充砂型電氣設(shè)備是一種專用防爆型式的電氣設(shè)備，在工業(yè)企業(yè)中有一定的特殊用途。這種防爆型式通常用符號(hào)“q”表示。
所謂充砂型防爆型式是指這樣一種防爆型式，將電氣設(shè)備的電氣元器件固定在設(shè)備外殼內(nèi)的適當(dāng)位置，并且用填充材料將這些元器件完全掩埋起來(lái)，以防止它們點(diǎn)燃外部的可燃性氣體一空氣混合物。
充砂型防爆結(jié)構(gòu)并不能防止可燃性氣體進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部而被電路所點(diǎn)燃。但是，由于設(shè)備內(nèi)部填充材料的顆粒很小，顆粒之間的空隙很小，而且電氣元器件埋入填充材料內(nèi)一定的深度，所以，即使外部的可燃性氣體進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部被點(diǎn)燃，燃燒火焰也會(huì)在通過(guò)填充材料的空隙時(shí)被熄滅，因而不能點(diǎn)燃外部的爆炸性氣體環(huán)境。這就是這種防爆型式的防爆原理。
這種防爆型式不分防爆級(jí)別；設(shè)備保護(hù)級(jí)別只有一級(jí)：b級(jí)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以表示為Gb級(jí)或Mb級(jí)。
充砂型防爆結(jié)構(gòu)不適用于大功率的電氣設(shè)備。
通常情況下，充砂型電氣設(shè)備的額定電壓不應(yīng)該超過(guò)1000V，額定功率不應(yīng)該大于100W，額定電流不應(yīng)該大于16A。當(dāng)電氣設(shè)備的功率較大時(shí)，放電火花有可能會(huì)影響外殼內(nèi)填充材料的性質(zhì)，甚至發(fā)生熔融，失去防爆安全性能。
由于填充材料的顆粒特性，充砂型電氣設(shè)備僅僅適用于特定安裝的場(chǎng)合。
由前述可知，充砂型防爆型式是由填充材料來(lái)保證電氣設(shè)備的防爆安全性能的，所以選用合適的材料是至關(guān)重要的。
就目前而言，常常選用純凈的石英砂粒或石英玻璃顆粒作為這種填充材料；顆粒的粒度大小應(yīng)該在0.5—1mm范圍內(nèi)。
為保證填充材料具有很好的電氣絕緣性能，填充材料在填充之前應(yīng)該進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。
在試驗(yàn)時(shí)，填充材料應(yīng)該在溫度為(23±2)℃、相對(duì)濕度為45％～55％的環(huán)境中存放24h。試驗(yàn)采用如圖1.38所示的電極系統(tǒng)。被試材料將電極掩埋起來(lái)，材料覆蓋電極的厚度在各個(gè)方向上都不小于10mm。然后，試驗(yàn)人員將1000V(誤差為+5％)的直流電壓施加在電極上。
假若試驗(yàn)中測(cè)得的填充材料的漏電電流不大于10A，就可以認(rèn)為這種材料符合要求。
充砂型電氣設(shè)備的外殼被稱為“充砂外殼”，應(yīng)該具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。通常情況下，充砂外殼是由金屬薄板或塑料材料制成的，因此，必須承受機(jī)械沖擊試驗(yàn)，而且在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)應(yīng)該使用高危險(xiǎn)級(jí)別的沖擊能量(參見(jiàn)GB 3836.1《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備通用要求》)。此外，充砂外殼還應(yīng)該承受外殼機(jī)械強(qiáng)度的耐壓試驗(yàn)。
充砂型電氣設(shè)備的防護(hù)等級(jí)至少為GB/T 4208—2017《外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)》中規(guī)定的IP54。當(dāng)設(shè)備使用在清潔、干燥的房間內(nèi)時(shí)，防護(hù)等級(jí)允許不低于IP43。假若防護(hù)等級(jí)為IP55或者更高一級(jí)，那么這種設(shè)備還應(yīng)該設(shè)置呼吸裝置。而且，在所配置的呼吸裝置中應(yīng)該放置一些合適的干燥劑，以防止?jié)駳馔ㄟ^(guò)呼吸裝置進(jìn)入填充材料中影響絕緣性能。
