隔爆型LED防爆燈具設(shè)計(jì)和制造

金曉鵬 童寶琛

摘要：在現(xiàn)代社會(huì)生活中，燈具是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾兀菫槿藗兲峁┕庹盏闹饕ぞ?，在人們的日常生活和城市建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，燈具的節(jié)能性能和安全性能受到廣泛關(guān)注，進(jìn)一步提高燈具的節(jié)能及防爆特性是滿足人們實(shí)際需求的重要內(nèi)容，也是保障危險(xiǎn)環(huán)境下人身安全的重要環(huán)節(jié)。本文簡要分析了LED防爆燈的性能特點(diǎn)，并對隔爆型LED防爆燈的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了深入研究。

關(guān)鍵詞：防爆燈具;隔爆;燈具設(shè)計(jì)

引言

爆炸性環(huán)境使用的電氣設(shè)備分為I類、II類和III類。 II類和III類非礦用LED防爆燈主要用于存在易燃易爆氣體或粉塵的行業(yè)，如石油、石化、化工、制藥等。根據(jù)防爆電氣設(shè)備的分析，主要采用隔爆型、增安型以及復(fù)合型等。目前，隔爆型是主流的照明燈具。本文分析了隔爆型LED防爆燈具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程中的觀點(diǎn)和結(jié)論。

1. LED性能特點(diǎn)

首先，節(jié)能。LED燈具在恒流驅(qū)動(dòng)下具有低工作電壓。在相同的照明效果下，耗電量是白熾燈的1/10，熒光燈的1/2。工業(yè)環(huán)境往往需要長期照明，節(jié)能效果更顯著。其次，環(huán)保。LED是堅(jiān)固耐用的發(fā)光體，抗沖擊、不易破碎、廢物可回收、無污染。光源體積小，可隨意組合，是一種易于開發(fā)、易于安裝和維護(hù)的緊湊型照明產(chǎn)品。目前LED光源比常規(guī)光源貴，但從節(jié)能的角度來看，用一年的節(jié)能來收回光源的投資，可產(chǎn)生節(jié)能凈值的幾倍利潤。再次，發(fā)光效率高。LED經(jīng)過幾十年的發(fā)展，發(fā)光效率有了很大的提高。常規(guī)光源的光效為12-24lm/W，熒光燈50-70 lm/W，鈉燈90-140 lm/W，耗電量大部分是熱損失。改進(jìn)后的LED光效達(dá)到80-200 lm/W，光學(xué)單色性好，光譜窄，可直接發(fā)射有色可見光，無需過濾。最后，使用壽命長。采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燃燒、熱蒸發(fā)、光衰減等。 LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和振動(dòng)，且不易損壞。平均壽命為10萬小時(shí)。 LED燈具的使用壽命可達(dá)5至10年，大大降低了燈具的維護(hù)成本，避免了頻繁更換燈具的問題。

2. 隔爆型LED防爆燈的防爆原理

隔爆型LED防爆燈是將光源、電源等可能點(diǎn)燃爆炸性氣體的部件全部封閉在一個(gè)外殼之內(nèi)，在其發(fā)生爆炸時(shí)，其外殼能夠承受通過外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙進(jìn)入外殼內(nèi)部的爆炸性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞，并且不會(huì)引起外部由一種、多種氣體形成的爆炸性氣體環(huán)境的點(diǎn)燃，從而達(dá)到防爆的目的。

3. 隔爆型LED防爆燈具設(shè)計(jì)與制造

3.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

燈具外殼需要能夠承受內(nèi)部爆炸的沖擊，根據(jù)散熱與性價(jià)比結(jié)合，外殼通常由輕金屬合金（ZL102）鑄件制成，隔爆接合面常采用螺紋、平面、圓筒等方式;隔爆面粗糙度不允許大于6.3μm，其隔爆接合面的長度與隔爆腔內(nèi)部容積大小及隔爆間隙密切相關(guān)。

