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【摘 要】煤矿行业工作环境恶劣，空气中含有大量易燃易爆气体，开关产生的电弧容易引起爆炸事故，因此开关灭弧装置的好坏直接关系到行业安全隐患的大小。本文首先说明了矿用防爆开关电弧产生概况，然后分析了隔爆外壳在瓦斯爆炸时的防爆机理，最后详细阐述了防爆开关常见的电弧产生的原因及防治。
【关键词】矿用防爆开关；电弧；短路；隔爆外壳；真空管
一、矿用防爆开关电弧产生概况
电弧是产生电气事故和引起煤矿进下瓦斯爆炸的直接原因。目前在煤矿井下大量使用的空气开关，在正常操作时，在隔爆开关壳体内部出现大电流电弧，使隔爆开关壳体内潮湿空气中的氮、氧和水分起化学反应，产生硝酸，对箱内的绝缘材料和金属元件引起严重腐蚀，使设备损坏。根据国外最近的试验研究结果，防爆开关壳体内部的有机绝缘材料在大电流电弧作用下，挥发出大量气体，使壳体内压力迅速升高，大大超过原设计结构所能承受的压力，使外壳破坏。更严重的是，伴随大电流电弧产生的灼热金属颗粒向外喷射，使外壳法兰防爆接合面的最大安全间隙显著减小，从而大量降低隔爆外壳的防爆性能。随着井下工作面采掘设备的功率增大及变压器容量的增大，电压已从原来的380V、660V提高到1140V，现在3.3kV已在国内很多家矿井内使用，以及在移动变电站上装设6kV的防爆开关，短路容量相应地增大，使上述问题更为严重。因此，在新的发展条件下，如何正确选择千伏及以上电压的开关元件和接线盒的结构，是关系到煤矿设备和人身安全的重大问题。
二、隔爆外壳在瓦斯爆炸时的防爆机理分析
煤矿井下瓦斯气体主要指甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）等可燃气体，它们在一定的浓度下与一定浓度的氧气混合并被点燃的情况下会发生爆炸。反应方程式分别为：
（1）
（2）
（3）
由以上反应式可见甲烷和氢气在与氧气反应（爆炸）时会产生大量的热量，如果反应在极短的时间（ms）内完成，则可以认为这种反应是在绝热的情况下发生反应后产生的水仍是气体状态，反应过程产生的热量亦极少为壳体吸收。则由其产生的热量值和所产生气体的比热以及理想气态方程：
（4）
在体积未发生变化的情况下可近似地求出瓦斯气体爆炸后防爆壳体内气体压强的变化。
防爆壳体内发生瓦斯爆炸后因为产生大量的热量，压力一般会增大。高压气体与燃烧的火焰会沿着隔爆面从防爆外壳腔体内往腔体外泄放，火焰在经过隔爆面的防爆间隙时被冷却，最终达到腔外时因温度降低已不足以点燃腔外环境中的可燃瓦斯气体，从而达到防爆的目的。因此，隔爆接合面并不是愈小愈好，在保证安全性能的前提下适当增大隔爆接合面的间隙可以加快防爆壳体内发生爆炸时产生压力的泄放，从而减小对隔爆外壳强度的冲击。
防爆壳体内发生瓦斯爆炸后因为产生了水，当冷却后水气凝聚在防爆壳体内反而会形成负压，因此也发生过防爆壳体内爆炸后反而被吸瘪的现象。
在实际防爆产品的检验过程中，一般要用甲烷和氢气两种气体进行爆炸试验，甲烷因为爆炸能量大用来考核防爆壳体的机械强度，氢气因为分子小用来考核防爆壳体的隔爆性能。在一般情况下，不同的体积容积和在不同防爆壳体内的因内容物不同在其内火焰传播的路径存在差异，因而爆炸的时间和爆炸的冲击强度（压力）也是不同的。在实际情况下，我们用三元配气的方法控制各种气体的比例，在最严酷的爆炸压力条件下考核防爆壳体的强度。相关标准中规定对机械强度考核的静压试验（水压试验）的压力值应不小于压力的1.5倍。具体值可由产品生产企业自行规定。根据试验所测得的数据，爆炸压力的峰值的1.5倍一般不会高于1MPa，因此通常把1MPa作为静压试验的标准值。
