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可燃性粉塵環境用鉛酸蓄電池防爆技術探討

文檔作者：張力文檔來源：南陽防爆電氣研究所		更新日期： 2026年03月06日	點擊數：
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4 可燃性粉塵環境用鉛酸蓄電池防爆技術探討 《電氣防爆》20Q5，2
可燃性粉塵環境用鉛酸蓄電池防爆技術探討
張力
(南陽防爆電氣研究所，河南南陽473008)
[關鍵詞]可燃性粉塵環境；鉛酸蓄電池；防爆技術
[摘要]從鉛酸蓄電池的固有特性出發，比較詳細地探討了應用在可燃性粉塵環境中的
鉛酸蓄電池應該采取的防爆技術措施，以及這些安全技術的檢驗與試驗。
[中圖分類號]TMg12：X932 [文獻標識碼]A [文章編號]1oo4—9118(2005)02—0004—05
Approach on Explosive Protection Technology of Lead Acid Storage Battery
in Combustible Dust Environment
ZHANG U
(Nanyang Research Institutefor Explosion Protected Electrical Apparatus，Henan Nanyang 473008)
Keyword：combustible dust environment；lead acid storage battery；explosion protection technology
Abstract： e author gives the discussion on the explosive protection technology applied on lead acid storage battery
used in comb ustible dust environment and the examination and testing to this sort of product．based on the inherent
characteristics of lead acid storage battery ．
0 概述
運行在可燃性粉塵環境中的鉛酸蓄電池，如
何防止它成為所在環境中可燃性粉塵的點燃源，
這一問題，目前，無論在國際上，還是在國內，都沒
有專門的標準予以規定。
本文試圖從鉛酸蓄電池的固有特性和粉塵防
爆技術的基本原理進行一些探討。
我們知道，鉛酸蓄電池是目前應用較多的一
種蓄電裝置，多數情況下是成組應用的，即多個單
體蓄電池串聯在一起組成一組作為直流電源對負
載供電。就單體鉛酸蓄電池而言，它不可能產生
火花和過高的溫度。但是，當它們組成蓄電池組
的時候，蓄電池組中產生火花和(或)過高的溫度，
就是可能的。
分析可知，鉛酸蓄電池及其蓄電池組可能引
起可燃性粉塵點燃的主要途徑有以下幾個方面：
(1)蓄電池組中蓄電池與蓄電池之間的連接
導體，如果斷開，將產生火花；
(2)連接導體與蓄電池極柱連接處可能產生
過高的溫度；
(3)蓄電池組極柱之問產生的泄漏電流。
1 防爆技術措施
1．1 安全技術原則
根據上述分析，為了防止鉛酸蓄電池及其蓄
電池組成為可燃性粉塵的點燃源，原則上可以采
取以下技術措施：
(1)限制可能堆積粉塵或接觸粉塵云的蓄電
池極柱和連接導體的溫度極限；
(2)限制蓄電池極柱和連接導體接觸粉塵或
粉塵云；
(3)增強蓄電池極柱之間的絕緣，防止產生過
大的泄漏電流。
1．2 安全技術措施
對于鉛酸蓄電池來說，電解液是硫酸的水溶
液，是很好的導電質；極板的活性物質是鉛(Pb)和
鉛的二氧化物(Pb02)。鉛酸蓄電池在充放電時將
