IIC级隔爆型防爆接线盒的防爆结构设计_张湄

1． 引入装置组件 2． 接线盒座 3． 紧固件 4． 接线盒盖 5． O 型密封圈 6． 压紧螺母 7． 密封圈 8． 座式接线端子 9． O 型裸压着端子 10． 电缆
图 5 防爆接线盒（ 电缆布线引入方式） 结构示意图
1． 压紧元件 2． 接线盒座 3． 紧固件 4． 接线盒盖 5． O 型密封圈 6． 金属垫圈 7． 密封圈 8． 座式接线端子 9． O 型裸压着端子 10． 电缆 11． 钢管
防爆接线盒内部需使用电缆芯线和接线端子 相连，例如，电缆芯线常常采用 O 型裸压着端子冷 压压接后，再将 O 型裸压着端子接在接线座或 TB 端子排上。电缆芯线也可以端部剥线后，直接接在 UK 端子排上。O 型裸压着端子如图 2 所示。
座式接线端子
TB 端子排
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图 1 接线端子和端子排
UK 端子排
图 2 O 型裸压着端子示意图
2 电气设计
2． 1 电缆选型 根据防爆接线盒使用功能的额定电参数进行
电缆 选 型，防 爆 接 线 盒 常 用 的 电 压 等 级 是 AC380V 或 AC220V，如果是作为照明或者配电使 用的话，每根引入电缆可以选用 3 芯和（ 或） 5 芯 电缆，芯线分别是相线、零线、保护地线。依据一 般需要和常用的电缆额定载流量，每根芯线应能 够至少承受 10 A 或 16 A 额定电流，于是，每根芯 线的截面积可以选择 2． 5 mm2 或 4 mm2 ，例如，按 照国家标准 GB 5013． 4—2008［4］，可以选择 YCW 型 3 × 2． 5 或 3 × 4 电缆。 2． 2 接线设计
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《电气防爆》 2016 年 9 月 第 3 期
若使用导管布线方式的话，钢管内部和接线 盒之间的引出线可以选用电缆，也可以使用电线。 需要注意的是，防爆接线盒的电缆或电线的引入
口和钢管连接处，宜使用一个过渡压紧元件，达到 先压紧密封圈后才可以连接钢管，钢管连接有困 难时可以增加活接头［2］。如图 6 所示。
防爆接线盒内部元件的电气设计决定了外壳 结构。外壳结构设计首先需要选择外壳材质，既 要保证外壳强度，又要轻便美观，一般地，外壳材 料选 用 ZL102 铸 造 铝 合 金。根 据 GB / T 1173— 2013 标准［6］，ZL102 的含镁量不大于 0． 1% ，含钛 量不大于 0． 2% ，符合 GB 3836． 1—2010［7］中 II 类 EPL 为 Gb 的电气设备关于镁、钛含量不超过 7． 5% 的要求。
·电器设计· IIC 级隔爆型防爆接线盒的防爆结构设计
欋欋欋欋欋欋氠 电器设计
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IIC 级隔爆型防爆接线盒的防爆结构设计
张 湄1 ，张海鸥2 （ 1． 北京实验学校，北京 100037； 2． 天津化工研究设计院有限公司，天津 300131）
［关键词］防爆接线盒； 引入装置； 布线方式； 电缆； 电线； 芯线 ［摘 要］根据有关防爆电气国家标准和防爆设备电气安装特点，结合隔爆型防爆技术要 求，论述了 IIC 级隔爆型防爆接线盒的防爆结构设计要点。 ［中图分类号］TM303 ［文献标识码］A ［文章编号］1004 － 9118（ 2016） 03 － 0017 － 05
0 引言
防爆接线盒是常见的防爆电气设备，在石油 化工场所大量使用。但通过对市场调查发现，很 多制造商在产品设计上存在缺陷，甚至出现严重 质量问题，一些石化企业安装施工的承包商由于 防爆知识欠缺，安装、使用存在安全隐患。因此， 在总 结 防 爆 接 线 盒 设 计、制 造、安 装 经 验 的 基 础 上，本文提出了 IIC 级隔爆型防爆接线盒的防爆 结构设计要点。
防爆接线盒内部经常使用的接线方式是座式 接线端子接线，使用螺母和弹簧垫圈压紧 O 型裸 压着端子。一般地，一个接线柱上可以压紧两个 压着端子，可以由两个接线柱之间使用连接片跨 接后接相线，由另外两个接线柱之间使用连接片 跨接后接保护地线，其中内接地 4 根线应该接在 内接地端子上，接线方式如图 3 所示。