三、防爆开关常见的电弧产生的原因及防治
（一）产生原因
1.真空管烧穿产生短路电弧
这种情况往往是真空开关管的品质不良，因而在大电流或者截流过电压过高的情况下发生烧穿金属部位造成电弧外泄。
当然也不能排除人为因素，如进出线接反。真空开关管是分静触头和动触头的，它们都被封装在真空灭弧室中。一般来说静触头接电源侧，而动触头接负载侧。静触头的一端装有屏蔽罩，用以吸收开断时触头周围产生的电弧离子，加速电弧的熄灭。如果把动、静触头接反，刚会达不到原有灭弧的效果。
2.隔离元件品质不良或使用不当产生电弧
在一些控制类电器（如：起动器）中，要求有隔离元件，也叫隔离换向开关。它有3个功能：一是在对设备维修或检查是能过它产生明显的断口隔离，因为真空开关器件的开断断口只有2mm左右，况且又封装在密闭的真空灭弧室内不易观察是否真正与主回路脱离。通过分断隔离开关才能保证负载与电源断开。二是对过隔离换向开关可实现对三相电源相序的转换，实现电机的正转、反转的控制。三是在开关接触品在主触头烧结熔焊时作为后备的开关对主回路进行分断，以分离有故障的带电回路。因为隔离开关一般都是无载的情况下进行分开的。但只有这种情况下要求其分断额定电流或3～6倍的额定电流，分断电流所产生的经灭弧栅泄放到防爆壳体内。另还有空气接触器开断时产生的电弧，其原理与隔离开关的相同。
3.防爆壳体内布线工艺不合理产生电弧
因为防爆外壳内部空间相对狭小，因而在布线工艺上要考虑简洁明了，但因为矿用防爆开关产品对进出线的接法有着规范的要求，因此有些产品为了满足这一要求使得布线不合理，有的电源侧线和负载侧线相互交错，有的因为部件安排不合理也使导线来回盘绕，还有的导线布在电弧喷出的地方造成潜在的危险。在防爆外壳内因为环境潮湿且散热不良从而导致绝缘下降，当有过电压或其它因素影响时造成闪络击穿电弧短路，因而造成事故的发生。
（二）矿用防爆开关常见电弧的防治
1.对于真空管烧穿问题，关键是要采用产品品质符合要求的产品。对不同的工艺和不同材料的产品进行严格的检验，选出合格的产品进行使用。尤其用于煤矿井下的产品更是要优中先优。同时在使用过程中要符合产品的使用要求，接线和安装都要符合要求。同时也要注意对过电压吸收装置的正确安装，以保证真空管的寿命和安全。
2.对于隔离开关器件在带载分断时容易产生电弧的情况，主要是削弱和控制电弧。无论是在隔离开关内部还是在外部，都要加强对电弧的分隔、隔离。使之快速熄灭不产生相间飞弧而造成短路。同时要注意接线方式的正确性。如果隔离开关的电源和负载侧接反有时会造成电弧喷向原本不该带电却仍带电的导线从而造成导线间电弧短路。还有一种用于660V和380V电压等级的鼓式旋转隔离换向开关，它的接线是每一侧的电源线和负载线是相互间隔排列的，以实现隔离换相的功能。本身这种开关的分断能力并不强，如果进出线再接错的话就会造成严重的短路事故。
3.针对布线工艺不合理的问题，主要是在设计阶段就要充分考虑到各个元部件的摆放和导线的走向。要做到既要符合矿用开关的传统设计要求，又要符合安全性能的要求，同时还要节省原材料，避免不必要的浪费。
参考文献：
[1]崔家宝，徐卫民，杨永金.矿用低压防爆开关“体外”做线头法[J].科技信息.2012（13）.
