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摘要：本文旨在通过设计矿用防爆电气产品的安全性能试验，防止短路电弧的产生，保护防爆产品使用者的安全。本文分析了易燃气体爆炸在短路电弧条件下的防爆安全性能及危害程度，给出了初始短路电弧产生的影响及预防措施，通过实验设计了防止短路电弧安全检测机制。
关键词：矿用电气产品、防爆安全、短路电弧、安全检测
1 引言
在煤矿安全生产中，防爆电气设备对安全来说至关重要。矿用防爆电器是煤矿井下的必备设备，分为配电电器和控制电器两类，前者以低压馈电开关和高压配电装置为代表，后者以高压起动器为代表。这两种电器在发生故障时控制能量（电能）并切断或锁定故障回路，从而实现整个系统的安全。
为了更好的维护煤矿安全，本文研究了煤矿防爆电气短路电弧安全检测机理，同时结合煤矿现场生产实际，并对矿用隔爆电器的故障原因进行了定性和定量分析，设计了防止短路电弧安全检测机制。
2 方案设计
2.1矿用防爆电气产品的反应分析
当甲烷和氢气与氧气发生反应（爆炸）时，会产生大量热量。如果反应在很短的时间内完成，可以认为该反应处于绝热状态，反应后产生的水仍处于气态，它产生的热值，产生的气体的比热和理想气体方程[4]：
P1V1/T1=P2V2/T2 （1）
在体积不变的特殊条件下，可直接近似计算可燃气体爆炸强度后防爆壳体内气体压力的变化。气体爆炸后的火焰在壳体和隔爆壳体间隙中进行气体冷却，由于壳体温度较低，不足以充分点燃空腔外的化合物和气体环境中的隔爆壳，这就促进了防爆安全的实现。
因此，我们能够保证安全性和隔离性能的必要前提是适当增加防爆壳体与隔爆层接合面之间的隔爆间隙，这样就可以加快防爆壳体在爆炸时壳体内部的热量和压力的释放，从而降低气体对防爆殼体的强度及冲击力的影响[5]。在实际的防爆产品质量检验和生产过程中，一般甲烷和氢气混合物的爆炸压力试验，甲烷因为爆炸产生的冲击压力更大，可以用来指导检查各种防爆产品外壳的各种抗暴压力及机械强度，氢气的爆炸主要是燃烧型爆炸，可直接用于检验各种防爆外壳的防火性能。
3 实验部分
3.1 实验背景
煤矿井下作业环境中含有大量的甲烷、一氧化碳等可燃气体。导致工作条件恶劣，甚至严重影响员工的生命安全。因此，为了保证采煤安全，预防爆炸事故，井下作业大部分电气设备都要采取隔爆防爆措施。虽然矿用隔爆防爆电器广泛采用低压电气设备，但矿用电气故障事故导致井下可燃气体爆炸仍时有发生。因此，对低压电器产品进行可靠性分析势在必行。
3.2实验设计
设计实验在壳内体积分别为50dm3、100dm3、200dm3和400dm3的四个密封外壳中进行。设计的短路功率为100MVA;电压为6kV;短路持续时间为0.25s。当短路电弧在隔爆外壳内燃烧时，空气迅速加热，内部压力急剧上升。压力大小取决于外壳的体积、法兰接头间隙的大小、短路功率和电弧持续时间等条件。假设电弧释放的能量被壳体内部的气体完全吸收，通过计算可以推导出壳体内部电弧产生的压力，进而设定安全检测措施的相关参数。外壳内压力的增加与电弧压降V和短路电流I的乘积成正比，与外壳内体积V的平方成反比。因此，限制短路电流和增加壳体中的体积都可以减少壳体中压力的增加，结果如表1所示。
4 结果讨论
4.1矿用防爆电气产品防止短路电弧的安全性能检测与分析
在防爆壳体中填充了8.5%的甲烷空气混合物，短路试验中，其爆炸压力高于纯甲烷。同时，壳体中的含水量和绝缘材料在电弧作用下的挥发对爆炸压力也有影响。但一般来说，在防爆外壳内发生电弧短路的情况下，尤其是在易燃气体的情况下，空气混合物爆炸产生的压力远大于甲烷单独产生的压力。因此，短路和电弧对防爆壳体的破坏更大。电弧对开关电器的防爆性能和整个矿井的安全造成的损害往往比简单防爆外壳中甲烷-空气混合气体爆炸造成的损害更为严重。因此，在关注防爆开关电器产品防爆安全性能的同时，更应关注防爆电器产品的电气性能对防爆安全性能的影响。
4.2 矿用防爆电气产品短路电弧安全检测建议
采用浇注密封式布置导线。在浇注导线前，应在外盒连接面和安装框架各部分周围进行硅胶密封处理，以确保浇注密封液不泄漏。在灌封操作中，需要使用可在室温下快速固化的环氧灌封材料用作灌封胶，在填充和密封过程中，需确保填充和密封速度的均匀性，不产生孔隙等缺陷。隔爆外壳应一次性铸造。根据不同的使用环境选择不同的材料。同时，壳体表面不允许有明显的变形、划痕或裂纹，以避免应力集中，降低壳体的承载力。
5 结论
针对我国煤炭企业防爆电气产品的应用研究现状，研究了矿用防爆电气产品防止短路电弧的安全性能检测机理，提出了矿用防爆电气产品防止短路电弧的安全性能检测与分析的方法，并通过实验证明了其可行性。并给出了矿用防爆电气产品短路电弧安全检测建议。
参考文献
[1]张建强.矿用防爆开关的缺陷分析及改进[J].机械管理开发，2019，34（02）：158-159.
