防爆电器功耗法的计算及测试方法

(合隆防爆电气有限公司,浙江 乐清 325600)

1 防爆电器功耗法的应用背景

国家安全是国家发展的重要基石、人民福祉的根本保障，随着国家对安全生产、安全应用的越加重视，石油、化工、冶金、电力、医药等存在乙炔、氢气、二硫化碳、二甲醛等爆炸性环境、可燃性粉尘环境的场所对防爆电器的规范性要求越加严格，使用方在采购时对产品与防爆合格证、ATEX、IECEx等资质证书的涵盖性要求越加细致。

电气设备热点燃源是引起爆炸的重要因素，其可能点燃的发热部件或设备表面温度应低于相应环境中可燃介质的点燃温度，标准将产品的发热温度划分为T1～T6组别，并体现在防爆标志中。

爆炸性环境或可燃性粉尘环境常用防爆电器有：防爆照明(动力)配电箱、控制箱、操作柱、接线箱等，这些电器往往是根据客户现场的具体使用要求来确定内装元件型号、规格及数量，各种元件组合不同导致产品温度组别不同；温度组别的认定目前国内取防爆合格证对防爆照明(动力)配电箱、接线箱采用电流范围选较大样品确定，如：100A≤I≤250A为T4/T95℃、 63A≤I≤80A为T5/T80℃、≤63A：T6/T80℃；对防爆控制箱、操作柱采用常用元件组合选复杂性代表样品确定，证书体现型号如：BZC53-A2、BZC53-A2D2、BZC53-A2B1、BZC53-A8D8、BZC53-A6B3D6K3……现实中即使在证书上罗列了几十种常用型号，往往还是不能满足使用中的多变性，很难完全涵盖实际所需。

针对防爆电器应用时元件组合的难控性，在国际ATEX、IECEx认证过程中，普遍采用功耗法。

2 防爆电器功耗的定义及计算方法

(1)最大耗散功率法：俗称功耗法，在标准GB3836.3-2010附录E.2中：采用“最不利状态”端子确定额定最大耗散功率。对于规定的温度组别，外壳可设置任何允许的端子数量，可包括或不包括最不利状态端子，直至外壳空间限制最大允许数量，只要不超过额定最大耗散功率即可。以上描述是对防爆接线箱、接线盒产品确定温度组别，防爆照明(动力)配电箱、控制箱、操作柱同样也可按此原则进行认定。

(2)如何确定最不利状态端子？ 外壳内装各种规格端子最大数量时，计算出来的最大功耗值测定其温度组别，该最大功耗值为外壳出厂时内装元件组合不超出此，否则温度组别会超出范围。

计算公式以P=R×I2延伸推算如下：

功耗总值W= (端子电阻值Ω×端子最大数量+ 1m导线电阻值Ω×外壳三维对角线长m×导线数)×最大额定电流2

注：壳体的三维对角线长度见下图；对于接线箱计算值包含导线和端子，对于配电箱、控制箱、操作柱等计算值包含导线、电器元件和端子。图1

(3)常用电器元件的电阻值(供参考)：

表1

3 防爆电器功耗的测试方法

(1)测试地点：因前期温度组别根据经验估算，测出的温升值可能不符合要求，在测试过程中需根据实际情况调整电流、导线、内装元件数量等，一般都在厂家进行测试；为保证测试数据的稳定性，测试场所需有一定的密闭性，不可存在明显通风或空气流动现象；

测试设备一般用：电流发生器、钳流表、红外线测温仪、热电偶测温仪等，设备均需计量合格；

(2)测试方法：根据GB3836.1-2010第26.5.1.3条规定，当输入电压不直接影响设备温升时，需将试验电流提高到额定电流的110%；

接线方式为串联如图2所示，每根导线长度为壳体三维对角线长；

样品输入1.1倍额定电流后稳定约半小时，用钳形表确认输入电流是否符合要求，一般≤200A用小电流发生器，>200A电阻过大带动不起来的用大电流发生器，测试时产品均为零电压状态；

(3)测试部位：①电缆与密封圈间，②电缆分支点腔体内/外均设置，③接线端子最高点几处，④外壳最高点几处，⑤盖与壳体间O型圈，⑥室温；

通电约半小时稳定后，用红外线测温仪确定接线端子和外壳的最高点再固定热电偶，见图1～4，其它测试点可提前固定热电偶；

图1

图2

图3

图4

(4)测试周期：固定好热电偶和壳盖后稳定半小时，再每隔半小时记录一次，以最终2次前后温差不超过1K为止；

(5)温度组别换算：根据末次的测温值与环境温度换算成对应温度组别，公式如表2。

表2

4 防爆电器功耗的应用

防爆电器在以功耗形式取得证书后，证书会体现每种外壳可装元件的最大功耗值，即出厂时该外壳内装各种元件组合、接线后的功耗只要不超出证书规定最高值，均可自由灵活组合使用。

功耗法在实际应用中存在一定缺点，如：第三方监管较困难，只能由生产厂家自行把握；国内客户对功耗的应用特性不熟知，前期应用中可能也会有很多质疑或求证；元件品牌不同、接线方式有差异均可导致产品功耗有差异等。

5 结束语

本文分析了最大功耗法的应用、计算及测试，随着防爆电器产品对设计要求越来越严谨，最大功耗法会更完善的运用，更灵活、更全面的满足现场各种使用需求。