LED在礦用防爆燈具中的應(yīng)用

胡淳

LED照明目前在煤礦的安全生產(chǎn)中運用十分廣泛，但是同傳統(tǒng)的光源相比LED光源也存在著一些還沒有解決的問題，如LED光源與傳統(tǒng)光源相比價格較高;其發(fā)光效率與傳統(tǒng)光源相比沒有壓倒性優(yōu)勢;LED光源理論壽命很長，但是，實際使用中由于現(xiàn)場使用環(huán)境、散熱結(jié)構(gòu)等原因，導(dǎo)致光源實際壽命無法達到理論時間。LED防爆照明設(shè)備通過采用新型合金、環(huán)氧樹脂、ABS塑料等材料，其結(jié)構(gòu)更加堅固、重量更輕、散熱效果更好。大規(guī)模集成電路的進步，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的更加完備，大大提升了煤礦照明設(shè)備的電路穩(wěn)定性，使其更加可靠，具有更加優(yōu)秀的電器防爆性能。

1 LED光源在煤礦巷道中的照明機理

從圖1可以得知，當(dāng)前LED光源產(chǎn)品的整體性能還無法達到理想光衰曲線水平，為了令其與理想光衰特性曲線更加接近，可在其元件額定功率及其運作時的實際功率兩者之間實現(xiàn)良好的平衡，找準(zhǔn)平衡點，犧牲一部分的額定功率，從而令其與理想光衰曲線更加接近，將其使用的壽命提升至35000小時以上。

在防爆燈具的日常使用中，我們要分析它的照度與我們的實際需求兩者是否契合，舉例而言，某礦山巷道的截面為一個3.5m×3m的長方形，其光源在其巷道正上方3米處懸掛，在巷道中進行設(shè)計時，每隔5米便會有一盞燈。

當(dāng)其處于光照環(huán)境下時，A點的照度是其該點水平照度貢獻值相加的總數(shù)。

由此來看，更換了光源與燈具之后，整個巷道中的照明環(huán)境得到了大幅度的改善，最亮點照度達到了9.411x，最暗點照度為4.371x。利用照度儀進行檢測之后可得，兩點正上方1m處，其照度超過了101x，同時實現(xiàn)了11.971x的平均照度，從當(dāng)前的實際情況來看，整體環(huán)境十分明亮，而且視野十分清晰，對于色彩具有較強的辨識度，其最亮與最暗兩個工作面的照度具體大小比值為2.15∶1，此時運用的是LED光源，使用了功率更小，同時，其光線與自然光十分接近，因此，可以給人舒適的感覺，有效降低眩光的不利影響。

2 LED光源在煤礦巷道中的應(yīng)用

2.1散熱結(jié)構(gòu)

在LED溫度不斷升高的情形之下，LED的發(fā)光效率會隨之而不斷下降，因此，良好的散熱性是確保LED可以長時間使用的一個重要的因素。LED防爆燈通常情況下其光效較高、發(fā)熱量大，如果在一個密閉的防爆腔內(nèi)進行照明，加之井下惡劣的環(huán)境，如果不做好散熱，會不利于其使用性能的發(fā)揮，因此，LED燈具必須要設(shè)計高效散熱結(jié)構(gòu)。通常情況下，最為有效的辦法是利用燈具殼體來進行散熱。圖3便是借助于燈殼散熱的案例，可利用空氣自然對流實現(xiàn)良好的散熱效果。

在設(shè)計的過程中要確保燈具擁有足夠大的散熱面積。目前的一些高檔燈具在設(shè)計的過程中利用的是熱管散熱的形式來實現(xiàn)良好的散熱效果，這種模式之下需要較高的成本。井下具有大量的煤灰、粉塵，假如散熱片設(shè)計的過程中長度較長，或者是片數(shù)較多，會導(dǎo)致其散熱效果不佳，因此，在設(shè)計的過程中，應(yīng)以流線型、豎直排列為主，從而避免粉塵堆積影響其散熱效果。

2.2驅(qū)動電源

LED礦用防爆燈的電源具有特殊性，在煤礦生產(chǎn)過程中更加適用。由于煤礦安全生產(chǎn)是重中之重，我們這里以本安型電源為例，說明其特性。

LED防爆燈的輸入端一般屬于非本安結(jié)構(gòu)類型，同時，其輸出屬于本安結(jié)構(gòu)電路，而其內(nèi)部則是屬于非本安向本安不斷轉(zhuǎn)換。為了避免非本安輸入端的信息傳遞本安輸出端，造成電源性能受不利影響，因此，在其輸入與輸出端利用電器隔離，并保證其具有良好的耐壓性。

本安型電機設(shè)備從其安全程度出發(fā)，可以劃分為IA與IB兩個不同的等級。依據(jù)GB3836-2010《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》中的相關(guān)規(guī)定可知，本安電源利用的是IB等級，基于圖4分析可知，其保護元件、組件等都要利用雙重化結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

本安電源要對其電路的火花放電量具有一定的限制，如圖5是其限流電路圖。圖5為限流電路，在電路上實現(xiàn)過流、短路、過壓時的電流快速切斷功能。

除了這些特殊功能，本安型電源及設(shè)備在使用時，其安全性強、重量輕、便于維護、成本經(jīng)濟等優(yōu)勢都可以體現(xiàn)出來，在易燃、易爆等環(huán)境下也可以使用。

2.3透明件

在防爆燈具中，透明件是核心外殼部件，它一般是利用鋼化玻璃、透明塑料所制。假如利用的是塑料，雖然該材料具有更輕、更耐壓、抗腐蝕性更好，但是應(yīng)重視塑料材料自身性能中對于抗紫外老化的作用。LED光源是在氮化銦鎵藍光芯片的基礎(chǔ)之上衍生，此有紫外射出，相比熒光燈而言，它們的差異只是在數(shù)量上，大多塑料的紫外老化都非?？欤偃鐚⑵湓贚ED防爆燈具的外殼設(shè)計中使用，必須通過GB3836.1-2010《爆炸性環(huán)境第1部分》設(shè)備通用要求第26.10章的1000～1025h（42d）的光老化試驗。

3結(jié)論

本文分析了井下了防爆燈具LED光源之后可知，大功率LED光源在當(dāng)前的使用中可作為創(chuàng)新型光源使用。分析表明：較好的散熱結(jié)構(gòu)、透明件、合理的驅(qū)動電源是重要考慮內(nèi)容，散熱會直接對LED燈的使用壽命產(chǎn)生影響，透明件是其最重要的外殼部件，LED光源要持續(xù)可靠地工作，必須采用恒流驅(qū)動，為煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)提供安全節(jié)能的照明環(huán)境。

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