隔爆外壳隔爆性能试验优化方案

隔爆外壳的隔爆性能试验（不传爆试验）的目的是用试验来验证隔爆外壳（隔爆型电气设备）的不传爆安全性能。

在试验时，试验样品的整备状态应该符合设计的全部要求，但是，不符合隔爆结构要求的衬垫应该被拆除。

隔爆性能试验通常在实验室环境条件下进行。

试验人员应该将试验样品放置在爆炸试验罐内，并在试验样品内和爆炸试验罐内同时充入相同浓度的同一种试验气体混合物；用低能点燃源点燃试验样品内的爆炸性气体-空气混合物；观察试验样品内的爆炸是否能够通过间隙点燃爆炸试验罐内的爆炸性气体-空气混合物。

1.Ⅰ类、ⅡA级和ⅡB级隔爆型电气设备的隔爆性能试验

Ⅰ类、ⅡA级和ⅡB级隔爆型电气设备的隔爆性能试验依照不同的结构情况可以按照下列任一种方法进行。

（1）当试验间隙符合0.9i_C≤i_E≤i_C时

在试验时，试验人员应该将隔爆外壳的所有隔爆间隙调整到一个所谓的试验间隙（i_E）值，即

0.9i_C≤i_E≤i_C （3.36）

式中　i_E——试验间隙（mm）；

i_C——图样上标注的结构间隙（mm）。

试验气体混合物的种类和浓度（体积比）如下：

●对于Ⅰ类设备，[甲烷（58±1）%/氢气（42±1）%]-空气混合物，（12.5±0.5）%。在这种混合物中，甲烷和氢气混合后再同空气混合。

●对于ⅡA级设备，氢气-空气混合物，（55±0.5）%。

●对于ⅡB级设备，氢气-空气混合物，（37±0.5）%。

这里需要指出的是，“图样上标注的结构间隙”是指使用相互耦合零件的零件图上标注的结构间隙公差偏差值计算得到的间隙（i_C）。

（2）当试验间隙不符合0.9i_C≤i_E≤i_C时

当制造商提供的试验样品的间隙不符合试验间隙的要求，也就是说，不符合式（3.36）时，试验人员可以使用下列任一种等效的方法进行试验。

1）方法一

当试验间隙（i_E）小于结构间隙（i_C）的90%时，用改变氢气-空气混合物浓度的方法进行试验。

试验气体混合物的浓度如下：

①对于Ⅰ类设备，0.9i_C＞i_E≥0.75i_C，氢气，（55±0.5）%。

0.75i_C＞i_E≥0.6i_C，氢气，（50±0.5）%。

②对于ⅡA级设备，0.9i_C＞i_E≥0.75i_C，氢气，（50±0.5）%。

0.75i_C＞i_E≥0.6i_C，氢气，（45±0.5）%。

③对于ⅡB级设备，0.9i_C＞i_E≥0.75i_C，氢气，（28±1）%。

0.75i_C＞i_E≥0.6i_C，氢气，（28±1）%（在0.04MPa条件下）。

2）方法二

当试验间隙（i_E）小于结构间隙（i_C）的90%时，用对正常的试验气体混合物进行预压的方法进行试验。

预压的压力值（压力表表压）为

P=[（i_C/i_E）×0.9-1]×101.325 （3.37）

式中　P——试验气体混合物的预压压力（kPa）；

i_C——图样上标注的结构间隙（mm）；

i_E——试验间隙（mm）；

101.325——1个大气压力（kPa）。

【例3.13】 假若试验样品的图样上标注的结构间隙i_C=0.19mm（<i_T=0.20mm），试验间隙i_E=0.16mm，则i_E/i_C=0.16/0.19≈0.84<0.9。于是，试验时人们应该对试验气体混合物（氢气）进行预压，按照式（3.37）计算即可得到预压压力值为

P=[（0.19/0.16）×0.9-1]×101.325kPa≈7kPa

（3）特殊情况

当制造商提供的试验样品在正常的隔爆性能试验中可能会遭到损坏时，试验人员可以使用增大间隙的方法进行试验。因为增大隔爆外壳的间隙可以更多地泄放外壳内的爆炸压力，所以就避免了外壳的破坏。

在增大间隙时，人们可以将设备的结构间隙乘以如下系数，便可以得到试验间隙：

①对于ⅡA级设备，1.42。

②对于ⅡB级设备，1.85。

在进行试验时，试验气体混合物应该采用（其中仍包含一定的安全裕度）：

①对于ⅡA级设备，丙烷-空气混合物，（4.2±0.1）%。

②对于ⅡB级设备，乙烯-空气混合物，（6.5±0.5）%。

增大后的试验间隙依然能够保证设备的隔爆性能。这个增大系数即代表性气体的最大试验安全间隙与试验气体混合物的最大试验安全间隙之比，对于ⅡA级设备，就是丙烷与试验气体混合物[氢气（55±1）%]的最大试验安全间隙之比，即0.92∶0.65=1.42；对于ⅡB级设备，就是乙烯与试验气体混合物[氢气（37±1）%]的最大试验安全间隙之比，即0.65∶0.35=1.85。由此可知，增大后的试验间隙（即结构间隙与增大系数之积）有可能不小于代表性气体的最大试验安全间隙。在这种情况下，能够通过隔爆性能试验，显然，它仍然是安全的。

