塑料在爆 炸性环境用电气设备上的使用要求

1、塑料在爆炸性环境用电气设备上的使用要求石油和化学工业电气产品防爆质量监督检验中心 天津市300131摘要：本文阐述了塑料制造的爆炸性环境（爆炸性气体、可燃性粉尘）用电气设备的外壳或外壳部件以及内装的防爆元件的材料、结构、性能和试验的要求，结合塑料在爆炸性环境用电气设备上的使用现状和防爆检验过程中发现的问题，以国家标准为基础，谈了一些自己的看法，供从事防爆电气行业设计人员参考。关键词：塑料；抗静电；机械强度；热稳定性；耐化学试剂性；耐光老化；电气绝缘；爆炸性环境1引言塑料是一种用途广泛的合成高分子材料，由于它具有可塑性、弹性、较高的强度、耐腐蚀性以及绝缘性等诸多特性，因此除了日常用品外，塑料更广

2、泛地应用于航空航天、医疗器械、石油化工、机械制造、国防、建筑等等各行各业。在爆炸性环境用电气设备上的使用也很广泛，主要用来制造电气设备和防爆元件的外壳或外壳部件和用来作电气绝缘材料。为保证防爆安全性，用塑料制造的爆炸性环境用电气设备的外壳或外壳部件以及防爆元件的材料、结构、性能应符合要求。本文将从爆炸性环境用电气设备对塑料成分的要求、对塑料外壳或外壳部件的要求及塑料在内装的防爆元件的使用要求这三方面对塑料在爆炸性环境用电气设备上的使用要求进行阐释。2对塑料成分的要求要选择适合用在爆炸性环境用电气设备上的塑料材料，首先应该知道它的成分。通常情况塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。其中

3、高分子聚合物（合成树脂）是塑料的主要成分，此外，为了改进塑料的性能，使他能满足使用的需要，还要在聚合物中添加各种辅助材料。2.1添加填料可以提高塑料的强度和耐热性能，填料可分为有机填料和无机填料两大类，前者如木粉、碎布、纸张和各种织物纤维等，后者如玻璃纤维、硅藻土、石棉、炭黑等。现在，添加填料的高强度的工程塑料已广泛用在爆炸性环境用电气设备上，如玻璃纤维加强尼龙材质的防爆电气外壳、不饱和聚酯玻璃纤维增强塑料材质的设备外壳等。2.2为了增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工成型，需要添加增塑剂。2.3为了防止合成树脂在加工和使用过程中受光和热的作用分解和破坏，延长使用寿命，要在塑料中

4、加入稳定剂。对于无防光照的塑料外壳或外壳部件，应选择添加了光稳定剂的耐光老化的塑料来制造。为了提高材料的热稳定性，需要添加热稳定剂。2.4由于塑料体积电阻较大，因此易产生静电放电，且表面电阻，“漏电”越少，表面静电障碍程度也越大。当静电障碍严重时，积累的电荷就容易产生静电放电，产生爆炸危险。添加抗静电剂可以使塑料表面吸湿性增加，形成单分子层的导电膜，降低了塑料表面电阻，起到防静电性能。抗静电剂主要是表面活性剂，按使用方法分为外处理型和内添加型两种。外部抗静电剂涂在塑料表面，时效短，是一种暂时的抗静电方法。内部抗静电剂是在塑料加工中添加到树脂中一起塑化成型，内部抗静电效果持久，因此应该选用添加有

5、内部抗静电剂且防静电性能良好的材料。2.5当爆炸性环境用电气设备要求塑料具有耐燃烧性能时，应当在材料中添加适合的阻燃剂来提高材料的阻燃性能。 除此上述助燃剂外，塑料中还可加入发泡剂、着色剂等，以满足不同的使用要求。3.对爆炸性环境用电气设备的塑料外壳或外壳部件的要求 3.1热稳定性在最高环境温度下，塑料外壳或外壳部件最热点的温度至少应比IEC 60216-2中对应热稳定曲线20000h点的温度指数TI低20K（“n”型电气设备为10K）。塑料外壳或外壳的塑料部件还应具有耐热和耐寒性能，并经如下耐热、耐寒试验并合格。耐热试验：当最高工作温度不高于75时，（“n”型电气设备为85）,与防爆型式有关

