火焰灯作为煤矿安全的一种标志。如1989年在澳大利亚举行的第21届世界采矿安全会议的纪念品上，就印有安全火焰灯的图案。现在，金属网的防爆方法还在被继续使用，如音响装置中喇叭的防爆。
2. 为解决煤矿安全用电，发明了隔爆外壳防爆
金属网的防爆功能也不是万能的。
19世纪80年代，电能的开发和应用萌芽。
1879年，英国人T.A.爱迪生（T.A. Edison）发明了白炽灯。
1888年,美国人特斯拉发明了交流电动机。
电能很快在煤矿井下得到使用。然而，电路的接通、断开、故障，都会产生电火花。裸露的电火花像明火照明装置一样，给煤矿带来安全问题。金属网防爆方法能否用在电气照明灯具和电动机上呢？实践证明，电气设备用金属网防爆已经不适用了。
1903年～1906年间，德国人贝林（Beyling）在研究了金属网防爆的不足后，提出了间隙防爆，就是现在用的最多的隔爆外壳（Drhkfeste kapselung）。
隔爆外壳的防爆机制就是两点：一是外壳具有一定的结构强度，能承受外壳内部的爆炸压力的冲击；二是外壳内发生爆炸，且爆炸产物如果发生外泄时，使外泄爆炸产物的线度较小，也就是使外泄爆炸产物所具有的能量较小，使其不具有点燃外壳周围的爆炸性环境。如图3所示的外壳内发生爆炸，其爆炸产物沿间隙的喷出形式,是以点火点为圆心的同心圆片扩展。圆片的厚度为外壳间隙的高度δ所限定。
δ——隔爆间隙高度（体积元的高度）；△x——体积元沿径向的长度；
△y——体积元沿圆周方向的长度
图3 球形外壳局部
在‘圆片’单位圆周长（△y）上，热气流体积元具有的能量为：
取△y=1，则
E=δvΔtρCpTe （1）
式中：
δvΔt——热气流的体积元；
δ——试验外壳的间隙高度，㎝；
v——热气流在间隙中的速度，㎝/s；
Δt——热气流喷出过程中的某一时间，s
ρ——热气流的密度，g/㎝3；
Cp——热气流的比热容，J/g.K；
Te——热气流的温度，K。
热气流经过外壳间隙、从外壳间隙出来、与壳外爆炸性混合物接触，其所带能量的分配为：
E=E1＋E2＋E3＋E4 （2）
E1——被外壳法兰间隙所吸收的能量；
E2——热气流喷出外壳间隙后，膨胀做功所消耗的能量；
E3——热气流与壳外爆炸性混合物接触，传递给后者的能量；
E4——热气流的剩余能量。
当爆炸性混合物种类及其浓度确定后，热气流具有的能量E及膨胀做功所消耗的能量E2则是确定的。那么，热气流传递给壳外爆炸性混合物的能量E3与法兰所吸收的能量E1、与壳外爆炸性混合物相对热气流的运动状态有关。法兰所吸收的能量E1愈大，热气流传递给壳外爆炸性混合物的能量E3则愈小，外壳的隔爆性能愈好；壳外爆炸性混合物与热气流的相对运动速度愈小，热气流传递给壳外爆炸性混合物的能量E3愈大，外壳的隔爆性能愈差。
3.为解决煤矿小容量电路的安全用电，发明了本质安全防爆
与防爆对隔爆外壳的需要一样，20世纪30年代初，在英国井下电话引起了井下瓦斯爆炸，从而开始了本质安全电路（intrinsically safe circuit）的研究。它为今天的本质安全设备和本质安全系统的建立打下了基础。
综上所述，电气防爆是从煤矿的开采发展起来的。
二、 煤矿是防爆电气设备的最大用户
在今天及今后的几十年，煤炭是我国的主要一次能源。随着科学技术的进步，煤变油，也离不开煤炭的开采。煤炭开采离不开电能、少不了防爆电气设备。现今，全国大大小小的煤矿加在一起有20000多家。每一家煤矿要想采煤，它离不开通风设备、提升运输设备、排水设备、压缩空气设备等。这些设备的运转都需要电能；需要用电的供电系统，包括高压配电装置、电缆、变压器、移动变电站、馈电开关、起动器、电动机；为了安全，煤炭开采还需要照明设备；需要环境监测设备和各种仪表；需要通讯信号设备；需要用电安全的保护设备。即使是小煤矿，这些设备加在一起就是几百台。对于大型煤矿，这些设备加在一起就上万台。全国煤矿在用防爆电气设备和备用防爆电气设备加在一起的总台数将以亿计。每年对这些设备更新1%，全国就需几百万台。煤矿对防爆电气设备的需求量是其他行业无法比拟的。正因为如此，全国防爆电气设备生产厂家如雨后春笋般地诞生。
