防爆产品设计的常见原理

对于工业应用来说，有那么一部分产品的使用环境比较特殊，存在大量的易燃气体或粉尘，为了保证产品使用过程中的安全和使用者的人身安全，对这些特殊环境下的产品一般都要进行防爆认证，而作为一个电子工程师或产品设计者，也要根据产品的实际使用环境对产品进行合理设计。

主要是介绍爆炸的三要素、防爆设计的分类、各种防爆类型设计的原理、防爆电气设备的选型和引入方式等内容。

爆炸有三要素：满足爆炸浓度的可燃性混合物、助燃剂(氧化剂)、能量有效的点燃源。防爆措施最有效的一种方法就是控制点燃源。产品的防爆设计主要分为隔爆型防爆设计、增安型防爆设计和本安型防爆设计，对应的防爆产品分类为隔爆型防爆产品、增安型防爆产品和本安型防爆产品。

一、产品的防爆设计原理

1. 隔爆型防爆设计原理

将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，该外壳具有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开的作用，并能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，而外壳不被破坏;同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。具有隔爆外壳的电气设备称为“隔爆型电气设备”。隔爆性电气设备的标志为“d”，执行标准是GB3836.2。

2. 增安型防爆设计原理

增安型防爆设计是指设备正常运行时不会产生火花、电弧或危险温度。只有额定电压不高于11kV的电气设备及其部件，才允许制成增安型。增安型电气设备除须符合本安型规定外，还须符合通用要求的有关规定。值得注意的是，增安型的“增安”并不表示它更安全，增安只是表明了它的目的，跟设计本身没有关系，增安型到底安不安全要看设备本身性能及设备工作的环境的安全程度。增安型电气设备的标志为“e”。

3. 本安型防爆设计原理

电流所产生的热，火花和电弧是导致爆炸性气体混合物爆炸的主要点火源。本安型防爆设计的原理即是通过限止电路的电气参数或采取一定的保护措施，来达到削弱电流所产生的热效应及火花、电极的放电能量为目的，使电路系统无论在正常工作状态或者在故障状态下，所产生的热效应和火花都不能点燃爆炸性气体混合物。

本安型防爆设计需要重点关注储能元器件电容和电感，由于电感和电流本身的性能，在设备上电时，电感对电流有阻碍作用，在设备关闭时，电容对电流有续流作用，所以在进行电路设计时，要重点分析设备上电或关闭状态下，电感及电容对设备的影响，使影响到的参数降低到最低：火花能量最低，电流能量最小，火焰最小，温度最低。另外在对产品进行防爆设计过程中，要选择防爆型的电子元器件，保证电路的相关参数在规定范围内。本安型电气设备的标志为“i”。

二、防爆电气设备的选型

选用防爆电气设备时需要从以下几个方面考虑：

1.满足危险场所划分的危险区域来选用相应的电气防爆类型;

2.根据危险环境可能存在的易燃易爆气体/粉尘的种类来选择防爆电气设备的级别和温度组别;

3.考虑其他环境条件对防爆性能的影响(例如：化学腐蚀、盐雾、高温高湿、沙尘雨水，或振动的影响)。

三、引入方式

电气设备的引入方式分直接引入方式和间接引入方式。间接引入方式就是通过隔爆型接线盒，将电缆引入到设备内部。直接引入方式就是将电缆通过设备外壳直接引入到设备内部。电气设备只有符合正常运行时不产生火花、电弧或危险温度和额定功率不大于250W，电流不大于5A才允许采用直接引入方式。

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