充砂型电气设备防爆原理

充砂型电气设备的标志为“q”。

充砂型电气设备的防爆原理是：在电气设备的外壳内充填石英砂粒，将设备的导电部件或带电部分埋在石英砂防爆填料层之下，使之在规定的条件下，在壳内产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或石英砂材料表面的温度都不能点燃周围爆炸性混合物。充砂型电气设备用于在使用时活动零件不直接与填料接触的、额定电压不超过6kV的电气设备。

充砂型电气设备防爆措施及技术要求

为保持电气设备良好的防爆性能，充砂型电气设备的外壳必须用金属材料制成，也可以采用不燃性或难燃性材料，但不能用性能不同的其他材料代替。为承受各种施加在外壳上的冲击力和机械力，外壳应具有足够的机械强度，并留有一定的安全系数，并且不渗水和漏水。

外壳的防护等级应不低于IP54。在外壳上配置的电缆引入装置，其防护等级应与外壳防护等级相同，并能承受规定的电弧电流Ia所产生的应力而不损坏。电弧电流Ia是指在充砂型电气设备的填充层内，由短路引起的持续电孤电流的平均有效值。而短路电流Ice是指充砂型电气设备在供电网路的连接处，在完全短路的情况下流过电流的计算值。对于电压不超过6kV的设备，短路电流Ice和实际产生的电孤电流可根据下式计算：

壳内的防爆填充剂为不含金属微粒的干燥石英砂，颗粒大小为0.25~16mm，绝大多数颗粒为0. 5~1.25mm。石英含量不低于96%，含水量不超过石英砂总重量的1%。为了使填充剂保持良好的防爆性能，作为填充剂的石英砂应经过憎水处理，憎水处理覆盖层的耐热性要和埋在填充剂中的电气设备的温度一致。充填石英砂保护层时要尽量使外壳内的所有空隙填满。为此，在充填砂粒时应使用振动器，使砂粒在频率为25~50Hz,和振幅为1.0±0.2mm、振动时间不小于5min的振动条件下充实，并达到一定的密实度和高度。当填料高度刚能阻止规定的电流和持续时间的电弧点燃外部爆炸性混合物时，称这个填料高度为充砂型电气设备的填料保护层的最小安全高度，即壳内电气设备的带电部件到填料表面或外壳壁最短距离，用H0表示。最小安全高度H0要通过引爆试验确定。但当电压不超过1500时，不得小于30mm；电压超过1500V时，不得小于50mm。

为了缩小填充层的最小安全高度，减少设备的体积，减轻重量，可在填料中放入不锈钢或其他耐腐蚀的且全部面板开孔的金属板作为隔离用的格网。板上所开孔的直径为8~10mm，各孔中心的距离为50~70mm。当电气设备的容积小于25L时，格网的最小孔可放宽到5mm，各孔的最小中心距离可放宽到25mm。格网的厚度应能在静态负荷P的作用下，保证其变形不大于1.2mm或采用加强筋加强，加强筋应位于储备层一边。静态负荷P由下式计算：

P=0.25Ia

式中 Ia——电弧电流，A；

P——格网静态负荷，N。

格网要固定在外壳内，与外壳做良好的导电连接。固定格网的紧固件应能承受格网静态负荷P的作用。当填充层加入格网后，保护层高度是指外壳内电气设备的带电部件与格网之间的最短距离，用hea表示，计算公式如下：

式中 Ia——电弧电流，A；

t——电弧持续时间（或短路持续时间），它是指电气设备的保护开关从开始脱扣到电流完全消失为止的整个断开时间，s；

hea——保护层高度，cm。

而格网至外壳壁的充填层称为储备层，是用来弥补保护层中偶然出现的空洞。从格网到外壳壁的最短距离称为储备层高度，用“ d ”表示。储备层高度d应不小于0.2倍的保护层高度hea，并应不小于10mm。此时，最小安全高度h0为保护层高度hea和储备层高度d之和，即：h0=hea+d。

