浅谈矿用防爆电气设备的保护技术

矿井下的作业环境恶劣， 爆炸性物质如同定时炸弹，时刻威胁井下作业人员的生命安全。针对这种特殊环境，实际生产过程中需使用矿用防爆电气设备。由于矿井作业中电气设备持续运转，难免会出现电弧、电火花或者局部过热等异常情况，成为爆炸的导火索。防爆电气设备则采取全方位、多层次的严格保护措施，从设备的结构设计到电路控制方面，再到系统保护上，均成为矿井生产正常运行的重要保障。电气自动化与智能化技术的飞速发展也矿用防爆电气设备的保护技术带来了新的变革。

1.矿用防爆电气设备的重要作用

电气设备在矿井作业中必不可少，能够减少人力成本，提高工作效率。但是由于恶劣的环境极易发生爆炸，因此，矿井下的电气设备通常需要具有防爆功能，即矿用防爆电气设备。 该类设备的设计理念与保护机制均高于一般电气设备，能够从源头上有效阻断点火源与爆炸性介质的接触。矿用防爆电气设备不仅保护着电气设备自身的安全运行，还守护着整个矿井生产系统。其中，防爆风机保障矿井空气流通，为井下作业人员提供氧气、稀释有害气体；防爆水泵能够及时排出积水，防止井下发生水患危害工人生命；靠防爆灯具为井下作业提供了充足的光线。矿井的每一个关键生产环节都离不开防爆电气设备。

2.矿用防爆电气设备发展现状分析

我国矿用防爆电器行业近年来保持稳定增长态势。矿用防爆电器行业的快速增长国家政策的驱动，同时，煤炭行业的整合力度加大、安全生产标准的提高、技术进步带来的产品升级换代也推动了矿用防爆电气行业的发展。我国防爆电器行业企业数量众多，以民营企业为主，但企业规模与质量参差不齐，出现了两极分化的态势。行业内的主要企业包凭借技术优势与品牌效应，占据了较大的市场份额。目前，防爆电器已纳入“CCC 强制性产品认证”管理，其质量水平也逐步提高。矿用防爆电器企业的生产企业主要集中在工业基础较好的地区，而产品的需求市场则主要集中在煤炭资源丰富的地区。山西省作为我国传统煤炭生产基地，对矿用防爆电器的需求尤为旺盛。

3.矿用防爆电气设备的保护技术

矿用防爆电气设备是用于具有爆炸性危险环境中的特种电气设备，其设计与制造需严格遵守防爆要求。矿用防爆电气设备的分类方式多样，可按防爆原理、使用场所、设备类型等不同维度进行划分，本文按照防爆原理分类研究。

3.1 加装保护外壳

加装保护外壳是消除潜在点火源的防爆措施。矿井下的潜在点火源包括电气设备自身产生的电弧、火花。消除潜在点火源采用密封与浇封等方式。密封技术是使用高性能的密封材料、先进的密封工，将内部电路与外部爆炸性环境完全隔离，使得电弧、火花等无法逸出设备外部。浇封技术将可能产生电弧、火花的电气元件完全浇注在特殊的复合材料之中，形成一层致密的保护层，不仅能够有效防止电弧、火花的外泄，还能起到散热、绝缘的作用，进一步增强了设备的安全性。防爆外壳结构坚固，为电气内部构建相对独立的安全空间。当设备内部不幸发生爆炸时，外壳卓越的强度能够承受爆炸产生的冲击力，防止爆炸蔓延到外部环境，造成生命财产损失。外壳的隔爆接合面还具有冷却火焰、降低喷出物温度的作用。爆炸产生的火焰、高温气体，在碰到防爆外壳接触面时，由于接合面采用的特殊结构及材质，温度会迅速下降，低于爆炸性混合物的燃点，从而不会发生引爆。

3.2 本质安全电路

本质安全电路是通过限制能源释放强度实现防爆的典型。从设备的电路设计开始，就采用先进技术，限制电路的电压、电流等电气参数，让设备在正常工作中或才即使出现故障，产生的电火花或热效应，也不会引爆空气混合物。点燃爆炸性混合物需要超过最小引燃能量，本质安全电路限制了电路产生能量，从根本上消除了爆炸隐患。本质安全技术在低功率设备中应用较多，比如传感器、通讯设备等，保障了低功率设备的正常运行。本质安全防爆技术结构简单、维护方便，具有较高的安全性，相比于防爆外壳，设备的制造成本与维护难度均有所降低。