發生電化學反應。理論上，鉛酸蓄電池在充電的
電化學反應中會釋放出氫，在放電的電化學反應
[收稿日期]2005—05—19
[作者簡介]張力，男，1945年生，1967年畢業于華中工學院船舶工程系電氣自動化專業，現任南陽防爆電氣研究所高級工程師，副
總工程師，主要從事防爆電氣技術理論及防爆電氣產品、運輸車輛的研究與開發工作。
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《電氣防爆》2O05，2 可燃性粉塵環境用鉛酸蓄電池防爆技術探討 5
中不會釋放出氫。但是，在實際使用過程中由于
各種實際因素的影響，放電反應也會釋放出少量
的氫。這些在防爆安全技術方面都是比較麻煩
的。
因此，為了防止鉛酸蓄電池組點燃可燃性粉
塵，根據鉛酸蓄電池的固有特性并按照上述鉛酸
蓄電池組可能的點燃途徑和安全技術原則，我們
將鉛酸蓄電池組裝成組，稱作電源裝置，并對組成
電源裝置的各部分：單體蓄電池、蓄電池箱、連接
導體、接線盒和整體組裝結構，提出以下安全技術
措施：
(1)單體鉛酸蓄電池
1)必須防止電解液泄漏。輕微的電解液滲
漏會導致極柱之間的漏電加重；嚴重的電解液滲
漏可能會造成蓄電池組內部正負極問短路。為
此，必須提高蓄電池槽的結構強度，不能因可能的
外力作用而出現破裂；蓄電池的封口必須嚴密可
靠，不會因封口不嚴而滲漏電解液；此外，蓄電池
蓋上極柱的絕緣凸臺應增高一些，例如，高度大于
10 rnln。試驗證明，極柱絕緣凸臺的高度大于
10 rnln，對阻斷漏電通路十分有效。
2)必須防止因極柱連接斷裂而產生火花。
蓄電池組之間的導體連接是非常重要的，如果這
種連接出現斷裂，或連接的接觸電阻過大，就會產
生電氣火花或高溫。為此，除保證這種連接可靠
牢固外，還施行雙重化措施，即每個蓄電池都有兩
個正極柱和兩個負極柱供組成蓄電池組時進行連
接。這樣，極柱連接的可靠性就提高了n2倍。
3)蓄電池蓋表面應該光滑平整，沒有凸起或
凹陷，以避免粉塵的堆積。
(2)蓄電池箱
這里所說的蓄電池箱，就是組裝蓄電池組用
的箱式外殼，由箱體和箱蓋組成。因此，蓄電池箱
必須具有足夠的機械強度，能夠承受蓄電池組的
重量而不發生變形。為了防止蓄電池組可能出現
漏電，導致蓄電池箱帶電，蓄電池箱必須是絕緣
的。根據這些要求，通常情況下，蓄電池箱采用鋼
板焊接制成。鋼質的箱體和箱蓋制成后，可以采
用靜電噴塑的方法或粘貼橡膠板并進行硫化的方
法進行絕緣處理。實踐經驗告訴我們，這樣進行
絕緣處理是十分可靠的。
除此之外，蓄電池箱的結構設計還應考慮到
有利于蓄電池組產生的“電池氣”(主要是氫氣和
酸霧)散發，例如，開設必要的通氣孔(通氣孔的總
面積可以參照4o cm2／kW·h進行計算，并且應考
慮防護要求)，箱蓋與水平方向應有一定的傾斜度
(夾角可以為5。左右)，組裝蓄電池組時，蓄電池
之間應有垂直方向上的通氣氣道等等。
(3)連接導體
在電源裝置中，鉛酸蓄電池之間的連接使用
鉛銻合金連接條或連接導線進行連接。
在實際應用上，通常采用連接導線(銅芯橡套
電纜)，它是一種特制的連接線；把鉛銻合金接頭
鑄接在一段橡套電纜的兩端，如圖1所示。這種
特制導線的電纜芯線與鉛銻合金接頭的鑄接必須
牢固可靠，鑄接后，鑄接處還必須進行壓合和密封
處理。試驗已經表明，在煤礦井下的電力機車上，
電纜芯線(銅)在1O個月的時間內被蓄電池組散
發出的“電池氣”腐蝕而斷開。壓合和密封處理就
是防止這種“電池氣”對電纜銅芯侵蝕的一種工藝
措施。這一點是很重要的。
這里還應特別指出的是，使用鑄接電阻對“電
纜芯線與鉛銻合金接頭的鑄接必須牢固可靠”進
行評價。通常認為，這個鑄接電阻不應該大于
12 (20 cI=)。
1．鉛銻合金接頭2．連接導線
圖l
(4)接線盒
鉛酸蓄電池組對外供電或由外部電源進行充
電，都必須通過“進出口”的接線端子進行。為保