充砂型电气设备由于使用位置的不同，对壳内格网的要求也不同。只有一种使用位置的充砂型电气设备格网要置于电气设备的上部，壳内电气设备上部填料覆盖的厚度不低于最小安全高度h0。任意使用位置的电气设备，格网要完全包围安装在外壳内的电气设备。任何方向的填料覆盖厚度不小于最小安全高度h0。为了能使运行中的电气设备的充填自由面上部出现的空隙最小，并且一旦有空隙能及时观察和补充填料，要在设备外壳上安装一个或几个观察窗，观察窗结构要牢固，采用与外壳相同的材料制成。观察窗上的透明件要采用玻璃或其他抗机械冲击、热冲击、透明良好的材料制成。

为保证设备的安全运行，充砂型电气设备的各带电零件间的距离应符合下表的规定。

表中，A组数值是指裸露带电零件之间、裸露带电零件与内部接地导电部位之间、绝缘绕组与外壳之间的最小距离；B组数值是指裸露带电零件与外壳壁之间的最小距离。若电气设备的额定电压不超过500V，并制成不可拆卸的封闭结构，其外壳防护等级不低于IP65，对裸露带电零件之间的最小距离可放宽到4mm，裸露带电零件与外壳壁之间的最小距离可放宽到5mm。

充砂型电气设备壳内的绕组要有足够的绝缘强度（不考虑填料的附加绝缘作用），所用的绝缘材料要符合相应的绝缘材料耐热等级的规定。埋入填充层中的带电零件或带电零件与外壳壁之间不能装有任何由有机材料制成的零件，以防止电孤引起的高温损坏设备零件。

充砂型“q”箱体防护等级的要求

由充砂型“q”保护的电气设备、电气设备部件或Ex元件的箱体，在其正常运行条件下，即在正常使用中所有开口都闭合的情况下，至少应符合GB/T 4208规定的IP54防护等级的要求。如果防护等级为IP55或更高，且箱体不是气密型，则箱体应配置呼吸装置。采用呼吸装置的箱体至少应符合GB/T 4208规定的IP54防护等级的要求（例如：装有电池或蓄电池的箱体），应在未装填料的空箱体上进行防护试验。防水试验结束时箱体内不应有可见的水。

注1：进行防护试验时，为了判定箱体内是否有粉尘或水进入，可能需要破坏箱体，因此需要准备两个试验样品，分别进行防尘、防水试验；

注2：当箱体也是外壳时，GB/T 3836.1对外壳的试验要求适用；

注3：对于由充砂型“q”保护的电气设备、电气设备部件或Ex元件中装有电池或蓄电池的箱体，应安装呼吸装置，当电池或蓄电池的容量不大于1.5Ah或者正常运行条件下不释放气体，并且符合GB/T 3836.3中对容量25Ah以下的原电池和蓄电池的要求时，可不安装呼吸装置。

对于由充砂型“q”保护的箱体或电气设备部件，如果仅在洁净、干燥的房间内使用，防护等级可降至IP43。对于这种设备，应按照GB/T 3836.1的要求，在防爆合格证编号后加符号“X”，并且防爆合格证规定的特殊使用条件中应详细说明使用限制条件。

当由充砂型“q”保护的Ex元件安装在符合GB/T 3836.1规定的其他防爆型式的外壳内时，外部外壳的防护等级至少应为IP54。如果Ex元件的安装位置使其不可能受任何少量可能进入外壳的水影响，则不需要规定内部箱体的防护等级。

注4 ：对于安装在符合GB/T 3836.1要求的另一外壳内的Ex元件，由于外壳提供了冲击和跌落保护，GB/T 3836.1规定的外壳冲击试验和跌落试验一般不再适用。

对于由充砂型“q”保护的箱体，其最大间隙至少应比规定的填充材料最小尺寸小0.1mm。这里的填充材料应为石英或固体玻璃颗粒，应按照ISO 2591-1的程序确定为干燥材料，颗粒大小应在规定的筛子规格范围内：

a.GB/T 6003.1或GB/T 6003.2公称孔径为1mm的筛网；

b.GB/T 6003.1公称孔径为500um的筛网。

注5：对间隙尺寸的限制目的是为了防止填料泄漏；

注6：制造商的文件应提供颗粒材料的技术要求、颗粒尺寸范围、填充方法以及保证正确填充的措施。