3.3 采取增安措施

矿用防爆电气设备中的接线端子、绕组等出现故障，也容易引发安全事故，因此需采取增安措施增强电气设备的安全性处理。首先，提高绝缘等级是重要的增安措施。部件的绝缘性能与材料材质、结构、厚度均有关联，应选择先进的高性能绝缘材料，增加绝缘层的厚度，防治出现漏电或短路的故障。其次，电气间隙、爬电距离均需适当增大，两个部件之间的最短空气距离、两个导电部件之间沿绝缘材料表面的最短距离均需符合一定的标准。最后，在链接两个导体时，需采用科学的连接方式，并选用高质量的连接材料；连接后要检查是否牢固，防治因松动产生接触电阻增大或发热等问题。

3.4 自动切断装置

在极端紧急情况下，需启动自动切断装置，防治事故扩散。当电气设备内部发生异常时，自动切断装置迅速感知到，并立即切断电源，有效地防治了事故进一步扩大，保护了外界环境。常用的自动切断装置包括热继电器、熔断器、断路器等。热继电器利用热效应原理切断主电路的保护电器，主要由热元件、电流整定装置、触点、动作机构、温度补偿元件、复位按钮及其他附件组成，主要用作电动机的长期过载保护。熔断器在电路中出现过流或短路时，其中的熔体会迅速熔断，达到切断电路的目的。断路器具有过载、短路、欠电压等多种保护功能，能够在各种异常情况下快速切断电路，保障设备与人员的安全。这些自动切断装置相互配合，形成了一个完善的保护体系，为矿用防爆电气设备的安全运行提供了有力保障。

3.5 加强电网保护

在矿用防爆电气设备体系中，电网是中枢神经，一旦电网出现故障，整个电气系统将会停摆，矿井的生产也被迫停止。首先，电气系统常会发生漏电，需要进行精准监测。漏电通常包括分散性漏电、集中性漏电。分散性漏电是由于井下环境湿度大、部分设备年代久远绝缘老化等引起的，当多处绝缘电阻降低，就会出现多个部位的电流泄露’集中性漏电产生的原因是电缆破损、设备内容发生绝缘损坏等。漏电保护装置采用先进的传感器技术，实时采集电网中的电流、电压等参数；当检测到电网漏电时，保护装置立即以极快的速度切断故障线路，有效避免发生人员触电事故，也有效地防止了因漏电产生火花而引发的爆炸事故。其次，过流保护对于电网来说也必不可少，主要包括短路保护、过负荷保护、断相保护、电机堵转保护等多个方面。短路保护是在电路发生短路故障时，迅速切断电源，防止因短路产生的大电流对设备及线路造成严重损坏；过负荷保护是在设备长时间过载运行时，及时切断电源，避免设备因过热而损坏；断相保护当检测到电机运行过程中出现的断相故障时，迅速切断电源，防止电机因缺相运行而烧毁；电机堵转保护则是在电机因机械故障等原因发生堵转时，及时切断电源，保护电机免受损坏。而以上故障缺少了过流保护，均会产生大量的热效应，超过易燃易爆点时，就会引发爆炸，后果不堪设想。最后，为了加强电网保护还应进行保护接地，将防爆电气设备的外壳、金属构架等，通过接地系统与井下总接地极连接起来，形成完整的接地网，接地网能够将设备外壳上的漏电电流迅速导入大地，降低设备外壳的对地电压，防止热量聚集产生爆炸，也有效地避免发生人员触电事故。

3.6 故障诊断与智能维护

现代矿用防爆电气设备保护也越来越多引入先进的信息化技术，比如物联网、人工智能等，当设备装上各类高精度传感器时，防爆设备的振动、温度、绝缘电阻等数据，均能被工作人员实时监测到，从而掌握电气设备的“健康密码”，便于更加精准的实施设备安全管理。

例如，通过监测防爆电气设备的振动与温度监测，能够准确判断电机的运行状态，提前发现电机的潜在故障；通过绝缘电阻在线监测，可以及时发现漏电隐患，为设备的维护检修提供科学依据。智能维护系统大大提高了设备的可靠性、稳定性，减少了人工巡检的压力，为矿用防爆电气设备提供了智能安全保障。

结束语

综上所述，矿井作业处于高危环境，矿用防爆电气设备为其筑起坚固的安全防线。这类设备的保护技术是复杂且精密的体系，涵盖了结构设计、电路控制、系统保护等多个关键领域。在设备结构设计方面，需采用合理的外壳防护与密封工艺，隔绝外部易燃易爆物质与内部电气元件的接触；在电路控制方面，需要精准的参数设定、可靠的电路保护装置；在系统保护方面，则需加强电网保护，确保其与设备的协同运行。随着科技的发展矿用防爆电气设备的保护技术也越来来越趋于智能化、自动化，集成化，矿业生产的安全水平将越来越高。

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