證防爆安全，這些接線端子必須放置在一個被稱
作接線盒的空腔內。
就防止可燃性粉塵被點燃而論，這個接線盒
的設計和制造必須符合GB 12476．1—2000《可燃
性粉塵環境用電氣設備第1部分：用外殼和限
制表面溫度保護的電氣設備第1節：電氣設備
的技術要求》的相關規定。
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6 可燃性粉塵環境用鉛酸蓄電池防爆技術探討 《電氣防爆》2oo5，2
除此之外，接線盒在電源裝置上的安裝必須
牢固可靠。
(5)整體組裝結構
將鉛酸蓄電池組作為一個整體(電源裝置)來
進行防爆技術處理，這是我們的一個重要思路。
因此，除電源裝置的各個組成部分外，組裝起來的
電源裝置整體同樣應該考慮采用必要的防爆技術
措施，這一點十分重要。
1)電源裝置的絕緣性能
對于蓄電池來講，絕緣、漏電是一個十分麻煩
和必須解決的問題。蓄電池組的絕緣性能不好將
導致嚴重的漏電；嚴重漏電的后果可能會引發火
災，甚至出現后續的爆炸災害。試驗室試驗已經
發現，當鉛酸蓄電池組的串聯電壓為6 V時，覆蓋
在蓄電池組上的濕煤粉(由電解液調濕)在10 min
時開始發煙，15 min時開始發紅出現燜燃。顯然，
這是由于嚴重的漏電造成的。
電源裝置的整體絕緣性能是由鉛酸蓄電池本
身的絕緣和蓄電池箱的絕緣來保證的。這里是雙
重保護措施。通常認為，蓄電池組對蓄電池箱的
絕緣電阻不小于下列值便符合要求：
— — 當額定電壓為60 v及以下時，10 kf2；
— — 當額定電壓為60 V～110 V時，15 kI2；
— — 一當額定電壓為110 V～175 V時，25 kI2；
— — 當額定電壓為175 V～275 V時，25 kI2。
實踐證明，電源裝置采用上述的單體蓄電池
和蓄電池箱的結構，就能達到上面的絕緣電阻值，
就能保證防爆安全性能。
2)電源裝置中蓄電池之間的電氣連接
實際上，通常使用特制的連接導線進行雙線
制連接，即蓄電池的雙極柱都用這種連接導線連
接起來。在進行這種連接時，采用的是焊接方法，
而不是傳統的螺紋式連接方法。經驗告訴我們，
螺紋式連接具有較大的接觸電阻，很容易在連接
處出現高溫甚至燒壞連接結構。用焊接方法連接
時連接導線的鉛銻合金接頭和蓄電池的極柱是同
一種材質，熔焊后連接處的接觸電阻很小，因而即
使流經大電流也不會造成過熱。
通常認為，連接導線和極柱之間的接觸電阻
不大于20 (20 cC)即能滿足要求。
3)蓄電池極柱焊接后的絕緣處理
在蓄電池組中，連接導線與蓄電池極柱焊接
處是裸露的帶電導體，考慮到防止它接觸可燃性
粉塵，必須進行絕緣防護處理。
一般情況下，采用塑料、橡膠或熱塑性材料將
焊接處完全包覆起來，就可以防止可燃性粉塵或
粉塵云接觸帶電體。這種“完全包覆”在工藝上應
該盡可能做得嚴密可靠。
這里需要指出的是，為了測量蓄電池的電壓，
允許在絕緣防護層上留有小孑L。但是，在不測量
電壓時應該將小孑L封堵起來。
4)蓄電池組不同極柱之間的爬電距離
有關標準規定，在蓄電池組中相鄰蓄電池之
間的最大漏電電壓，一般不應該超過24 V，極柱
之間的爬電距離不應該小于35柵。如果最大放
電電壓超過24 V，則每超過2 V，爬電距離應該增
加1 nllno
這種規定同樣是考慮到鉛酸蓄電池是很容易
出現漏電的這一實際情況，增加爬電距離，減小泄
漏電流。
從以上分析可以看出，對鉛酸蓄電池組采取
的這些安全技術措施，既能防止因蓄電池之間的
連接斷裂產生放電火花，極柱連接的接觸電阻過
大產生高溫，極柱之間、極柱與地之間產生嚴重漏
電，又能防止可燃性粉塵接觸帶電導體，因而，是
安全可靠的。
2 防爆技術措施的檢驗
在上面的敘述中，我們根據防止鉛酸蓄電池
成為可燃性粉塵環境點燃源的安全技術原則，具
體地提出了相關的防爆安全技術措施。這些安全