三、煤矿需要防爆电气设备制造企业给予最大的关注
1. 客户是关注的焦点
煤矿对防爆电气设备需求量之大已如上述。作为防爆电气设备制造企业的最大客户，它直接带给防爆电气设备制造企业的是巨额利润，少则几十万，多则上亿元人民币。同时，仅就防爆电气设备制造行业而言，防爆电气设备的制造和流通，就解决了数万人的就业问题，对构建社会和谐做出了巨大贡献。因此，煤矿及煤矿安全是值得防爆电气设备制造企业关注的。
ISO9000族标准是全世界通用的质量管理标准。在ISO9000的八大管理原则中，第一大原则就是：“顾客是关注的焦点”。
在ISO9001的5.2中明确规定：最高管理者应以增强顾客满意为目的，确保顾客的要求得到确定并予以满足。在ISO9001的7.2.1中规定：“组织应确定:a)顾客规定的要求，包括对交付及交付后活动的要求；b)顾客虽然没有明示，但规定的用途或已知的预期用途所必需的要求（即隐含要求）”。
根据ISO9000的理念，防爆电气设备制造企业的产品满足防爆电气设备标准规定是最低要求。曲解标准、降低标准要求，以次充好、使用劣质材料、使用劣质元器件、偷工减料、对产品质量不负责任，都是与ISO9000理念相违背的，是与当前创导以诚信为先的思想相违背的。不讲诚信，一旦某次煤矿事故与某企业的产品质量问题牵上了线，等待该企业法人的将是牢狱之灾和倾家荡产。
2. 正确执行标准，满足客户隐含需求
我们要正确理解标准，满足客户的潜在要求，不能曲解标准，降低产品的可靠性。
下面我举一个偏面理解防爆标准的例子。
在GB3836.1-2000中:
“21 灯具的补充规定
……
21.2 除了GB3836.4规定的本质安全型灯具外,灯具可打开的盖子：
a) 应带有自动联锁装置,使得盖子开启时,灯座的所有电极自动切断电源；
b) 或设置“严禁带电打开”的警告牌。”
防爆灯具的制造企业就抓住了“b) 或设置“严禁带电打开”的警告牌”，在灯具中不设自动联锁装置。
这么做，对于Ⅱ类灯具免强可以。因为，许多Ⅱ类防爆灯具一般一盏灯都有一个对其实施控制的开关，可以方便地对灯具做开、关操作。另外，Ⅱ类防爆灯具使用在地面，在地面，就有白天和黑夜。对灯具的修理和维护可安排在白天进行。但是，对于Ⅰ类防爆灯具，这么做就不行了！煤矿井下永远是夜晚。一般，Ⅰ类防爆灯具由矿用隔爆型照明综合装置供电。照明综合装置的容量一般为2.5kVA或4.0kVA，且只有一台接触器为供电线路送电。就算是2.5kVA，一个开关也要控制50盏以上的灯具。如果现在要为某盏灯具换灯泡或灯管，而该盏灯具又没有 “自动联锁装置”而只有“严禁带电打开”的警告牌。那么，井下电工要给这盏灯具换灯泡或灯管，势必要将50盏灯具全部断电。在50盏灯具照明的广大区域将是一片黑暗！这么做合理吗？如果电工真的停电进行操作，虽说不尽合理，但还是安全的。万一电工为了省事而不停电、带电作业，而恰在此时灯具安装环境中的瓦斯浓度高于爆炸下限，这一操作就会引起瓦斯爆炸，这个后果则是不堪设想的。造成这个后果的责任该由谁来负呢？
3. 实实在在地完成产品型式试验的任务
长期以来，我国一直实行一种由国家出资，为一些群体的人员进行体检。说白了，就是拿钱找人体中的毛病。对人体中的毛病可以做到早发现、早治疗，减少损失。作为防爆电气产品的型式检验，也应遵循这个原则。通过型式检验发现产品的不足，及时改进，避免带来后患。这样，用户放心、制造企业也放心。产品存在的问题不被发现，或不愿被发现，问题将始终存在产品中。问题产品引发煤矿事故，首先要追究的是产品制造企业。不负责任而放行问题产品的检验机构也脱不了干系，都将为后果负责。问题是能负得起这个责任吗？
4. 产品检验机构应认真做好检验工作
煤矿是防爆产品检验机构的间接用户。防爆产品检验机构在为直接客户——防爆产品制造企业服好务的同时，还要为间接客户——煤矿把好产品质量关，使每一份检验报告都具有权威性，向优质防爆产品发放通往煤矿的通行证，为煤矿安全做出自己应有的贡献。