Ⅰ类、ⅡA级和ⅡB级隔爆型电气设备的隔爆性能试验应该各进行5次。如果5次试验均没有引起爆炸试验罐内的试验气体混合物点燃，便可以认为被试的隔爆型电气设备隔爆性能合格。

2.ⅡC级隔爆型电气设备的隔爆性能试验

ⅡC级隔爆型电气设备的隔爆性能试验可以使用以下两种等效的方法中的任一种方法进行：增大间隙法和预压法。

（1）增大间隙法

在增大间隙法试验时，除螺纹式隔爆结构外，试验人员应该将所有的隔爆间隙按下式进行增大：

1.35i_C≤i_E≤1.5i_C （3.38）

式中 i_E——试验间隙，对于法兰式接合面，最小值为0.1mm；

i_C——图样上标注的结构间隙（mm）。

在大气环境条件下，试验人员应该同时向试验样品内和爆炸试验罐内充入下列任一种试验气体混合物（浓度为体积比）：

①氢气-空气混合物，（27.5±1.5）%。

②乙炔-空气混合物，（7.5±1）%。

对于每一种试验气体混合物分别试验5次。

如果隔爆型电气设备仅使用于氢气或乙炔环境的话，那么，试验仅使用相应的试验气体混合物进行5次就可以了（在耐爆性能试验符合要求的情况下）。

（2）预压法

在预压法试验时，试验间隙应该符合下式的要求：

0.9i_C≤i_E≤i_C （3.39）

式中 i_E——试验间隙（mm）；

i_C——图样上标注的结构间隙（mm）。

试验人员应该在1.5倍大气压力的压力值[即试验气体混合物的预压压力（压力表表压）约为0.05MPa]条件下，同时向试验样品内和爆炸试验罐内充入下列任一种试验气体混合物（浓度为体积比）：(www.xing528.com)

①氢气-空气混合物，（27.5±1.5）%。

②乙炔-空气混合物，（7.5±1）%。

对于每一种试验气体混合物分别试验5次。

如果隔爆型电气设备仅使用于氢气或乙炔环境的话，那么，试验仅使用相应的试验气体混合物进行5次就可以了（在耐爆性能试验符合要求的情况下）。

当试验样品的试验间隙不能符合式（3.37）的要求时，试验人员可以采用下式确定的预压压力值（kPa，压力表表压）对试验气体混合物预压后进行试验：

P=[（i_C/i_E）×1.35-1]×101.325 （3.40）

式中 i_E——试验间隙（mm）；

i_C——图样上标注的结构间隙（mm）。

试验气体混合物仍然是上述混合物，依然是试验5次。

3.隔爆性能试验时的一些特殊问题

（1）当电气设备预期使用环境温度大于60℃时，隔爆性能试验的试验条件

对于预期使用在环境温度大于60℃环境中的隔爆型电气设备，隔爆性能试验应该在下列任一条件下进行：

①试验环境温度不小于规定的最高环境温度。

②在试验室环境条件下，对试验气体混合物进行预压。预压系数如表3.17中所示的规定值。

③在试验室环境条件下，增大试验的间隙值。间隙增大系数如表3.17中所示的规定值。

表3.17 不同温度条件下试验气体混合物的预压系数和试验间隙的增大系数①

①引自GB 3836.2《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》。

②这些系数是对应温度大于60℃时的温度折算值。所有试验都应该按照相应试验的试验要求进行。

③CH₄/H₂表示CH₄为（58±1）%，H₂为（42±1）%，是甲烷和氢气的混合型可燃性气体。

分析可知，当隔爆型电气设备的结构间隙一定时，它的运行环境温度越高，“传爆”的可能性越大。因此，必须使用较为严格的试验条件进行考核。

“预压”和“增大间隙”就是这样的考核方法。预压可以提高爆炸压力，增强爆炸生成物的穿透能力；增大间隙显然可以增大缝隙的传爆能力。在这样的试验条件下，试验样品能够通过试验，它就可以安全地运行在相应的高温环境中。