技術措施應該是可靠且實用的。
試驗和檢驗是評價這些安全技術措施可靠性
的一種重要手段。這里，我們將提出一些試驗和
檢驗的原則要求。
2．1 防止出現嚴重漏電安全措施的試驗和檢驗
從上述可知，防止出現嚴重漏電的安全措施
主要包括，蓄電池槽不得滲漏且強度高、蓄電池封
口嚴密、蓄電池蓋上絕緣凸臺高度和蓄電池箱絕
緣性能以及蓄電池組(電源裝置)絕緣電阻等。
(1)蓄電池槽的滲漏試驗
在進行這項試驗時，可以將準備好的蓄電池
槽放置在水池中，在蓄電池槽內外注入清水，水面
距蓄電池槽邊緣的距離不應該太大。然后，將
10 kv的交流工頻電壓施加在蓄電池槽內外的水
中。如果蓄電池槽有針孔或裂紋，10 kv的電壓
將會跌落。這是一個簡單而實用的方法。
這里特別指出的是，試驗時必須注意安全。
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《電氣防爆》20o5，2 可燃性粉塵環境用鉛酸蓄電池防爆技術探討 7
(2)蓄電池槽的結構強度試驗
通常，蓄電池槽是用橡膠或工程塑料制造的。
在這里，檢驗它的結構強度的方法很簡單，就是用
重錘自由落體的方法進行。通常使用質量為1 kg
的重錘，沖擊能量大約為7～8 J。
試驗可以在低溫(例如一20℃ ～ 一30℃)狀
態下進行。這樣就可以考核蓄電池槽所用材料在
較低的溫度下可能出現的脆裂。
(3)封口嚴密性的檢驗
蓄電池槽封口嚴密性檢驗，通常采用“氣密
性”試驗，即將裝配完整的蓄電池內充入或抽出空
氣，使蓄電池內部的氣壓與外部大氣壓的壓差大
約為20 kPa。如果壓力計的讀數在3～5 s內不下
降，就可以認為蓄電池具有很好的氣密性，封口嚴
密可靠。
(4)蓄電池蓋上絕緣凸臺高度的檢驗
蓄電池蓋上絕緣凸臺不應該太低，一般情況
下，這個高度不要小于10 nqln，此高度是必須檢驗
的項目。
(5)蓄電池箱絕緣電阻的檢驗
蓄電池箱的絕緣處理也是蓄電池組(電源裝
置)絕緣性能的一個十分重要的環節。檢驗時，在
蓄電池箱內充人清水，用500 V級兆歐表進行測
量，表筆的一端插入水中，另一端接觸在蓄電池箱
的金屬上。
通常認為，用這種方法測得的絕緣電阻值在
5 MQ左右就可以了。
(6)蓄電池組(電源裝置)絕緣電阻的檢驗
蓄電池組(電源裝置)絕緣電阻，是考核以上
所述絕緣措施的一個綜合指標；如果上述絕緣措
施不可靠，這里的絕緣電阻就達不到要求。
檢驗時，蓄電池組應該充足電，蓄電池表面應
該擦拭干凈。用電壓表檢測蓄電池組正極對蓄電
池箱的電壓、負極對蓄電池箱的電壓和蓄電池組
的總電壓。測量時電壓表的使用量限的總內阻大
約為25～30 kfl，例如，使用C31一V型電壓表就
可以滿足要求。將測得的各個數值按(1)式進行
計算，嫉可求得電源裝置的絕緣電阻值：
，，
Rd=Rb( 『_一1) (1)
U T U
一
式中 R —— 蓄電池箱的絕緣電阻，kQ
R — — 電壓表測量用量限的總內阻，kf2
— — 蓄電池組的總電壓，v
+
— — 蓄電池組正極對蓄電池箱箱體(金
屬)的電壓，V
一
— — 蓄電池組負極對蓄電池箱箱體(金
屬)的電壓，V
當然，也可以使用其他測量方法來檢驗蓄電
池組的絕緣性能，例如，用測量蓄電池組正負極漏
電流的方法來評價這一絕緣性能。
2．2 防止蓄電池之間連接導體斷開出現電氣火
花的檢測和檢驗
為了使蓄電池之間的連接可靠，不會因這種
連接斷開而出現電氣火花，就必須保證連接導體
連接處的焊接可靠。因此，防止蓄電池之間連接
導體斷開出現電氣火花的檢驗和試驗，就是對連
接導線和極柱焊接的檢測和檢驗。
(1)連接導線鑄接電阻的測定
用測定連接導線鑄接電阻的方法來評價連接
導線的制造質量。測定時，使用Tz型接觸電阻測
試儀進行。TZ型接觸電阻測試儀是一種四端子
測試裝置，首先在被測部位施加一個電流，然后測