6、的塑料外壳或外壳的塑料部件在相对湿度为（90+5）%，温度比最高工作温度高（20+2）K（“n”型电气设备为（20+2）K），但最低为80(“n”型电气设备无最低温度要求)的环境中，连续保持四周。当最高工作温度高于75时（“n”型电气设备为85），与防爆型式有关的塑料外壳或外壳的塑料部件在相对湿度为（90+5）%，温度为（95+2）的环境中连续保持两周（“n”型电气设备为一周），接着在高于最高工作温度（20+2）K（“n”型电气设备为（10+2）K）的环境中连续保持两周（“n”型电气设备为一周）。耐寒试验：与防爆型式有关的塑料部件在比最低工作温度低5K，最多低10K的温度下连续保持24h。耐热

7、、耐寒试验后，与防爆型式有关的塑料外壳或外壳的塑料部件不应有影响防爆性能的损坏和变形。3.2外壳或外壳部件的强度爆炸性环境用电气设备的塑料外壳或外壳部件在进行完耐热、耐寒试验后应进行机械强度试验并证明机械强度符合要求。机械试验包括冲击试验和跌落试验两个试验，冲击试验应在最高和最低试验环境温度下进行，在低温环境下，塑料的抗冲击强度下降，容易遭受损坏，在选择材料时应考虑这一问题。如果塑料有另外一个外壳保护，仅对保护外壳进行冲击试验。对于携带式电气设备还应能承受在最低试验环境温度下的跌落试验。进行完机械试验后，外壳或外壳部件进行相应的防爆试验。对于隔爆型电气设备的塑料外壳，它应能承受内部爆炸压力的作

8、用而保持防爆型式的完整性。紧固件对保证外壳的强度很重要，为了提高紧固件的抗拉强度，一般采用在外壳内埋金属螺母方式代替在外壳上攻螺孔，特别是对隔爆型外壳这种承受内部爆炸压力的外壳不宜在塑料外壳上攻螺孔。外壳上的紧固螺栓孔形状适用于塑料材料时，才能在塑料外壳上攻螺孔。3.3耐光老化性电气设备（对于I类电气设备仅指灯具）的塑料外壳或外壳部件如果没有防光照措施应能承受光老化试验。试验按照IEC 179的要求进行，将6只50mm×6mm×4mmm试棒放在Xe灯试验箱内1000h,样品黑体温度为（55+3），判定标准按IEC179对试验棒进行冲击弯曲强度测试。光照后的样品向光面的冲击弯

9、曲强度应为光照前弯曲强度的50%以上。对于光照之前不发生断裂的材料，光照试验后的断裂试验棒根数应不多于3根。3.4耐化学试剂性I类电气设备塑料外壳或外壳部件应能承受耐化学试剂试验。耐化学试剂试验包括耐油脂试验和耐矿用液压试验，耐油脂试验是将两个样品放在（50+2）的ISO1817标准规定的2号油中（24+2）h。耐矿用液压试验是将另两个样品放在（50+2）（设备使用环境温度为-2060）、含水35%（体积比）的液压中持续（24+2）h。试验后的样品在试验室环境中放置24h,然后进行抗冲击试验、跌落试验（对携带式设备）。样品均应无损坏，如果有损坏应在产品铭牌中标注符号“X”，并在防爆合格证中注明

10、安全使用条件。3.5阻燃性由于隔爆型电气设备的防爆原理是利用隔爆外壳来阻止内部的爆炸火焰传播到壳外，从而保证外部的爆炸性气体混合物不被引燃。因此制造塑料隔爆外壳的材料因具有阻燃性，对于容积小于0.1L的隔爆外壳的塑料材料的阻燃性能应通过GB3836.2-2000附录A的A3.3条的可燃性试验，对于容积大于0.1L的隔爆外壳的塑料材料的阻燃性能除应通过GB3836.2-2000附录A的A3.3条的可燃性试验还应进行50次火焰烧蚀试验严酷的考验，很多电气性能不错的塑料受火焰烧蚀和爆炸压力的作用而不能通过后面的内部点燃不传爆试验，现在国内采用塑料材料制造大容积隔爆外壳还是很少的，塑料隔爆外壳多用在的