[2]胡满红. 6kV高压防爆开关在井下发生短路的事故分析[J]. 煤炭工程.2009（08）.
【关键词】矿用防爆开关；电弧；短路；隔爆外壳；真空管
一、矿用防爆开关电弧产生概况
电弧是产生电气事故和引起煤矿进下瓦斯爆炸的直接原因。目前在煤矿井下大量使用的空气开关，在正常操作时，在隔爆开关壳体内部出现大电流电弧，使隔爆开关壳体内潮湿空气中的氮、氧和水分起化学反应，产生硝酸，对箱内的绝缘材料和金属元件引起严重腐蚀，使设备损坏。根据国外最近的试验研究结果，防爆开关壳体内部的有机绝缘材料在大电流电弧作用下，挥发出大量气体，使壳体内压力迅速升高，大大超过原设计结构所能承受的压力，使外壳破坏。更严重的是，伴随大电流电弧产生的灼热金属颗粒向外喷射，使外壳法兰防爆接合面的最大安全间隙显著减小，从而大量降低隔爆外壳的防爆性能。随着井下工作面采掘设备的功率增大及变压器容量的增大，电压已从原来的380V、660V提高到1140V，现在3.3kV已在国内很多家矿井内使用，以及在移动变电站上装设6kV的防爆开关，短路容量相应地增大，使上述问题更为严重。因此，在新的发展条件下，如何正确选择千伏及以上电压的开关元件和接线盒的结构，是关系到煤矿设备和人身安全的重大问题。
二、隔爆外壳在瓦斯爆炸时的防爆机理分析
煤矿井下瓦斯气体主要指甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）等可燃气体，它们在一定的浓度下与一定浓度的氧气混合并被点燃的情况下会发生爆炸。反应方程式分别为：
（1）
（2）
（3）
由以上反应式可见甲烷和氢气在与氧气反应（爆炸）时会产生大量的热量，如果反应在极短的时间（ms）内完成，则可以认为这种反应是在绝热的情况下发生反应后产生的水仍是气体状态，反应过程产生的热量亦极少为壳体吸收。则由其产生的热量值和所产生气体的比热以及理想气态方程：
（4）
在体积未发生变化的情况下可近似地求出瓦斯气体爆炸后防爆壳体内气体压强的变化。
防爆壳体内发生瓦斯爆炸后因为产生大量的热量，压力一般会增大。高压气体与燃烧的火焰会沿着隔爆面从防爆外壳腔体内往腔体外泄放，火焰在经过隔爆面的防爆间隙时被冷却，最终达到腔外时因温度降低已不足以点燃腔外环境中的可燃瓦斯气体，从而达到防爆的目的。因此，隔爆接合面并不是愈小愈好，在保证安全性能的前提下适当增大隔爆接合面的间隙可以加快防爆壳体内发生爆炸时产生压力的泄放，从而减小对隔爆外壳强度的冲击。
防爆壳体内发生瓦斯爆炸后因为产生了水，当冷却后水气凝聚在防爆壳体内反而会形成负压，因此也发生过防爆壳体内爆炸后反而被吸瘪的现象。
在实际防爆产品的检验过程中，一般要用甲烷和氢气两种气体进行爆炸试验，甲烷因为爆炸能量大用来考核防爆壳体的机械强度，氢气因为分子小用来考核防爆壳体的隔爆性能。在一般情况下，不同的体积容积和在不同防爆壳体内的因内容物不同在其内火焰传播的路径存在差异，因而爆炸的时间和爆炸的冲击强度（压力）也是不同的。在实际情况下，我们用三元配气的方法控制各种气体的比例，在最严酷的爆炸压力条件下考核防爆壳体的强度。相关标准中规定对机械强度考核的静压试验（水压试验）的压力值应不小于压力的1.5倍。具体值可由产品生产企业自行规定。根据试验所测得的数据，爆炸压力的峰值的1.5倍一般不会高于1MPa，因此通常把1MPa作为静压试验的标准值。