四、煤矿生产环境的特殊性
煤矿生产环境是恶劣的。因此，使用在这个环境中的电气设备都将经受这种恶劣生产环境的考验。一台新的电气设备的防爆性能，由电气设备的设计、制造和组装所决定。但是，这台电气设备投入使用后，随着煤矿采掘工作场所的变化，它将经受多次的重新组装。由于操作人员培训和工作经历以及技术水平的不同，造成重新组装不到位、在重新组装过程中外界条件的作用（磕、碰、砸、跌落等），其防爆性能将在不断的改变中。
1. 瓦斯和煤尘爆炸的危险性
随着煤藏的井工开采，赋存在煤藏中的以甲烷为主要成份的瓦斯将涌入采空区，同时，还形成了弥漫在采空区中的漂浮煤尘。采空区中的甲烷体积含量处在5%～15%，即具有爆炸性；同样，在采空区中的漂浮煤尘，其挥发分大于10%、粒度在1㎜～0.075㎜之间、在空气中的含量大于35g/m3，也具有爆炸性。这样，使用在该环境中的电气设备必须具有防爆性能。
2. 潮湿、淋水和井下高温对电气绝缘的损害
随着煤藏的井工开采，地下水也会流入或渗入采空区，造成井下环境极为潮湿，相对湿度达95%以上。顶板滴水随处可见。这些，都可能使电气设备的电绝缘性能下降。
随着煤藏向深部开采，井下温度愈来愈高。高温高湿，加速了电气设备绝缘的老化。高温高湿条件，在煤矿井下出现霉菌现象。霉菌现象的存在，会加剧沿绝缘材料表面的漏电，严重时，造成外壳带电。在接地不良的情况下，还会引起人员触电。漏电火花，还可能引起瓦斯爆炸。
煤矿用电气设备导体固体绝缘的绝缘电阻变化趋势如图4所示。
图4 导体固体绝缘电阻随时间的变化
图4中A点为电气设备入井前的绝缘电阻值。
因煤矿井下普遍潮湿，电气设备入井安装、使用后，由于吸入环境中的潮湿，其绝缘电阻会从地面的高阻值（A点）逐渐下降，如图中AB段。当电气设备绝缘结构良好时，这种下降持续一段时间后会停止，绝缘电阻会保持在一个稳定的高阻值水平，如图中BC段。如果电气设备正常运转在额定状态，这一段会持续相当长的时间。
在煤矿井下的潮湿环境中、在电气设备内冷凝水的长期作用下，加上绝缘结构材料的热老化和电老化，绝缘电阻会从稳定的高阻值水平（C点起）沿直线CD逐渐下降。当D点降到一定水平（如E点）时，绝缘将被击穿，绝缘电阻为零（F点），引发供电线路相间短路或相线接地故障。
由于井下矿水一般具有酸性，对隔爆型电气设备而言，这就加重了隔爆接合面的腐蚀。
电气设备运行中的呼吸作用，在隔爆外壳中积存冷凝水，还会引起新的防爆问题。
3. 井下供电质量和恶劣工作状态对电绝缘水平的损害
上世纪三十年代,V.M.蒙兹格尔（V.M.Montsnger）首次提出了绝缘寿命与温度的关系,即10℃准则，认为温度每升高10℃，则绝缘寿命约减半。在煤矿井下，供电电压波动、长时间过负荷和重载运转、连续反复起动等，都会使电气设备严重发热，导致绝缘材料寿命缩短，最终导致电气设备烧毁。
1） 供电电压波动导致绝缘损坏
煤矿井下供电电压波动如图5所示。
图5 煤矿井下供电电压波动示意图
a) 图5中AB时段为额定电压供电时段。煤矿井下供电电压在用电高峰时，实际电压仅为额定电压的75%～80%，如图2中CD时段。用电电压的下降，造成电动机起动困难、工作电流上升，成为电气设备的另类过负荷，绕组温度升高，导致绝缘加速老化、绝缘强度降低。
b) 在用电低谷（即负荷很小）时，实际电压又会比额定电压高15%～20%，如图2中BC时段。以井下660V电压为例，在用电低谷时，能升到800V以上。电气设备的绝缘设计依据的是额定电压。实际用电电压的过分升高，同样会造成电气设备电绝缘材料的损坏，使电绝缘强度下降。
c) 随着开采深度的加大，工作面逐渐远离采区变电所，供电线路逐渐拉长。加之用电负荷的增大，供电线路的压降问题就突出起来。为解决长距离供电的电压降问题，大型煤矿的机采工作面普遍采用移动变电站。在没有条件配备移动变电站的工作面，电气设备实际上在低于额定电压的条件下运行。这也会造成电机绕组温度升高，导致绝缘材料加速老化、绝缘强度降低。