11、小容积的隔爆元件上。3.6电气性能当塑料外壳或外壳部件直接用来支撑裸露带电部件时，外壳内壁表面或外壳部件的乃泄痕和爬电距离应符合增安型的要求，防止造成绝缘损坏使防爆型式失效。3.7塑料外壳和外壳部件的静电电荷由于塑料易产生静电积累，而且由于静电电压很高，容易发生静电放电现象，当静电放电在爆炸性环境中发生时，当静电放电火花的能量大于爆炸性混合物的最小点燃能量时，就能导致爆炸，给生产和生活带来危害。因此，对于爆炸性环境用电气设备，塑料外壳应设计成在正常使用、维护和进行清洁的情况下，能避免产生引燃危险的静电电荷的结构，这是对爆炸性环境用移动式电气设备的塑料外壳或外壳部件和固定式电气设备可能被摩擦或擦

12、拭的塑料外壳或外壳部件的要求，该要求可通过下列措施之一来满足。3.7.1合理选材 用于爆炸性环境用电气设备的塑料外壳或外壳部件应选用抗静电级别的材料制造，表面电阻应不超过1G欧，使外壳或外壳部件上不积聚危险静电电荷。 可燃性粉尘环境用电气设备的塑料外壳或外壳部件应选择按照GBT1408.1的规定的方法测得击穿电压不超过4kV的材料或金属部件外部塑料绝缘厚度不小于8mm的材料制造。3.7.2塑料外壳或部件的最大表面积 通过限定暴露的最大表面积可以防止塑料外壳或部件上积聚引燃危险的静电荷，不同的环境条件下允许的最大表面积见表2.爆炸性气体环境用“n”型电气设备的塑料外壳或外壳部件允许暴露的最大表面

13、积为0.1L。表2不同的环境条件下塑料外壳或外壳部件允许暴露的最大表面积环境条件最大表面积LI类、II类A及B组爆炸性气体0.1A及B组爆炸性气体、外露塑料外壳或外壳部件用接地金属框围住0.4II类C组爆炸性气体0.02II类C组爆炸性气体、外露塑料外壳或外壳部件用接地金属框围住0.1可燃性粉尘0.1此外，还可以通过选择合理的尺寸、形状和布置或其他安全措施来防止塑料外壳上积聚危险静电电荷，如果不能通过外壳的设计来避免引燃危险时，则应设置一个警告牌标明运行中采用的安全措施，如固定式安装的设备上设置的“潜在性静电电荷危险（见说明书）”警告标志。需要注意的是，设置警告标志并不是一种好的方法，受到许多

14、条件制约，例如：在面积特别大的电气设备上不适宜作警告标志，因为警告标志可能不被看到，不能起到警告作用；在可燃性粉尘环境中警告标志牌易被粉尘覆盖，所以警告标志应设置在设备的明显部位同时又能保证不被粉尘覆盖，如不满足条件不宜设置警告牌。对爆炸性环境用电气设备的塑料外壳或外壳部件的这些要求同样适用于防爆元件的暴露在电气设备外部的塑料部位。4塑料在内装防爆元件上的使用要求内装的塑料防爆元件常见的有增安型接线端子、增安型电流表、隔爆型开关元件、充砂型镇流器等，它们一般被安装在增安型外壳中使用，这些塑料防爆元件的塑料壳体通常作为电气绝缘材料直接用来支撑裸露带电部件，这就要求塑料材质应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，并能避免漏电、击穿等现象。其次耐热性能好，避免因长期过热而老化变质；此外，还应有良好的导热性、耐潮性、防雷性和较高的机械强度以及工艺加工方便等特点。如果用塑料制造隔爆型开关元件外壳，塑料材料应具有良好的电气性能并具有阻燃性，并符合可燃性试验的要求，常用的塑料绝缘材料有玻璃纤维布增强环氧树脂（EP）、玻璃纤维加强尼龙（PA66）、聚酯（PBT）等。其中聚酯（PBT）、玻璃纤维加强尼龙（PA66）都是制造内装防爆元件外壳常用塑料。5结束语综上所述我们知道，要制造合格的爆炸性环境电气设备的