防爆燈通常由光源腔、電源腔、接線腔組成;

光源腔包括殼體、光源、透明罩、反光板等。光源腔是整個(gè)燈具的出光部分，同時(shí)也是熱量產(chǎn)生的關(guān)鍵部位，所以光源腔除了需具備一定的強(qiáng)度外，還應(yīng)具備良好的散熱功能，使燈具溫升滿足相應(yīng)溫度組別的要求。透明罩一般采用鋼化玻璃材質(zhì)，目前比較常見的方式是將透明罩用環(huán)氧樹脂膠封于光源腔殼體上，并使用壓圈固定（如圖1），達(dá)到隔爆的效果。

電源腔包括殼體、驅(qū)動(dòng)電源、接線端子。

接線腔是燈具與外部交互的腔體，其重點(diǎn)在于引入裝置的設(shè)計(jì)及使用。電纜引入裝置為隔爆燈具中最常用的引入方式，其最常見的是使用密封圈引入和填料密封引入。采用密封圈形式的引入裝置需要配套使用與密封圈尺寸匹配的電纜，并用壓緊螺充分壓緊以保證電氣設(shè)備的防爆性能。（如圖2）

3.2 電源設(shè)計(jì)

根據(jù)LED光源的供電方式，通常有兩種解決方案，一個(gè)多組電源提供多個(gè)恒流源，每個(gè)恒流源單獨(dú)為每個(gè)LED供電，這些組合是靈活的。一個(gè)LED的故障不會(huì)影響其它LED的工作。另一種一體式恒流電源，缺乏靈活性意味著一個(gè)LED出現(xiàn)故障會(huì)影響另一個(gè)LED的運(yùn)行。從系統(tǒng)的角度來看，根據(jù)可靠性和分析的原則，不建議組件之間進(jìn)行簡單的串并聯(lián)。綜合考慮相關(guān)因素的影響，充分利用組件以充分提高整個(gè)光源的利用率是首要考慮的問題。因此，基于多路恒流模式的直流集中供電解決方案和高壓直流集中供電解決方案受到廣泛關(guān)注。直流集中供電具有系統(tǒng)可靠性高、效率高、成本低的特點(diǎn)。系統(tǒng)化、模塊化、智能化的設(shè)計(jì)大大提高了系統(tǒng)的易用性和可維護(hù)性，顯著降低了管理和維護(hù)成本。

3.3 光源設(shè)計(jì)

光源按發(fā)光材料分類，分為固態(tài)光源和氣體放電光源兩大類。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）發(fā)展迅速。 LED光源應(yīng)用于工礦、學(xué)校、醫(yī)院、道路等室內(nèi)外照明等各個(gè)領(lǐng)域。在發(fā)光原理分析中，氣體放電光源中使用了各種惰性氣體來調(diào)節(jié)光源的光性能，如光通量、色溫、顯色性等。對于固態(tài)光源發(fā)出的光，不需要調(diào)整相關(guān)的光電參數(shù)。LED光源的溫度不得超過80℃。隨著溫度升高，光輸出和壽命降低。 LED光輸出比表示LED結(jié)溫在50℃左右，燈的相對光輸出比為100%。

目前較常用的光源從封裝上分：集成COB、2835、3030、3535、5050、5054、7070，采用小封裝，先并后串，光源分散式設(shè)計(jì)，界面友好，散熱面積大，發(fā)熱均布，不會(huì)局部過熱，有效提高了LED燈具壽命。

結(jié)束語

隔爆型LED防爆燈作為一種主流防爆燈具，在防爆領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，仍有許多問題需要使用新技術(shù)來解決。另外，使用隔爆型LED防爆燈需要降低成本，進(jìn)一步優(yōu)化散熱方式，選擇合理的恒流驅(qū)動(dòng)電源，這是設(shè)計(jì)一款好的隔爆型LED防爆燈的關(guān)鍵。

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