2） 长时间过重负荷运转导致绝缘损坏
采煤机、运输机的过负荷不可预料。采煤机在正常运行中遇到夹矸或岩石，负荷突然会升高。正常情况下，运输机开动后开始落煤。但也常发生运输机还未开动，采煤机采下的煤还不断地往运输机皮带上堆，这就造成运输机电机起动困难。电机绕组绝缘加速老化；严重时，甚至造成运输机电机烧毁。
3） 连续反复起动导致绝缘损坏
反复起动电动机，使电动机绕组连续通过起动电流。起动电流为额定电流的5～7倍，使电气设备严重发热。这种严重发热导致绝缘材料迅速老化。
在这种反复起动过程中，作为控制电器的真空电磁起动器，也因为在这种频繁操作，使接触器触头很快磨损、触头材料分解，真空管真空度下降，最终导致其断流功能丧失（触头粘结）。如果真空器件质量不佳，像真空度低、密封结构不好、触头材料质量低劣，这种情况就更为严重。
4. 岩石冒落对隔爆外壳的损害
随着煤藏的井工开采，地层压力的平衡即破坏。地层压力在达到新的平衡的过程中，会出现采空区顶板冒落现象，对电气设备造成砸、压、埋。这就要求电气设备有坚固的结构。脆性材料制成的隔爆外壳，在冲击外力作用下出现不易发现的裂纹时，这将留下安全隐患。所以，在防爆标准中规定，采掘工作面用的电气设备，隔爆外壳不允许用铸铁制造。
5. 煤尘沉积对用电可靠性的损害
在煤矿井下大气中，悬浮着采掘中产生的粉尘，这其中当然也有导电的煤尘。由于电气设备外壳的呼吸作用，这些粉尘会进入电气设备外壳，并沉积在绝缘材料表面。日积月累，这些粉尘将形成带电体和外壳间的导电桥，使电气设备产生漏电。这种情况得不到及时处理，将会影响电气设备的正常运行和引发事故。
6. 工作面的经常变动对设备可靠性的损害
在煤藏的开采过程中，工作面是不断变化的。随着工作面的推进，为工作面开采服务的电气设备也应跟着移动。使电气设备需要经常撤除、重新安装。每一次撤除，就会遇到一次停、送电作业。在这一停、送的作业过程中，常因不严格执行相关规章制度，造成重大瓦斯爆炸事故的现象屡见不鲜。
电气设备的易地重新安装，是对电气设备的重新组装。主电路需要重新接线、电缆引入装置需要重新处理、控制电路需重新检查、接好线的电气设备还需要试运转。这一过程不严格按规章制度实施管理，也会引发电气事故。
以上煤矿生产环境的恶劣和特殊，导致了煤矿对煤矿用防爆电气设备的特殊要求。
五、煤矿用防爆电气设备的特殊要求
国际电工委员会（IEC）共有200多个技术委员会，其中第31技术委员会（IEC TC31）“爆炸性气体环境用电气设备”专管防爆电气设备标准的制定和修订。现在已有的标准是IEC60079-0～IEC60079-27。按理说，这28个标准应同时包括Ⅰ类（煤矿用）电气设备和Ⅱ类（其他工业用）电气设备。事实却并非如此。对一些比较容易处理的问题，IEC60079系列标准就包含 “煤矿”；一些比较难处理的问题，IEC60079系列标准就“煤矿除外”。现在我国防爆标准的制定和修订的采标方式一般是“等同采用（IDT）”和“修改采用（MOD）”。鉴于IEC60079系列标准是针对世界各国，不能将我国煤矿的特殊问题都考虑到，因此，我国的防爆标准的采标形式只能是“修改采用（MOD）”，也就是加进我国多年来认为行之有效的安全要求。还有一些煤矿的特殊要求会反映在《煤矿安全规程》中。这些特殊要求应在相应的防爆电气产品的产品标准中做相应的规定。
1. 在GB3836.1-2000中的特殊要求
在GB3836.1-2000的6.1中有一个“注”:
“如果电气设备承受一些不利的特殊条件（如运行条件恶劣、潮湿影响、化学剂的影响、环境温度的变化），则用户应说明这些要求，并且由用户和制造厂间商定相应的措施。”
这些特殊要求，有的在GB3836.1（MODIEC60079-0）中说明了，有的在《煤矿安全规程》中做了规定。在GB3836.1-2000中说明的有以下一些方面。
（1）Ⅰ类设备的表面温度
“5 温度
……
最高表面温度不应超过：
——150℃，当电气设备表面可能堆积煤尘时；