三、防爆开关常见的电弧产生的原因及防治
（一）产生原因
1.真空管烧穿产生短路电弧
这种情况往往是真空开关管的品质不良，因而在大电流或者截流过电压过高的情况下发生烧穿金属部位造成电弧外泄。
当然也不能排除人为因素，如进出线接反。真空开关管是分静触头和动触头的，它们都被封装在真空灭弧室中。一般来说静触头接电源侧，而动触头接负载侧。静触头的一端装有屏蔽罩，用以吸收开断时触头周围产生的电弧离子，加速电弧的熄灭。如果把动、静触头接反，刚会达不到原有灭弧的效果。
2.隔离元件品质不良或使用不当产生电弧
在一些控制类电器（如：起动器）中，要求有隔离元件，也叫隔离换向开关。它有3个功能：一是在对设备维修或检查是能过它产生明显的断口隔离，因为真空开关器件的开断断口只有2mm左右，况且又封装在密闭的真空灭弧室内不易观察是否真正与主回路脱离。通过分断隔离开关才能保证负载与电源断开。二是对过隔离换向开关可实现对三相电源相序的转换，实现电机的正转、反转的控制。三是在开关接触品在主触头烧结熔焊时作为后备的开关对主回路进行分断，以分离有故障的带电回路。因为隔离开关一般都是无载的情况下进行分开的。但只有这种情况下要求其分断额定电流或3～6倍的额定电流，分断电流所产生的经灭弧栅泄放到防爆壳体内。另还有空气接触器开断时产生的电弧，其原理与隔离开关的相同。
3.防爆壳体内布线工艺不合理产生电弧
因为防爆外壳内部空间相对狭小，因而在布线工艺上要考虑简洁明了，但因为矿用防爆开关产品对进出线的接法有着规范的要求，因此有些产品为了满足这一要求使得布线不合理，有的电源侧线和负载侧线相互交错，有的因为部件安排不合理也使导线来回盘绕，还有的导线布在电弧喷出的地方造成潜在的危险。在防爆外壳内因为环境潮湿且散热不良从而导致绝缘下降，当有过电压或其它因素影响时造成闪络击穿电弧短路，因而造成事故的发生。
（二）矿用防爆开关常见电弧的防治
1.对于真空管烧穿问题，关键是要采用产品品质符合要求的产品。对不同的工艺和不同材料的产品进行严格的检验，选出合格的产品进行使用。尤其用于煤矿井下的产品更是要优中先优。同时在使用过程中要符合产品的使用要求，接线和安装都要符合要求。同时也要注意对过电压吸收装置的正确安装，以保证真空管的寿命和安全。
2.对于隔离开关器件在带载分断时容易产生电弧的情况，主要是削弱和控制电弧。无论是在隔离开关内部还是在外部，都要加强对电弧的分隔、隔离。使之快速熄灭不产生相间飞弧而造成短路。同时要注意接线方式的正确性。如果隔离开关的电源和负载侧接反有时会造成电弧喷向原本不该带电却仍带电的导线从而造成导线间电弧短路。还有一种用于660V和380V电压等级的鼓式旋转隔离换向开关，它的接线是每一侧的电源线和负载线是相互间隔排列的，以实现隔离换相的功能。本身这种开关的分断能力并不强，如果进出线再接错的话就会造成严重的短路事故。
3.针对布线工艺不合理的问题，主要是在设计阶段就要充分考虑到各个元部件的摆放和导线的走向。要做到既要符合矿用开关的传统设计要求，又要符合安全性能的要求，同时还要节省原材料，避免不必要的浪费。
参考文献：
[1]崔家宝，徐卫民，杨永金.矿用低压防爆开关“体外”做线头法[J].科技信息.2012（13）.
[2]胡满红. 6kV高压防爆开关在井下发生短路的事故分析[J]. 煤炭工程.2009（08）.