集肤效应防爆电源接线盒的防爆安全设计方法技术

一种集肤效应电伴热元件的集肤效应防爆电源接线盒的防爆安全设计方法，包括电缆引入装置、元件引出装置、输入三芯电缆、外壳、连接端子、防爆隔离胶泥、集肤效应加热元件、高温电线。制造本发明专利技术主要方法包括以下：１、优取实际集肤趋肤厚度实现外壳人身安全性及经济性；２、接线腔内温度升高引起外壳最高表面温度达到防爆规定值；３、隔离结构切断接线腔空隙腔保证了接线腔防爆性能；４、利用消弧电线引导静电到大地保护绝缘层；５、符合防爆要求电气间隙、爬电距离、绝缘材料相比漏电起痕指数分级、防护等级要求；６、表面设置接地保护装置起到电气安全保护作用满足防爆电气安全要求。解决了爆炸性环境危险场所区域设计防爆电源接线盒的结构、安装及安全技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及长输管道上集肤效应电伴热元件的防爆电源接线盒的防爆安全设计方法。
技术介绍
公知，长输管道是石油、化工等支柱行业的生命线，是国民经济的大动脉。对于 油田长输管道、港口长输管道、化工装置长输管道、天然气长输管道等，为了保证其内介 质超过环境温度下正常生产流动运行时要求维持长输管道表面温度，可在长输管道表面 与保温层之间沿轴向安装一根或几根集肤效应电伴热元件，起伴热补偿热量作用。集 肤效应电伴热元件的长度较长，每根在其一端设置一个交流电源，可驱动集肤效应电伴热 元件最长达20km左右。其原理是在铁磁性钢管中穿一根高温电线，其尾端线芯与铁 磁性钢管尾端相连接，它们在首端分别与交流电源的相线和零线形成串联电路，交流电流 方向是由交流电源的相线通过高温电线的首端、高温电线尾端和铁磁性钢管尾端的连接端 子、铁磁性钢管的内壁、最后返回到电源零线。由于铁磁性钢管中高温电线组成的串联电气 回路的交流电阻明显比直流电阻要大，且交流电流的通道是沿其截面的内壁向外壁指数衰 减变化，而直流电流为其均匀分布，并其电流通道途经受到集肤效应和邻近效应的影响，其 电流密度是由内壁向外壁指数变化，最后降到忽略一定电流强度对人的接触就不会产生危 险。因此发热原理由三个方面产生热量(l)当交流电流在高温电线电阻上就产生焦耳热； (2)通过铁磁性钢管内的电阻上产生的焦耳热；(3)由于高温电线中的交流电流引起在铁 磁性钢管中的磁通量诱发电动势，涡交流电流在其璧中的电阻产生的焦耳热，及其克服磁 畴磨擦的热量。电源接线盒用于集肤效应电伴热元件与输入电缆的连接，因用户长输管道储运生产的集肤效应电伴热元件很长，各些装置完全可能处于防爆场所，尤其一般电源 接线盒不具备防爆结构、技术性能及不符合安全性，不能适用于防爆场所。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供长输管道上集肤效应电伴热元件集肤效应防爆电源接线盒的防爆安全设汁方法，它安装放置在集肤效应电伴热元件的首端，不仅能用于交流电源电缆与集肤效应电伴热元件的连接，而且解决了电源接线盒所处爆炸性气体环境危险场所区域的安全技术问题。本专利技术方法包括 1、用于长输管道使用的集肤效应电伴热元件常用的'交流电源'及'频率'为50Hz 或50 400Hz电伴热集肤效应电伴热元件的交流电源的频率有二种其工频50Hz用于驱 动其长度不超过20km左右集肤效应电伴热元件；中频为可调，范围50 400Hz，用于驱动 其长度不超过3km左右集肤效应电伴热元件，其外壳材质为铁磁性钢管制成，其磁导率和 电阻率的选优对安全性、技术性能、经济成本是关键。当交流电源及频率确定后，集肤效应防爆电源接线盒外壳材质与集肤效应电伴热元件外壳材质一样，集肤效应防爆电源接线盒 和集肤效应电伴热元件的外壳壁厚取决于趋肤厚度，其方向是由其内腔的内壁向外壁， 并按指数规律变化。当集肤效应防爆电源接线盒和集肤效应电伴热元件的外壳壁厚材质选 择磁导率和电阻率的最高值时，可实现最佳效果 ①趋肤厚度最簿，可以选择成本经济最低； ②对于集肤效应防爆电源接线盒的外壳壁厚和铁磁性钢管外壳壁厚的计算的依 据是趋肤厚度，因为其表面按指数规律变化到衰减，其难避免存在很小量的泄流电流， 和表面电压应充分考虑到各种不利安全因素，交流电流是在其截面电流通道沿内壁从内 壁向外壁按指数规律变化到会影响人身安全程度来汁算，并确定其厚度的实际安全裕度 至少是趋肤厚度的三倍或更大。 ③集肤效应电伴热元件使用长度较长，工作电压较高，为了保证人身接触集肤效 应加热元件系统表面尤其对集肤效应防爆电源接线盒的表面的安全，必须有接地保 护。因其外壳表面要设置的接地保护装置，虽然集肤效应防爆电源接线盒或集肤效应电 伴热元件表面在理论上不应带电是安全的，一旦集肤效应电伴热元件或集肤效应防爆电源 接线盒出现工作故障，其表面设置的接地保护装置可起到电气安全保护作用，满足防爆 电气要求、安全要求。 2、集肤效应防爆电源接线盒工作状态的最高温度是由其内腔中电流输入电缆线 芯段的电阻上的产生发热量、高温电线线芯段在其的交流电阻上的产生发热量、铁磁性钢 管在其内壁的交流电阻及三个连接端子的接触电阻上的产生发热量引起接线腔的温度升 高，导到其外壳最高表面温度，并加上最高环境的安全量不超过防爆标准II类电气设备 的最高表面温度分组的规定值。 3、由于很长的集肤效应电伴热元件在其铁磁性钢管与高温电线之间中存在 空气间隙，长距离形成了 空隙腔，当通电加热时，其膨胀或冷縮变化流动引起压力呼吸影 响防爆性能，因此要使集肤效应防爆电源接线盒的接线腔与集肤效应电伴热元件两者的 空隙腔之间应进行隔离，即伸入集肤效应防爆电源接线盒接线腔的集肤效应电伴热元 件在其首端部位铁磁性钢管与高温电线之间的空隙腔利用隔离材料进行切断，使 接线腔与空隙腔，在结构上保证集肤效应防爆电源接线盒的防爆安全性能，然而集肤 效应防爆电源接线盒的元件输出装置起连接隔离、密封、固定、安装作用。 4、集肤效应加热元件的交流工作电压相对较高，(如高于工频4千伏)，其〈开、关 >或〈通、断 > 状态频繁温度控制而产生电晕！其铁磁性钢管内壁表面对高温电线护套 上的表面会大量积累静电，容易导到击穿破杯耐磨防静电护套层和绝缘层，会引起麻烦故 障，因此要求耐磨防静电护套层的外表面电阻值不小于10(8 9)Q，减缓或引导其静电到 大地，保护绝缘层。可以在集肤效应防爆电源接线盒内高温电线的首端上用导线连接其耐 磨防静电护套层利用输入三芯电缆的电缆引入装置穿出引导其静电到大地，熄灭电晕 保护高温电线。 5、集肤效应防爆电源接线盒的接线腔内的三个接线端子暴露部位的电气间隙、最小爬电距离及绝缘材料相比漏电起痕指数分级要同时满足交流电压最高值和 频率的国家防爆标准的不小于视定值。 6、从集肤效应防爆电源接线盒电缆引入装置进入其接线腔中的输入三芯电缆共有三根线芯L相线电线的线芯通过连接端子与集肤效应电伴热元件的高温电线线 芯相连接；N零钱电线的线芯通过与铁磁性钢管首端内壁上的连接端子相连接，它们 在首端分别与交流电源相线和电源零线形成串联电路，交流电流方向是由交流电源相线通 过高温电线的首端、高温电线尾端和铁磁性钢管尾端的连接端子、铁磁性钢管的内壁、最后 返回到电源零线；输入三芯电缆S消弧电线的线芯通过的连接端子与高温电线耐磨防静 电护套层首端的相连接，利用输入三芯电缆的消弧电线穿出电缆引入装置穿出引导其静 电到大地，熄灭电晕保护高温电线。 7、集肤效应防爆电源接线盒应能满足户外防雨、浸水、防尘IP防护等级的要求。 本专利技术有益效果如下 本专利技术方案通过①优取实际集肤趋肤厚度实现外壳人身安全性及经济性的方法；②接线腔内温度升高引起外壳最高表面温度符合防爆标准n类电气设备的最高表面温度分组的规定值的方法；③有效采取隔离结构切断接线腔与空隙腔保证了接线腔防爆 安全性能的方法；④利用消弧电线引导耐磨防静电护套层的静电到大地保护绝缘层的方 法；⑤符合国家有关防爆要求电气间隙、爬电距离、绝缘材料相比漏电起痕指数分级、防护 等级要求的方法；⑥处壳表面设置接地保护装置可起到电气安全保护作用满足防爆电气安 全要求的方法。