量其問的電壓，經過自身的運算后，顯示(輸出)一
個電阻值。測量時，測試表筆接觸在圖1所示連
接導線鉛銻合金接頭上能測出最小值的地方。測
得的數據按(2)式計算，求得連接導線一端芯線與
鉛銻合金接頭之間的鑄接電阻值：
1 r ．
Rc： 1(Rz一 ×106) (2)
U
式中R —— 鑄接電阻，
R ——測得的連接導線總電阻，
￡。——連接導線的電纜計算長度，m
L0：Lz一0．02
￡ ——連接導線中心距，m
S——連接導線的電纜芯線截面積，mm2
p—— 銅的電阻系數，取0．0 169，Q·mm2／m
這里需要指出的是，每一根連接導線都必須
進行這種測量，以確保電源裝置裝配時所用的每
一根導線都完全符合要求。
(2)極柱焊接電阻的測定
除連接導線外，連接導線和蓄電池極柱的焊
接也是很重要的一個環節。用測定極柱焊接電阻
的方法來評價這里的焊接質量。
極柱焊接電阻的測定仍使用Tz型接觸電阻
測試儀進行，測定點參見圖2所示。
這里需要指出的是，每一臺電源裝置中每一
個極柱都必須進行這種測量，以確保每一個極柱
的焊接牢固可靠。如果測得的焊接電阻值超出規
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8 可燃性粉塵環境用鉛酸蓄電池防爆技術探討 《電氣防爆》20Q5，2
定值，則必須重新進行焊接處理。
圜2
2．3 溫度的檢驗
電源裝置的溫度檢驗主要是指檢驗蓄電池組
之間連接部分的溫度。因為電源裝置中其他部分
的溫度在其運行時間不可能太高，即使在蓄電池
組充電時電解液的溫度一般也不允許超過5O℃
(如果電解液在充電時超過5O c《=，必須采取強制
降溫措施)，因而，電源裝置中其他部分的溫度不
進行檢驗。
蓄電池組之間連接部分的溫度檢驗應該在被
檢部位有粉塵覆蓋的情況下進行。根據GB
12476．1—200o的規定，可以用45％的粉塵(例如
小麥粉)和55％的水(均按重量計)調制而成的粉
塵糊劑將被檢部位覆蓋起來。覆蓋層的厚度一般
為12．5 rnrno
試驗時，蓄電池組應該充電至額定容量，放電
電流應該調整為1．25倍5小時率電流值的電流。
放電開始后應該隨時觀察連接導線和極柱的溫度
變化情況。當溫度穩定且粉塵糊劑干燥后就可以
測量各測試點的溫度。
這里需要指出的是，測試點應該在極柱或連
接導線的表面上，而不是粉塵糊劑的表面上。
2．4 防止可燃性粉塵和粉塵云接觸帶電導體防
護性的檢查
這項檢查簡單而且必須：就是檢查蓄電池極
柱與連接導線焊接后裸露部分的絕緣覆蓋是否可
靠有效，通過目測和簡單的測量就可以得出結論。
除上述的各項試驗外，當然還有一些試驗，例
如，蓄電池箱的沖擊試驗，蓄電池排氣栓的透氣性
能試驗，必要時也可以作一下。總而言之，通過這
些試驗來驗證一下我們對可燃性粉塵場所中使用
的鉛酸蓄電池組所采取的安全措施的有效性。這
些試驗完成后，我們便認為這種鉛酸蓄電池組在
防止可燃性粉塵點燃方面是安全的。
3 結束語
本文是作者根據多年從事蓄電池防爆技術研
究和實踐，結合可燃性粉塵防爆技術理論，提出的
鉛酸蓄電池的粉塵防爆技術要求，目的是在目前
沒有相應技術標準的情況下探討一下鉛酸蓄電池
粉塵防爆技術問題。本文若能對蓄電池粉塵防爆
這專題有所裨益，則甚幸。
參考文獻
[1]JB 6199—1992，防爆蓄電池工業車輛防爆技術通用要求[s]．
【2]GB 12476．1—2O00，可燃性粉塵環境用電氣設備第1部分：
用外殼和限制表面溫度保護的電氣設備第1節：電氣設備
的技術要求[s]．
。
廣， 告口承索 引丁I 《y
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安徽省潛山縣電機配件有限公司(前插7)
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