——450℃，当电气设备表面不会堆积或采取措施（如密封防尘或通风）可以防止堆积煤尘时。”
这里说的表面是指没有防爆措施的所有表面：
1）隔爆外壳外表面；
2）增安型外壳的内、外表面；壳内所有元、部件表面；
3）本质安全型外壳的内、外表面；壳内所有元、器件、部件表面。
煤矿矿井瓦斯的主要成份是甲烷。甲烷的热点燃温度是537℃。关于150℃的限制是考虑到堆积煤尘达到一定厚度时的焖燃。
（2）Ⅰ类设备外壳的开盖时间
“6.2.1 内装电容器且具有快动式门或盖的电气设备外壳,由断电至开盖的时间间隔须大于电容器放电至下列剩余能量所需用的时间:
——当充电电压在200V及以上时:
Ⅰ、ⅡA电气设备： 0.2mJ
……”
因为，甲烷空气混合物的最小点燃能量为0.28mJ。
（3）阻燃性能
“7.4 Ⅰ类电气设备塑料外壳应具有阻燃性能。”
防止有机材料燃烧释放的有毒气体对人体的损害。
（4） 不许用铝合金做电气设备外壳
“8.1 制造Ⅰ类电气设备外壳的材料,按质量比,铝、钛和镁的总含量不允许大于15%,并且钛和镁总含量不允许大于6%。”
煤矿井下作业环境狭窄、锈钢铁物品多,防止铝热反应放热引爆:
在空气中，氧气只占21%，且密度（g/m3）相对较低，铝及其合金在空气中只可能缓慢氧化。在其表面形成氧化层（Al2O3）后，在氧化层（Al2O3）保护下的铝及其合金，将不再被空气中的氧气继续氧化。
常温下，铝及其合金与锈蚀的铁板（Fe2O3）放在一起，前者也不会被后者氧化。
在高温的作用下，铝及其合金与锈蚀的铁板（Fe2O3）将会产生铝热反应：
加热
2Al+ Fe2O3=== Al2O3+2 Fe+827.6kJ (3)
在式（3）中， Fe2O3中氧气含量占30%，呈固态，密度（g/m3）相对较高，所以是强氧化剂。
式（3）中使反应能完成的加热，是机械能（冲击或摩擦）转变成的的热能。
式（3）完成后释放出的能量827.6kJ，将会使反应产物Al2O3+2 Fe的温度达到3000℃。达到3000℃的Al2O3+2 Fe颗粒辐射出的可见光，就是人们肉眼看到的摩擦火花。
根据文献，矿井瓦斯在与燃烧的表面接触时，最低点燃温度只需537℃。因此，上述的高温颗粒所具有的能量足以点燃矿井瓦斯。这一点已为大量的、国内外的矿井瓦斯事故和科学实验所证实。我在上世纪六十代中期所作的实验，也得到了铝盘与锈蚀钢板摩擦，引爆矿井瓦斯空气混合物的结果。
（5） 铝合金使用的特许
“8.3 Ⅰ类手持式或支架式电钻（及其附带的插接装置）、携带式仪器仪表、灯具的外壳，可采用抗拉强度不低于120MPa,且按GB13483规定的摩擦火花试验方法考核合格的轻合金制成。”
1）这些设备在煤矿井下大量使用着；
2）用试验把关。
（6） 护圈或沉孔
“9.2 特殊紧固件
……
注：Ⅰ类特殊紧固件的头在使用中易于损坏而使防爆性能丧失，应有保护措施，如护圈或沉孔。”
1）采掘机械（如采煤机、掘进机等）都是这么做的；
2）1965版《煤矿用电气设备制造规程》（试行）及1955版《煤矿用电气设备制造检验暂行规程》都是这么要求的；
3）IEC60079-0：2003中的图例，其紧固件的头是放在护圈内的。
（7） 电缆压紧装置
“16.5 Ⅰ类电缆引入装置应有压紧装置，防止电缆的转动传递到连接件。”
煤矿井下电缆被意外拔、扭、拽的现象常发生。增加一个防拔压板非常必要。
（8） 将隔离开关操作机构锁住
“18.4 Ⅰ类开关柜的隔离开关操作机构在其断开位置时，应借助一个扣锁锁住。”
‘隔离开关操作机构在其断开位置’就是供电线路断电。这时，供电线路很可能有作业活动。此时如果合闸，就会出现危险。如果用扣锁锁住隔离开关的操作机构，而钥匙又由线路上的作业人员掌控，发生误操作的机率会降至零。
（9） Ⅰ类开关柜不具有自动重合闸功能
“18.5 如果Ⅰ类开关柜具有短路故障和接地故障的继电保护，则继电器动作后应锁定。”
煤矿井下的短路故障和接地故障不可能自动解除，必须由专人排除短路故障或接地故障。如果短路故障或接地故障保护继电器不被锁定，短路故障或接地故障保会重复发生、故障范围会随之扩大。