充砂型電氣設(shè)備的所有連接部位的最大間隙，都應(yīng)該至少比所用的填充材料的最小尺寸小0.1mm。這樣的尺寸可以防止填充材料發(fā)生外漏。
充砂型電氣設(shè)備的內(nèi)裝元器件可以是電子電路、傳感器、熔斷器、繼電器、本質(zhì)安全型設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備、電氣開(kāi)關(guān)等，但是，在這些元器件中所有電容的儲(chǔ)能量不應(yīng)該超過(guò)20J。干電池和蓄電池在沒(méi)有采取合適的防護(hù)措施時(shí)不允許使用在充砂型電氣設(shè)備內(nèi)，因?yàn)殡娊庖旱男孤?huì)影響填充材料的絕緣性能。
前面已經(jīng)講過(guò)，將帶電零部件埋入填充材料內(nèi)一定深度，是保證不發(fā)生外部點(diǎn)燃的一項(xiàng)重要手段。填充間距就是指的這種“深度”，它是帶電零部件與絕緣部件、帶電零部件與外殼內(nèi)表面之通過(guò)填充材料的最短距離。填充材料內(nèi)的小短距離應(yīng)該符合表1中的規(guī)定值。
在充砂型電氣設(shè)備內(nèi)，有時(shí)往往安裝一些帶有小孔腔的器件，例如小型繼電器。這種器件常常有一個(gè)密封的外殼，用以防止外物進(jìn)入器件內(nèi)削弱它的功能。在這種情況下，這種器件的外殼外表面與充砂型電氣設(shè)備外殼的內(nèi)表面之間通過(guò)填充材料的距離《厚度)不應(yīng)該小于：
①當(dāng)器件外殼內(nèi)容積小于或等于3cm3時(shí)，表2中所承的相應(yīng)數(shù)值。
②當(dāng)器件外殼內(nèi)容積大于3cm3而小于或等于30cm3時(shí)，表1中所示的相應(yīng)數(shù)值，但是至少為15mm。
通常情況下，充砂型電氣設(shè)備內(nèi)部可能出現(xiàn)的密封外殼的內(nèi)容積不要大于30cm3。
這里應(yīng)該特別指出的是，盡管充砂型電氣設(shè)備的適用電壓等不應(yīng)該超過(guò)1000V，但是，表1中還是列出了大于1000V的可能出現(xiàn)的電壓。這主要是考慮到，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)可能造成內(nèi)部局部的電壓升高，以及有一些設(shè)備在起動(dòng)時(shí)間要激勵(lì)的高壓脈沖電壓(例如熒光燈的起動(dòng)器或觸發(fā)器)。因此，在選擇電壓等級(jí)確定最短距離時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該估計(jì)充砂型電氣設(shè)備內(nèi)可能發(fā)生的故障工況以及一些設(shè)備的特殊情況，并計(jì)算和評(píng)估這種情況下可能產(chǎn)生的過(guò)電壓。
在確定充砂型電氣設(shè)備的溫度組別時(shí)，不僅要考慮設(shè)備外殼的表面溫度。而且還要考慮外殼壁內(nèi)部填充材料5mm深處的溫度。在考慮這些溫度時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分估計(jì)到可能發(fā)生的故障工況對(duì)溫度造成的影響。
在充砂型電氣設(shè)備中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該設(shè)置限溫保護(hù)裝置，防止設(shè)備內(nèi)部的溫度超過(guò)規(guī)定值。限溫保護(hù)裝置可以采用熱電偶等感溫元件作為傳感器，當(dāng)溫度接近規(guī)定值時(shí)，限溫裝置發(fā)出聲光報(bào)警，并切斷電源；也可以采用熱熔斷器，此時(shí)，熱熔體應(yīng)該密封在玻璃或陶瓷制成的外殼內(nèi)。