另外，从这样的试验中，设计人员应该得到启示，在设计预期使用于高温环境下的隔爆型电气设备时，应该采用较小的结构间隙，而不是逼近标准间隙的较大的间隙值。

（2）当隔爆结构为螺纹式结构时，试验结构尺寸的调整

在进行隔爆型电气设备的隔爆性能试验时，对于螺纹式隔爆结构，试验人员应该按照表3.18所示，将螺纹式隔爆接合面的轴向长度适当地缩小。

表3.18 在隔爆性能试验时螺纹式隔爆接合面轴向长度的减小量①

①引自GB 3836.2《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》。

（3）当隔爆结构为止口式结构时，试验结构尺寸的调整

在进行隔爆型电气设备的隔爆性能试验时，对于止口式隔爆结构，如果接合面的宽度（L）只有圆筒部分构成，试验人员应该将接合面平面部分的间隙适当地加大：

①对于Ⅰ类和ⅡA级设备，间隙可以增大到1mm。

②对于ⅡB级设备，间隙可以增大到0.5mm。

③对于ⅡC级设备，间隙可以增大到0.3mm。

（4）当隔爆结构是由不同材料制成时，隔爆性能试验的试验条件调整

当隔爆型电气设备外壳上使用不同材料制成的零件构成隔爆结构时，由于耦合零件的材料具有不同的温度膨胀系数，所以当温度变化时它们之间的配合间隙就会发生变化。这直接影响着这里的隔爆性能。因而，人们必须用试验来考核这种结构。

在隔爆性能试验时，人们可以采用增大试验间隙法或提高初始压力法。

1）增大试验间隙法

在试验室环境条件下，用增大的试验间隙进行试验。

试验间隙值应该调整为

0.9i_c，max≤i_E≤i_c，max （3.41）

式中 i_E——试验间隙；

i_c，max——计算间隙值[即在标准环境温度（20℃）时的最大结构间隙与在规定的最高（预期）环境温度T_a，max时的间隙增量之和（参见例3.8）]。

2）提高初始压力法

在试验室环境和试验气体混合物预压的条件下，用最大的结构间隙进行试验。

初始压力即预压压力值（kPa，压力表表压）应该为

P=[（i_c，max/i_E）×0.9-1]×101.325 （3.42）

式中 i_c，max——计算间隙值[同式（3.39）]；

i_E——试验间隙，即在标准环境温度（20℃）条件下最大的结构间隙。

（5）当隔爆型电气设备外壳上安装阻火元件式隔爆结构时的特殊要求

对于隔爆外壳上安装阻火元件式隔爆结构的隔爆型电气设备，在进行隔爆性能试验时，通常情况下，试验人员依然应该采用适于普通隔爆结构的Ⅰ类、ⅡA级和ⅡB级隔爆型电气设备的试验方法，但是，对于ⅡC级隔爆型电气设备，试验方法则有一些不同。

当ⅡC级隔爆型电气设备外壳上安装诸如金属格网式隔爆结构或金属微孔式隔爆结构时，隔爆性能试验应该在下列条件下进行：

①点燃源设置在距离阻火元件表面10～15mm处。

②试验气体混合物及其浓度（体积比，在大气条件下）为

●氢气-空气混合物，（40±1）%。

●乙炔-空气混合物，（10±1）%[富氧，氧气浓度为（24±1）%]。

③试验应该分别进行5次，以均不发生外部点燃为合格。

这里需要指出的是，假若隔爆型电气设备外壳上安装多个阻火元件式隔爆结构的话，那么，试验人员应该在每一个这样的隔爆结构处各点燃5次，以检验它们的隔爆性能。

（6）当隔爆型电气设备上具有塑料材料构成隔爆接合面的隔爆结构时的特殊要求

当隔爆型电气设备中隔爆结构由塑料材料构成（例如塑料外壳、绝缘套管、端子套等）时，试验人员应该对这些部分进行“火焰烧蚀试验”。

在试验之前，试验人员应该将平面式隔爆接合面和止口式隔爆接合面的平面部分的间隙调整在0.1～0.15mm的范围内。

在试验时，人们应该按照“最大爆炸压力测定”时的要求进行试验，只是试验次数不同，对于Ⅰ类、ⅡA级和ⅡB级设备，试验应该进行50次；对于ⅡC级设备，试验应该分别使用氢气-空气混合物和乙炔-空气混合物各进行25次。然后，试验样品再承受隔爆性能试验。如果隔爆性能试验通过，则试验样品合格。

这里需要说明的是，如果隔爆型电气设备的内容积不大于50cm³且所用材料又通过了国家标准GB/T 5169.16—2008《电工电子产品着火危险试验 第16部分：试验火焰50W水平与垂直火焰试验方法》规定的试验，则这样的设备可以不承受此项试验。

除此之外，对于另外一些特殊隔爆结构，例如，浇封式隔爆结构以及由塑料材料制成的隔爆外壳等，除了进行上述的耐爆性能试验和隔爆性能试验以外，还应该进行一些其他的补充试验。这些补充试验，请读者参看中国的有关现行国家标准（GB 3836.1，GB 3836.2）和国际电工委员会（IEC）的有关出版物（IEC 60079-0，IEC 60079-1），这里不再赘述。