（10） Ⅰ类设备严重遭受外界冲击
“ 表4 冲击试验能量
|
|
冲击能量E，J |
|
设备类别 |
Ⅰ |
Ⅱ |
|
遭机械冲击的危险程度 |
高 |
低 |
高 |
低 |
|
1 保护网、保护罩、风扇保护罩、电缆引入装置
2 塑料外壳
3 轻金属合金或铸造金属外壳
4 项3以外的其他金属外壳其壁厚：
——小于3㎜的Ⅰ类设备；
——小于1㎜的Ⅱ类设备 |
20 |
7 |
4 |
|
5 无保护网的透明件 |
7 |
4 |
2 |
|
6 带保护网的透明件（试验时不带保护网） |
4 |
2 |
1 |
|
|
|
|
|
煤矿井下，在地压作用下，顶板冒落的情况时有发生。所以，遭受外力冲击的危险性高。因此试验条件相对严酷。
（11） Ⅰ类塑料外壳的试验
“对于Ⅰ类电气设备应做以下试验：
二只样品依次做耐热试验、耐寒试验、机械试验，最后做有关的防爆试验。
二只样品依次做耐油脂试验、机械试验，最后做有关的防爆试验。
二只样品依次做耐矿用液压液作用试验、机械试验，最后做有关的防爆试验。”
耐油脂试验和矿用液压液作用试验是和井下机械工作介质有关的试验。
（12） Ⅰ类电气设备防潮要求
“附录C（标准的附录）
……
C.1 Ⅰ类电气设备，均应按C.2的规定进行湿热试验。试验严酷等级应符合产品相应现行湿热带电工产品标准的规定，且至少为40℃、6d。
C.2 湿热试验按GB/T2423.4……的规定进行。”
煤矿的潮湿情况已如前述，所以，为保证电气设备的绝缘水平，电气设备应做耐潮试验。在这里，只是根据我国煤矿的具体情况,将IEC60079-0中 6.1的注做了明确规定。
在修订GB3836.1-83时,其送审稿明确规定, 试验严酷等级为40℃,高压电气设备21d,低压电气设备12d。“且至少为40℃、6d”，是针对煤矿用仪器仪表的。因为，在有的煤矿用仪器仪表的产品标准中，将试验严酷等级定为40℃、2d。
2. 在GB3836.2中的特殊要求
（1） 在GB3836.1中的特殊要求
（2） 用动压做耐压试验
按GB3836.2-2000的表6，动压做隔爆外壳耐压试验时,用（9.8±0.5）%的甲烷-空气混合物。
爆炸性气体混合物爆炸，会对外壳壁面产生压力。壁面的动力效应取决于爆炸的冲量。在图6中我画出了氢气-空气混合物和甲烷-空气混合物在密闭8L球形容器中的爆炸压力曲线。在密闭8L球形容器中，氢气-空气混合物的最大爆炸压力为0.74MPa,达到最大爆炸压力的时间是7ms；甲烷-空气混合物的最大爆炸压力为0.717MPa,达到最大爆炸压力的时间是70ms。
P1——氢气爆炸压力曲线；P2——甲烷爆炸压力曲线
图6 8L球形容器中的爆炸压力曲线
爆炸冲量IS是爆炸压力-时间曲线所包围的面积：
氢气-空气混合物的爆炸冲量：
甲烷-空气混合物的爆炸冲量：
式中：
P（t）——爆炸压力的瞬时值，Pa；
P0——爆炸性气体混合物的初始压力，0.1M Pa。
从图6中的曲线可以看出，甲烷-空气混合物的爆炸冲Is2量明显大于氢气-空气混合物的爆炸冲量Is1，即甲烷-空气混合物的爆炸动力效应更大。例如在汽车发动机中，为了保证较大的爆炸冲量，亦即为了提高做功能力，在其燃料中往往要添加阻爆剂。
（3） 不传爆试验用“三元气体”
按GB3836.2-2000的表6，Ⅰ类隔爆外壳的不传爆试验用甲烷-氢气空气混合物。混合物浓度为（12.5±0.5）%,其中,（58±1）%为甲烷，（42±1）%为氢气。
用（58±1）%甲烷是考虑了甲烷-氢气-空气混合物的爆炸冲量；（42±1）%氢气，是考虑提高甲烷-氢气-空气混合物的活泼程度、减小其最小点燃能量（即降低最大试验安全间隙）。
（4） 外壳材质
“C.1.1 采掘工作面用设备（包括装在采煤机上、装岩机、运输机等机械上的电气设备）的外壳须采用钢板或铸钢制成。其他零部件或装配后外力冲击不到的及容积不大于2000㎝3的外壳，可用牌号不低于HT250灰铸铁制成。……