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为 25 mm，此时，对应的最小引入电缆外径分别是 9 mm、11 mm、12 mm、15 mm。按照 GB 3836． 2— 2010 标准规定，密封圈的长度设计值为 20 mm。 为了保证密封圈压紧电缆所需要的弹性，其邵氏 硬度应在 45° ～ 55°之间。
隔爆型 防 爆 接 线 盒 的 防 爆 级 别 一 般 有 IIA 级、IIB 级和 IIC 级，其中 IIC 级隔爆型防爆接线盒 适用于爆炸性危险场所中含有 IIA、IIB、IIC 级气 体的 1 区或 2 区环境，防爆级别高，生产量大，使 用面广。
目前，市场上常用的防爆接线盒存在的问题 有： 空腔太小不便于接线，防护等级（ IP） 低造成 进水严重，密封圈设计不合理造成密封性能下降， 隔爆间隙超差失去防爆性能，现场安装缺少过渡 压紧元件，安装布线方式错误，接地方法错误等。 因此，需要从防爆接线盒的防爆结构设计和安装 使用中预防这些问题。
根据经验数据，外壳壁厚可以选择 6 ～ 8 mm 压铸外壳。为了方便接线的需要，内部腔体空间
1． 壳体 2． 金属垫圈 3． 堵头 4． 密封圈 5． 压紧螺母 6． 电缆
图 4 电缆引入装置结构示意图
为了提高防爆接线盒的防护性能（ IP） ，防止 进水进尘，外壳防护等级设计为 IP65，需要在盖 上设计 橡 胶 密 封 垫 圈。橡 胶 密 封 垫 圈 可 依 据 GB / T 3452． 1—2005标准［9］，选用规格为 128 × 2． 65 － G － N 的 O 型圈。经计算可知，接线盒盖和 接线盒座可压紧的余量为 0． 205 mm，能够保证密 封作用。依据 GB / T 70［10］和 GB / T 93［11］标准，外 壳接线盒座和接线盒盖之间紧固件采用 4 个内六 方紧固螺栓（ M8 × 25，8． 8 级） 和 4 个弹簧垫圈紧 固压紧并防松。
Abstract： According to the relevant explosion － proof electrical national standards，and the characteristics of the explosion － proof electrical equipment installation，combining flameproof explosion － proof technology，this paper discusses explosion － proof structure design points of the IIC grade flameproof explosion － proof junction box ．
3 结构设计
3． 1 引入装置 防爆接线 盒 引 入 装 置 是 由 密 封 圈、垫 圈、堵
头、压紧螺母和电缆组成的。引入装置的设计思 路是，根据电缆或电线的外径尺寸选择适合的密 封圈，再根据密封圈尺寸设计垫圈、堵头和压紧螺 母尺寸，从而确定引入装置的轴向尺寸和径向尺 寸。
首先，需要确定密封圈尺寸。根据国家标准 GB 5013． 4—2008［4］ 选 择 电 缆 规 格，例 如，选 择 YCW 型 3 × 2． 5 或 3 × 4 电缆。从该标准查表得 所选电缆外径分别为 10． 9 ～ 14 mm（ YCW 型 3 × 2． 5） 和 12． 7 ～ 16． 2（ YCW 型 3 × 4） ，因此，引入装 置密封圈可以选择内径 d、d1 、d2 、d3 的设计值分 别为 10 mm、12 mm、14 mm、16 mm，外径的设计值
1． O 型裸压着端子 2． 接线柱 3． 接线座 4． 接地端子 5． 接线盒座 6． 连接片
图 3 座式接线端子接线示意图
其次，需要设计密封圈两端的垫圈和压紧螺 母尺寸，保证密封圈在使用时压紧电缆，若不引入 电缆时，则需要压紧堵头，如图 4 序号 3 所示。需 要注意的是，压紧螺母在压紧垫圈、密封圈、垫圈 时，应留有压紧余量，且压紧螺母端部可弯曲电缆 进线口处应有 75°圆角，确保不会损坏电缆； 压紧 螺母压紧密封圈的一端应有 n × 45°倒角（ n ＞ 2） ， 以免由于螺纹退刀槽的影响而不能压紧密封 圈［5］，如图 4 所示。 2． 2 外壳结构