[2]杨博.矿用电气设备失爆原因及预防措施[J].机械管理开发，2020，35（02）：252-253.
关键词：矿用电气产品、防爆安全、短路电弧、安全检测
1 引言
在煤矿安全生产中，防爆电气设备对安全来说至关重要。矿用防爆电器是煤矿井下的必备设备，分为配电电器和控制电器两类，前者以低压馈电开关和高压配电装置为代表，后者以高压起动器为代表。这两种电器在发生故障时控制能量（电能）并切断或锁定故障回路，从而实现整个系统的安全。
为了更好的维护煤矿安全，本文研究了煤矿防爆电气短路电弧安全检测机理，同时结合煤矿现场生产实际，并对矿用隔爆电器的故障原因进行了定性和定量分析，设计了防止短路电弧安全检测机制。
2 方案设计
2.1矿用防爆电气产品的反应分析
当甲烷和氢气与氧气发生反应（爆炸）时，会产生大量热量。如果反应在很短的时间内完成，可以认为该反应处于绝热状态，反应后产生的水仍处于气态，它产生的热值，产生的气体的比热和理想气体方程[4]：
P1V1/T1=P2V2/T2 （1）
在体积不变的特殊条件下，可直接近似计算可燃气体爆炸强度后防爆壳体内气体压力的变化。气体爆炸后的火焰在壳体和隔爆壳体间隙中进行气体冷却，由于壳体温度较低，不足以充分点燃空腔外的化合物和气体环境中的隔爆壳，这就促进了防爆安全的实现。
因此，我们能够保证安全性和隔离性能的必要前提是适当增加防爆壳体与隔爆层接合面之间的隔爆间隙，这样就可以加快防爆壳体在爆炸时壳体内部的热量和压力的释放，从而降低气体对防爆殼体的强度及冲击力的影响[5]。在实际的防爆产品质量检验和生产过程中，一般甲烷和氢气混合物的爆炸压力试验，甲烷因为爆炸产生的冲击压力更大，可以用来指导检查各种防爆产品外壳的各种抗暴压力及机械强度，氢气的爆炸主要是燃烧型爆炸，可直接用于检验各种防爆外壳的防火性能。
3 实验部分
3.1 实验背景
煤矿井下作业环境中含有大量的甲烷、一氧化碳等可燃气体。导致工作条件恶劣，甚至严重影响员工的生命安全。因此，为了保证采煤安全，预防爆炸事故，井下作业大部分电气设备都要采取隔爆防爆措施。虽然矿用隔爆防爆电器广泛采用低压电气设备，但矿用电气故障事故导致井下可燃气体爆炸仍时有发生。因此，对低压电器产品进行可靠性分析势在必行。
3.2实验设计
设计实验在壳内体积分别为50dm3、100dm3、200dm3和400dm3的四个密封外壳中进行。设计的短路功率为100MVA;电压为6kV;短路持续时间为0.25s。当短路电弧在隔爆外壳内燃烧时，空气迅速加热，内部压力急剧上升。压力大小取决于外壳的体积、法兰接头间隙的大小、短路功率和电弧持续时间等条件。假设电弧释放的能量被壳体内部的气体完全吸收，通过计算可以推导出壳体内部电弧产生的压力，进而设定安全检测措施的相关参数。外壳内压力的增加与电弧压降V和短路电流I的乘积成正比，与外壳内体积V的平方成反比。因此，限制短路电流和增加壳体中的体积都可以减少壳体中压力的增加，结果如表1所示。
4 结果讨论
4.1矿用防爆电气产品防止短路电弧的安全性能检测与分析
在防爆壳体中填充了8.5%的甲烷空气混合物，短路试验中，其爆炸压力高于纯甲烷。同时，壳体中的含水量和绝缘材料在电弧作用下的挥发对爆炸压力也有影响。但一般来说，在防爆外壳内发生电弧短路的情况下，尤其是在易燃气体的情况下，空气混合物爆炸产生的压力远大于甲烷单独产生的压力。因此，短路和电弧对防爆壳体的破坏更大。电弧对开关电器的防爆性能和整个矿井的安全造成的损害往往比简单防爆外壳中甲烷-空气混合气体爆炸造成的损害更为严重。因此，在关注防爆开关电器产品防爆安全性能的同时，更应关注防爆电器产品的电气性能对防爆安全性能的影响。
4.2 矿用防爆电气产品短路电弧安全检测建议
采用浇注密封式布置导线。在浇注导线前，应在外盒连接面和安装框架各部分周围进行硅胶密封处理，以确保浇注密封液不泄漏。在灌封操作中，需要使用可在室温下快速固化的环氧灌封材料用作灌封胶，在填充和密封过程中，需确保填充和密封速度的均匀性，不产生孔隙等缺陷。隔爆外壳应一次性铸造。根据不同的使用环境选择不同的材料。同时，壳体表面不允许有明显的变形、划痕或裂纹，以避免应力集中，降低壳体的承载力。
5 结论
针对我国煤炭企业防爆电气产品的应用研究现状，研究了矿用防爆电气产品防止短路电弧的安全性能检测机理，提出了矿用防爆电气产品防止短路电弧的安全性能检测与分析的方法，并通过实验证明了其可行性。并给出了矿用防爆电气产品短路电弧安全检测建议。
参考文献
[1]张建强.矿用防爆开关的缺陷分析及改进[J].机械管理开发，2019，34（02）：158-159.
[2]杨博.矿用电气设备失爆原因及预防措施[J].机械管理开发，2020，35（02）：252-253.