C.1.2 非采掘工作面用电气设备，可用牌号不低于HT250灰铸铁制成。”
1）防止顶板冒落的岩石、煤块砸坏外壳；
2）钢板具有较高的搞拉强度、弹性较好；
3）铸铁壳被砸出的裂纹不被及时发现，会造成安全隐患；
4）铸铁壳碎片落入外壳，易造成壳内裸露带电体间短路；
5）小外壳、受冲击危险性较小的外壳，也要求用较好的铸铁制造。
（5） 塑料隔爆外壳
“C.1.4 外壳容积不大于2000㎝3时，可用非金属材料制成。……”
1）这里的非金属材料主要指塑料；
2）塑料外壳只允许用在2000㎝3以下的外壳上。这是因为塑料外壳结构强度与许多因素有关。
（6） 关于直接引入
“C.2 ……
电气设备符合下列两项条件时，允行采用直接引入方式：
a) 正常运行时不产生火花、电弧或危险温度；
b) 电气设备的额定功率不超过250W，且电流不在于5A。”
1）什么是直接引入？
2）正常运行时产生火花、电弧或危险温度的电气设备，如果直接引入时，引入装置处理不好，外壳就会形成对外的孔洞，这就等于在煤矿井下放着一个固定的点火源；
3）为什么额定功率不超过250W，且电流不在于5A的电气设备才允许直接引入呢？
① 它正常运行时不产生火花、电弧或危险温度；
② 额定功率不超过250W，且电流不在于5A的电气设备都是小容量设备，一般都制成永久引入电缆，引入装置在制造企业内就已装配好，不必在现场引入电缆。
（7） 螺纹隔爆结构的防松
“C.4 设备的螺纹隔爆接合面须有防止自行松脱的措施。”
为了可靠。
3. 在GB3836.3中的特殊要求
增安型电气设备要求在正常运行条件下不会产生电弧或火花，而且要进一步采取措施，提高其安全程度，防止产生电弧、火花或危险温度的可能性。
（1） 在GB3836.1中的特殊要求
（2） 特殊紧固
“ 4.10 紧固件
内部装有裸露带电零件的Ⅰ类电气设备，应采用符合GB3836.1-2000中9.2规定的特殊紧固件。”
由于煤矿井下的特殊性，防止无关人员将具有IP54防护等级的外壳打开，产生意外火花。
（3） 防滴水
“5.1.1 （旋转电机）外壳防护等级
……
b)安装在清洁室内并由经过专门培训过的人员检查管理的电动机:
Ⅰ类电动机的外壳须符合IP23的规定；
Ⅱ类电动机的外壳须符合IP20的规定。”
1） 井下可能出现地下水意外喷出；
2） 井下相对湿度高。硐室顶板可能有冷凝水珠滴落。
（4） 蓄电池箱材料
“5.6.1.1蓄电池箱（包括隔板和盖），应由钢板制成。Ⅱ类蓄电池箱允许用其他材料。”
防止井下发生的意外砸、碰、撞损坏外壳，引起危险。
（5） 蓄电池内的安全措施
“5.6.3.5 在Ⅰ类蓄电池内,每个带电部件应有绝缘层以避免产生泄痕电流和任何偶然接触。”
1）电解液的存在；
2）防止因振动造成带电部件位移，严重时，出现短路。
4. 在GB3836.4中的特殊要求
（1） 在GB3836.1中的特殊要求（相关部分）
（2） 外壳防护
“6.1 外壳
……
……当电路本质安全性能可能由于导电部件的接近受到损害（如电路中要求有可靠爬电距离）时，则需要外壳防护，并且按GB4208的防护等级不低于IP20。
外壳的防护等级应根据使用场所而定，例如，对于Ⅰ类电气设备其防护等级不低于IP54。”
1）应正确理解这条的规定。并不是所有本质安全设备都要求一定的防护；
2）对于Ⅰ类电气设备，如果壳内装有裸露带电体、又要求防护，则防护等级都是IP54。
（3） 小元件的表面粉尘层
“6.2.1 ……在Ⅰ类电气设备内部所要考虑的部位和元件上不应形成粉尘层。”
这主要考虑到粉尘层的点燃温度。
（4） 小元件的表面温度
“6.2.4 小元件
……
b)对于T4或Ⅰ类温度组别,小元件应符合表3 的规定。
|
总表面积S（不包括引线） |
对于T4和Ⅰ类的组别要求 |
|
S＜20㎜2 |
表面温度T≤275℃ |
|
20㎜2≤S＜10㎝2 |
表面温度T≤200℃ |
”
（5） 使用接地线的限制
“6.6 接地导体、连接和端子
……
