浙江航拓电力设备有限公司

一、核心材料类型与特性

1. 金属材料

（1）铸钢（如 ZG230-450）

• 优势：

• 高强度与抗冲击性：抗拉强度≥450MPa，可承受爆炸压力（隔爆外壳需能承受 1.5MPa 内部爆炸压力），适用于高风险区域（如采掘工作面附近）。

• 良好的加工性能：可通过铸造工艺成型复杂结构（如带隔爆接合面的壳体），满足 GB 3836.2 对隔爆外壳的厚度要求（通常≥6mm）。

• 缺点：

• 重量大：柜体笨重，搬运和安装难度高，需配套起重设备。

• 易腐蚀：需进行表面防腐处理（如热镀锌、涂覆环氧树脂），否则在潮湿环境中易生锈。

• 典型应用：
  隔爆型高压开关柜（如 PBG 系列）的主体外壳、大型固定式开关柜。

（2）钢板（如 Q235B、Q345）

• 优势：

• 成本低、易获取：相比铸钢价格更低，适合批量加工（如折弯、焊接）。

• 可焊性好：便于制作拼接式柜体，满足移开式开关柜的模块化设计需求。

• 缺点：

• 焊接应力问题：厚钢板（≥8mm）焊接后需进行退火处理，避免变形导致隔爆接合面失效。

• 耐腐蚀性一般：需通过喷涂防锈漆或镀锌提高防护等级。

• 典型应用：
  低压开关柜（如 GCK 矿用改型）、部分高压开关柜的框架结构。

（3）铝合金（如 ZL102、6061-T6）

• 优势：

• 轻量化：密度约为钢的 1/3，便于井下搬运和安装，适合移动场景（如综采工作面移动变电站）。

• 耐腐蚀：表面自然形成氧化铝薄膜，抗潮湿和粉尘腐蚀能力优于钢材质。

• 缺点：

• 强度较低：抗拉强度约 150-300MPa，需通过加厚壳体（如≥10mm）或结构优化（如增加加强筋）满足防爆强度要求。

• 隔爆接合面易磨损：需采用表面硬化处理（如阳氧化、镀镍磷），避免长期操作导致间隙超标。

• 典型应用：
  轻量化隔爆型开关柜、便携式控制箱。

2. 非金属材料（复合材料）

（1）工程塑料（如 ABS、PC/ABS）

• 优势：

• 绝缘性好：无需额外绝缘处理，适合制作仪表室、操作面板等非承重部件。

• 成型便捷：通过注塑工艺快速生产复杂结构（如按钮盒、电缆引入装置的密封件）。

• 缺点：

• 强度不足：无法作为主外壳材料，仅用于辅助部件（如防护盖、标识牌）。

• 耐热性差：长期工作温度≤80℃，不能靠近发热元件（如断路器）。

• 典型应用：
  开关柜内部绝缘隔板、操作手柄、观察窗框架。

（2）纤维增强复合材料（如玻璃纤维增强聚酯树脂）

• 优势：

• 抗腐蚀与抗静电：通过添加抗静电剂（如炭黑）满足 MT 113 标准，表面电阻≤1×10⁹Ω，防止静电积聚引发爆炸。

• 轻量化与高强度：比强度接近铝合金，可制作非隔爆型外壳（如增安型开关柜的防护壳体）。

• 缺点：

• 防爆局限性：不能用于隔爆型设备，仅适用于无瓦斯爆炸风险的区域（如地面变电所）。

• 工艺复杂：需模压成型，成本较高，不适合大规模生产。

• 典型应用：
  地面用防尘、防潮开关柜外壳、电缆桥架。

二、材料选择关键依据

1. 防爆型式与标准要求

• 隔爆型（Ex d）：

• 必须采用金属材料（铸钢或钢板），且需满足 GB 3836.2 中关于外壳强度（承受爆炸压力）和隔爆接合面（间隙、长度、表面粗糙度）的严格要求。

• 示例：井下中央变电所的高压隔爆柜必须使用铸钢外壳，接合面粗糙度 Ra≤6.3μm，间隙≤0.5mm（当外壳容积≤0.1L 时）。

• 增安型（Ex e）：

• 可采用金属或非金属材料，但需外壳防护等级≥IP54，且非金属材料需通过耐热、耐寒和抗冲击试验（如 - 20℃~+60℃温度循环下无开裂）。

2. 环境适应性需求

• 潮湿 / 腐蚀性环境：

• 优先选铝合金或表面防腐处理的钢板（如热浸镀锌层厚度≥85μm），避免铸钢生锈导致外壳失效。

• 沿海煤矿或高湿度区域，可采用 316 不锈钢（成本较高，但耐盐雾腐蚀）。

• 振动冲击场景：

• 采掘工作面附近的移动开关柜需用铸钢或加厚钢板（厚度≥10mm），并通过 MT/T 1097 标准的振动试验（10-50Hz，振幅 1.5mm，持续 2 小时）。

3. 散热与维护需求

• 高功率设备：

• 金属外壳（尤其是铝合金）导热性好（铝导热系数 205W/m・K，钢约 50W/m・K），适合安装断路器等发热元件，需搭配散热筋或通风孔（需加防尘网）。

• 频繁维护场景：

• 移开式开关柜可选钢板焊接结构，便于拆卸和更换手车部件；铝合金外壳需避免频繁拆卸导致接合面磨损。

三、表面处理工艺提升性能

1. 金属材料防腐处理

• 热镀锌：
  钢板或铸钢外壳经热浸镀锌后，表面形成锌铁合金层，耐盐雾腐蚀能力可达 1000 小时以上，适用于井下潮湿环境。

• 环氧树脂喷涂：
  静电喷涂环氧树脂粉末，高温固化后形成厚度 80-120μm 的防腐层，兼具绝缘性和耐磨性，颜色可选（如 RAL7035 灰）便于区分设备功能。

2. 非金属材料抗静电处理

• 工程塑料部件需添加永久性抗静电剂（如季铵盐类），表面电阻≤1×10⁹Ω，避免粉尘吸附和静电放电。

四、典型材料组合方案

五、标准与认证要求

• GB 3836.2-2021：明确隔爆外壳材料的机械强度、耐腐蚀性能及加工精度要求，禁止使用易产生火花的轻金属（如镁含量＞6% 的铝合金）。

• MT 209-1990：规定煤矿用电工产品的外壳防护性能，金属外壳需通过冲击试验（冲击能量≥7J）和静压试验（压力≥1MPa）。

• 防爆认证（Ex）：材料需通过国家防爆检测中心（如 CQST）的型式试验，非金属材料还需提供阻燃性检测报告（如垂直燃烧试验 UL94 V-0 级）。