LED在矿用防爆灯具中的应用

胡淳

LED照明目前在煤矿的安全生产中运用十分广泛，但是同传统的光源相比LED光源也存在着一些还没有解决的问题，如LED光源与传统光源相比价格较高;其发光效率与传统光源相比没有压倒性优势;LED光源理论寿命很长，但是，实际使用中由于现场使用环境、散热结构等原因，导致光源实际寿命无法达到理论时间。LED防爆照明设备通过采用新型合金、环氧树脂、ABS塑料等材料，其结构更加坚固、重量更轻、散热效果更好。大规模集成电路的进步，国内产业链的更加完备，大大提升了煤矿照明设备的电路稳定性，使其更加可靠，具有更加优秀的电器防爆性能。

1 LED光源在煤矿巷道中的照明机理

从图1可以得知，当前LED光源产品的整体性能还无法达到理想光衰曲线水平，为了令其与理想光衰特性曲线更加接近，可在其元件额定功率及其运作时的实际功率两者之间实现良好的平衡，找准平衡点，牺牲一部分的额定功率，从而令其与理想光衰曲线更加接近，将其使用的寿命提升至35000小时以上。

在防爆灯具的日常使用中，我们要分析它的照度与我们的实际需求两者是否契合，举例而言，某矿山巷道的截面为一个3.5m×3m的长方形，其光源在其巷道正上方3米处悬挂，在巷道中进行设计时，每隔5米便会有一盏灯。

当其处于光照环境下时，A点的照度是其该点水平照度贡献值相加的总数。

由此来看，更换了光源与灯具之后，整个巷道中的照明环境得到了大幅度的改善，最亮点照度达到了9.411x，最暗点照度为4.371x。利用照度仪进行检测之后可得，两点正上方1m处，其照度超过了101x，同时实现了11.971x的平均照度，从当前的实际情况来看，整体环境十分明亮，而且视野十分清晰，对于色彩具有较强的辨识度，其最亮与最暗两个工作面的照度具体大小比值为2.15∶1，此时运用的是LED光源，使用了功率更小，同时，其光线与自然光十分接近，因此，可以给人舒适的感觉，有效降低眩光的不利影响。

2 LED光源在煤礦巷道中的应用

2.1散热结构

在LED温度不断升高的情形之下，LED的发光效率会随之而不断下降，因此，良好的散热性是确保LED可以长时间使用的一个重要的因素。LED防爆灯通常情况下其光效较高、发热量大，如果在一个密闭的防爆腔内进行照明，加之井下恶劣的环境，如果不做好散热，会不利于其使用性能的发挥，因此，LED灯具必须要设计高效散热结构。通常情况下，最为有效的办法是利用灯具壳体来进行散热。图3便是借助于灯壳散热的案例，可利用空气自然对流实现良好的散热效果。

在设计的过程中要确保灯具拥有足够大的散热面积。目前的一些高档灯具在设计的过程中利用的是热管散热的形式来实现良好的散热效果，这种模式之下需要较高的成本。井下具有大量的煤灰、粉尘，假如散热片设计的过程中长度较长，或者是片数较多，会导致其散热效果不佳，因此，在设计的过程中，应以流线型、竖直排列为主，从而避免粉尘堆积影响其散热效果。

2.2驱动电源

LED矿用防爆灯的电源具有特殊性，在煤矿生产过程中更加适用。由于煤矿安全生产是重中之重，我们这里以本安型电源为例，说明其特性。

LED防爆灯的输入端一般属于非本安结构类型，同时，其输出属于本安结构电路，而其内部则是属于非本安向本安不断转换。为了避免非本安输入端的信息传递本安输出端，造成电源性能受不利影响，因此，在其输入与输出端利用电器隔离，并保证其具有良好的耐压性。

本安型电机设备从其安全程度出发，可以划分为IA与IB两个不同的等级。依据GB3836-2010《爆炸性气体环境用电气设备》中的相关规定可知，本安电源利用的是IB等级，基于图4分析可知，其保护元件、组件等都要利用双重化结构来实现。

本安电源要对其电路的火花放电量具有一定的限制，如图5是其限流电路图。图5为限流电路，在电路上实现过流、短路、过压时的电流快速切断功能。

除了这些特殊功能，本安型电源及设备在使用时，其安全性强、重量轻、便于维护、成本经济等优势都可以体现出来，在易燃、易爆等环境下也可以使用。

2.3透明件

在防爆灯具中，透明件是核心外壳部件，它一般是利用钢化玻璃、透明塑料所制。假如利用的是塑料，虽然该材料具有更轻、更耐压、抗腐蚀性更好，但是应重视塑料材料自身性能中对于抗紫外老化的作用。LED光源是在氮化铟镓蓝光芯片的基础之上衍生，此有紫外射出，相比荧光灯而言，它们的差异只是在数量上，大多塑料的紫外老化都非常快，假如将其在LED防爆灯具的外壳设计中使用，必须通过GB3836.1-2010《爆炸性环境第1部分》设备通用要求第26.10章的1000～1025h（42d）的光老化试验。

3结论

本文分析了井下了防爆灯具LED光源之后可知，大功率LED光源在当前的使用中可作为创新型光源使用。分析表明：较好的散热结构、透明件、合理的驱动电源是重要考虑内容，散热会直接对LED灯的使用寿命产生影响，透明件是其最重要的外壳部件，LED光源要持续可靠地工作，必须采用恒流驱动，为煤矿现代化生产提供安全节能的照明环境。

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