解决了在爆炸性环境场所集肤效应电伴热元件的防爆电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集肤效应防爆电源接线盒的防爆安全设汁方法，包括：交流电源（１）、输入三芯电缆（２）、电缆压紧密封装置（３）、电缆密封圈（４）、外壳（５）、Ｎ电源零线（６）、Ｓ消弧电线（７）、Ｌ电源相线（８）、连接端子（９）、元件密封圈（１０）、防爆隔离胶泥（１１）、元件连接节（１２）、铁磁性钢管（１３）、耐磨防静电护套层（１４）、绝缘层（１５）、高温电线线芯（１６）、空隙腔（１７）、接地保护装置（１８）、爆炸性气体环境危险场所区域（１９）、接线腔（２０）、集肤效应电伴热元件（２１）、高温电线（２２）、元件连接节（１２）、密封垫（２４）、隔爆面（２５）、螺钉（２６），其中集肤效应防爆电源接线盒的电缆引入装置由其电缆连通节、电缆压紧密封装置（３）、电缆密封圈（４）构成，用于输入三芯电缆（２）引入其接线腔（２０）内；集肤效应防爆电源接线盒的元件引出装置由其元件正牙连通节、元件密封圈（１０）、元件连接节（１２）、集肤效应加热元件首端引入反牙螺纹段构成；集肤效应电伴热元件（２１）是由、铁磁性钢管（１３）、耐磨防静电护套层（１４）、绝缘层（１５）、高温电线线芯（１６）、空隙腔（１７）构成；高温电线（２２）是由耐磨防静电护套层（１４）、绝缘层（１５）、高温电线线芯（１６）构成，然而，集肤效应防爆电源接线盒的电缆引入装置用于输入三芯电缆（２）引入其接线腔（２０）内；集肤效应防爆电源接线盒的元件引出装置用于集肤效应电伴热元件（２１）是从元件引出装置其中穿入并固定、密封并连接；高温电线（２２）的绝缘层（１５）包覆在高温电线线芯（１６）上面，耐磨防静电护套层（１４）再包覆在绝缘层（１５）的上面；高温电线（２２）穿在铁磁性钢管（１３）中，其尾端高温电线线芯（１６）与铁磁性钢管（１３）尾端的连接端子（９）相连接，它们在首端分别与交流电源（１）的相线和零线形成串联电路，其特征在于：集肤效应防爆电源接线盒的外壳壁厚和材质优取“磁导率”和“电阻率”为最高值，使“趋肤厚度”为最簿，实现最低经济成本。...

【技术特征摘要】
一种集肤效应防爆电源接线盒的防爆安全设汁方法，包括交流电源(1)、输入三芯电缆(2)、电缆压紧密封装置(3)、电缆密封圈(4)、外壳(5)、N电源零线(6)、S消弧电线(7)、L电源相线(8)、连接端子(9)、元件密封圈(10)、防爆隔离胶泥(11)、元件连接节(12)、铁磁性钢管(13)、耐磨防静电护套层(14)、绝缘层(15)、高温电线线芯(16)、空隙腔(17)、接地保护装置(18)、爆炸性气体环境危险场所区域(19)、接线腔(20)、集肤效应电伴热元件(21)、高温电线(22)、元件连接节(12)、密封垫(24)、隔爆面(25)、螺钉(26)，其中集肤效应防爆电源接线盒的电缆引入装置由其电缆连通节、电缆压紧密封装置(3)、电缆密封圈(4)构成，用于输入三芯电缆(2)引入其接线腔(20)内；集肤效应防爆电源接线盒的元件引出装置由其元件正牙连通节、元件密封圈(10)、元件连接节(12)、集肤效应加热元件首端引入反牙螺纹段构成；集肤效应电伴热元件(21)是由、铁磁性钢管(13)、耐磨防静电护套层(14)、绝缘层(15)、高温电线线芯(16)、空隙腔(17)构成；高温电线(22)是由耐磨防静电护套层(14)、绝缘层(15)、高温电线线芯(16)构成，然而，集肤效应防爆电源接线盒的电缆引入装置用于输入三芯电缆(2)引入其接线腔(20)内；集肤效应防爆电源接线盒的元件引出装置用于集肤效应电伴热元件(21)是从元件引出装置其中穿入并固定、密封并连接；高温电线(22)的绝缘层(15)包覆在高温电线线芯(16)上面，耐磨防静电护套层(14)再包覆在绝缘层(15)的上面；高温电线(22)穿在铁磁性钢管(13)中，其尾端高温电线线芯(16)与铁磁性钢管(13)尾端的连接端子(9)相连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵放，
申请(专利权)人：赵放，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]