注：Ⅰ类电气设备的本质安全电路一般不允许利用地线作为回路，但因需要接地保护的除外。”
因为流过地线的电流大小不可预知，它们并不总是具有本质安全性能。
（7） 对浇封外壳的冲击要求
“ 10.10 机械试验
10.10.1 浇封化合物
……
a) 对于Ⅰ类电气设备，在浇封化合物形成外壳的部分和用于隔离爆炸性环境时,所使用的冲击能量为20J；
b)对于其他电气设备，所使用的冲击能量为2J。”
20J的冲能是按GB3836.1中塑料外壳在具高机械冲击危险的试验能量。
5. 《煤矿安全规程》中的特殊要求
（1） 监测系统信号的防爆型式
“第一百六十条 ……
防爆型煤矿安全监控设备之间的输入、输出信号必须为本质安全型信号。”
保证井下环境处于爆炸界限时监控设备能安全实施监测。
（2） 变压器中性点不允接地
“第四百四十三条 严禁井下配电变压器中性点直接接地。”
防止人身触电危险。降低人体触电电流。
（3） 谁停电，谁才有权复电
“第四百四十五条 ……所有开关的闭锁装置必须能可靠地防止擅自送电，……开关把手在切断电源时必须闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”字样的警告牌，只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送电。”
这是由煤矿井下环境条件决定的。
（4） 电气设备为人体接触的部分应绝缘
“第四百四十六条 ……
（三） 手持式电气设备的操作手柄和工作中必须接触的部分必须有良好的绝缘。”
（5） 用电电压等级
“第四百四十八条 ……
……
（三） 照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V。
（四） 远距离控制线路的额定电压，不超过36V。”
（6） 关于油浸电气设备
“第四百五十四条 硐室外严禁使用油浸式低压电气设备。”
（7） 关于空气起动器的限制
“第四百五十八四条 40kW及以上电动机，应采用真空电磁起动器控制。”
60A以上电磁起动器都应是真空电磁起动器。
（8） 对保护的要求
“第四百五十五条 井下高压电动机、动力变压器的控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。
井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。
低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。”
（9） 煤电钻综合装置的保护
“第四百五十七条 ……
煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离起动和停止煤电钻功能的综合保护装置。”
上面的话换种说法就是，煤电钻综合保护装置必须具有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离起动和停止煤电钻的功能。
（10） 照明综合装置的保护
“第四百八十条 井下照明和信号装置，应采用具有短路、过载和漏电保护的照明信号综合保护装置配电。”
同样，井下照明信号综合保护装置应具有短路、过载和漏电保护。
（11） 通讯、信号和控制装置的防爆型式
“第四百八十一条 井下防爆型的通讯、信号和控制等装置，应优先采用本质安全型。”
对这一条，原东煤公司发文做过强制规定，即远控电路应为本质安全型。
对这一条，许多产品标准做出了相应规定，如煤电钻综合保护装置的控制电路、掘进机电控箱的控制电路等。
煤矿防爆电气设备的特殊要求是由煤矿的特殊生产环境所决定的。每一特殊要求都是花了一定代价得出的。所以，这些特殊要求都应在防爆产品标准和防爆产品中得到反映。希望在座各位老总、工程师，以煤矿安全为重，以社会公益为重，采用新技术、新工艺，提高劳动生产率，在提高企业效益的同时，提高防爆产品质量；挖掘企业潜力，加强质量管理，创建品牌防爆产品，争取取得企业效益和社会效益双赢的好结果。