DOI： 10． 14023 / j． cnki． dqfb． 2016． 03． 005
Explosion － proof Structure Design for IIC Grade Flameproof Explosion － proof Junction Box Zhang Mei 1 ，Zhang Hai － ou2
不能太小，须满足接线安装的需要，因此内腔的直 径设计值为 120 mm，高度的设计值为 80 mm，计 算得知内部容积为 904 cm3 并选择圆筒式隔爆接 合面； 经查 GB 3836． 2—2010 标准［8］表 2 可知，当 腔体内部净容积为 500 ～ 2000 cm3 ，IIC 级时，圆筒 接合面可选择对应的接合面最小宽度为 12． 5 mm 时，对应的最小间隙值为 0． 15 mm，即隔爆接合面 参数为 L ≥12． 5，ic≤0． 15。
防爆接线盒引入、引出电缆的安装方式分为 电缆布线方式和导管布线方式［2］： 电缆布线方式 是由电缆引入或引出防爆接线盒； 导管布线方式 是采用钢管和引入口相连接，钢管和引入口之间
［收稿日期］2016 － 08 － 10 ［作者简介］张湄，女，1999 年生，研究方向为车辆工程及电气防爆技术。
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（ 1． Experimental School of Beijing，Beijing 100037； 2． Tianjin Chemical Ｒesearch and Design Institute Co． LTD． ，Tianjin 300131）
Key words： explosion － proof junction box； introduction of device； wiring way； cable； wire； conductor
防爆接线盒外壳及内部装配后结构如图 5 所示。 2． 3 导管布线
接线盒在实际使用时，可选用直接引入、引出 电缆布线方式（ 如图 5 所示） ，也可以使用通过导 管引入、引出布线方式。导管布线方式所用配线 钢管应使用重规螺纹钢管、无缝钢管或符合 GB / T 14823． 1—1993［12］标准规定的焊缝钢管。
《电气防爆》 2016 年 9 月 第 3 期
有一个过渡压紧元件，钢管内可由电缆或电线引 入或引出防爆接线盒。当采用电线时，必须通过 导管将电线引入、引出防爆接线盒，引入装置可采 用多孔密封圈式引入装置或浇封式引入装置。
防爆接线盒通常有隔爆型接线盒和增安型接 线盒两种型式。隔爆型防爆接线盒，是依靠隔爆 外壳保护 的 接 线 盒。 所 谓“隔 爆 外 壳 ”是 指 这 样 一种外壳，它允许进入内部的爆炸性气体 － 空气 混合物在外壳内发生燃烧爆炸，但是不允许爆炸 生成物将外壳爆破，或者，从外壳内部通过通往外 壳外部的任何通道窜到外壳外部，点燃周围的爆 炸性气体 － 空气混合物［3］。
防爆接线 盒 二 通 结 构 的 电 缆 引 入 是 一 进 一 出，三通结构的电缆引入多为一进两出，四通结构 的电缆引入多为两进两出或一进三出。举例说 明，如果采用四通结构，则引入和引出电缆的芯线 数量共 4 × 3 = 12 根，需要有 12 个接线端子。此
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时，可以选用座式接线端子、TB 接线端子或 UK 接线端子排结构，如图 1 所示。
防爆电气 设 备 是 指 爆 炸 性 环 境 用 的 电 气 设
备，防爆 接 线 盒 是 一 种 常 见 的 防 爆 电 气 设 备［1］。 一般情况下，防爆接线盒是用于照明、动力、检修 或配电线路中接线用的，按照使用功能特点和相 应的引入装置数量不同，分为二通、三通、四通结 构等。使用时，将电缆引入防爆接线盒内部，通过 端子排或接线座的接线端子接线后，再用另外的 电缆引出至防爆接线盒外部。