关于防爆电机表面温度测试方法的探讨.doc

关于防爆电机表面温度测试方法的探讨 主要阐述了目前国内防爆电机表面温度的测试方法，并与 美国UL674标准所规定的温度测试方法进行比较，从而了解其两者的差异。我国防爆标准规定的温度测试方法与欧洲标准及IEC标准基本相同，适用范围较广；而美国UL 674标准规定的温度试验方法较严酷，且试验周期长，还可能对电机本身造成损坏。 1 前言 我国防爆标准GB 3836.12000第23.4.6.1条和GB 12476．12000第20.4.5.1条都规定“最高表面温度测定应在额定电压的90～110间最不利条件下进行” 。温度试验的前提条件为电气设备按规定状态运行足够长的时间，直到该电气设备达到热稳定（即电气设备进行温度实验时测得的温度变化不超过2K/h的状态）。根据所测得的最高表面温度数值再按额定状态下的最高环境温度进行修正，最后计算得出的最高表面温度即为最终结果。 根据此结果，就可以判断该电气设备的最高表面温度是否符合相应温度组别的点燃温度。对于II类电气设备不是逐台进行温度试验的，在T3～T6温度组别时应比电气设备标明的温度或温度组别的温度低5 ℃；在T1～T2温度组别时比标明的温度或温度组别的温度低10 ℃； 对于I类电气设备不应超过150℃（当电气设备表面可能堆积煤尘时）。电气设备的最高表面温度只有在上述相应温度组别范围内，才能判定该项温度试验合格。在此，我们以隔爆型三相异步电动机（以下简称电机）来详细说明温度试验的测试方法，并可按此方法类推到其他防爆类型电机的温度试验，以供大家参考。 2 国内防爆电机温度试验方法介绍 我们以连续工作制（S1工作制）电机作为介绍对象，由于电机隔爆外壳能承受通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏，而且不会引起外部的爆炸性气体混合物的点燃危险，所以该类型电机表面温度测试位置局限在电机机座外表面及轴承外圈处。而其他防爆类型电机，如增安型或无火花型电机外壳不具备隔爆外壳的保护特性，其最高表面温度测试位置还应增加电机转子表面的测试。通常情况下，由于电机内外导热和散热性能的差异，转子表面温度明显高于机座外表面温度，因此，这两种防爆类型的电机最高表面温度主要取决于转子表面温度。 我们经常选用的电机温度测量方法主要有如下四种①温度计法；②电阻法；③埋置检温计法；④粘贴测温纸法。这里所介绍的温度试验采用上述第一种方法，温度传感器为实验室较容易制作、价格低、校准方便的铜-康铜热电偶，该热点偶分度号为T型，测试温度范围在－ 200～400℃之间。它可把温度信号直接变成按一定规律变换的弱电压信号，通过一块或两块A/D转换卡，与PC机直接相连，使用专门配套温度测试软件，即可同时测试8点或16点不同位置的温度，并在微机显示器上直接显示所有测试点当前和历史记录的温度数值或温度曲线。该A/D转换卡为智能ISA总线，具有光耦隔离、抗干扰能力强、精度高（0.05）、可靠性高等特点。由于温度场和温度传感器的热惯性较大，因此，采集转换一组数据最小间隔设置为3s即可满足大多数的测试要求，对于电机温度试验也是适用的。 电机在进行温度试验前，首先测取三相绕组在实际冷态下的直流电组，并记录当时电机绕组端部或铁芯的温度，可把此作为实际冷态下的绕组温度；再固定好电机及转矩转速传感器，接好电机电源线和各种电测试信号线，保证被试电机能正常运转和监控等；然后在电机机座外表面适当选取7个可能出现较高温度的位置，根据经验，这些测点位置一般在电机靠近吊环附近的圆周表面上，并且多出现在电机驱动端，另外在电机驱动端的轴承外盖附近选取一个轴承可能出现较高温度的位置，分别在这8个测试点位置固定好已校正过的热电偶端部，热电偶埋入时应注意与被测点表面紧密接触，并用绝缘胶布或其他保护措施覆盖住热电偶前端的测温部分，以免受周围环境冷却气体的影响；最后把所有热电偶的测试线用一个“D“型25针标准插座连接，直接把该插座接到A/D转换接口板上即可，此时就可用温度测试软件测试电机表面温度了。 电机温度达到热稳定前，可把温度测试软件的温度测试间隔设置较大些，如设置成10、15 min或更长时间都可，这样所采集的温度数据便于察看和对比。当电机温度稳定后，电机断电瞬间之前，一般情况下必须把温度测试软件的温度测试间隔设置较小些，否则断点后电机外壳表面的温度骤升，但温度测试软件就可能在此时间内未捕捉到可能出现的最高温度值，而电机表面温度又缓慢地降下来了，为避免此现象的发生，应把温度测试间隔设置为5～1 0s为好，对于某些电机正常运行时不带风扇，或者电机断电后外壳表面温度变化不明显的电机，也可把温度测试间隔适当调大些，这都可根据具体情况进行相应的设置，而不可漏掉可能出现的最高温度。 根据防爆标准关于温度试验的要求，电机进行温度试验前的所有准备工作完成后，对其施加0.9倍的额定电压，保持额定频率不变，并利用转矩转速传感器监测电机输出功率为额定功率，保持该运行状态直至电机温升达到热稳定状态为止。为了缩短试验时间，可在试验开始时适当过载。电机断电后要继续测试其表面温度，直到电机表面温度逐渐缓慢下降以后，就可以停止温度试验。在整个温度试验当中，温度测试软件记录了多组数据，而该软件能自动找出试验中的最高温度值，且能打印出整个过程的温度曲线，便于试验人员分析和汇总。较常见的温度试验曲线如图1所示。 图1 某厂家30 kW 4p电机温度试验曲线 某厂家30 kW-4 p电机的最高工作环境温度是40 ℃，防爆标志为ExdIIBT4。从图1中可看出，该电机实测最高表面温度为T6热电偶所测的温度（80.7 ℃），轴承外盖温度为T3热电 偶，当时的环境温度为27.4℃，由此可算出该样机的最高表面温度为80.7－27.44093. 3 ℃，符合T4温度组别。 3 美国UL 674标准温度试验方法简介及两者的差异 美国UL674标准规定了适用于I类1级、C、D组，和II类1级、E、F、G组的电机和发电机，同样也规定了I类1区、IIA、IIB组别防爆电气设备的相关要求，本文所涉及到的内容仅限于防爆电机的温度试验，便于与上述国内防爆电机温度试验方法进行对比，该标准中有关电机温度试验方法的详细介绍可参见电气防爆 2002年第3期“美国UL 674标准对防爆电机温 度试验的有关要求” 一文 ，在此仅简单说明和补充以下几点。 1 试验项目较多，这取决于该电机是否安装有限温装置，并且根据安装位置不同，所做的试验项目也不同，主要的试验项目包括正常温度试验、过载试验、过载至烧毁试验、单相试 验、堵转试验、72 ｈ堵转试验、15天堵转耐久试验。 2 试验电压划分得较细，针对60 Hz电源，各个规定电压分段的试验电压均为该电压分段的最高值；而额定电压高于600V的或不在上述电压分段内的，其试验电压为额定值的100 ～105；其他工作频率电源的试验电压即为其额定值。 3 试验环境条件较苛刻，电机本身不带限温装置的温度试验，所有项目必须在40 ℃环境 温度或高于40℃的最大规定环境温度状态下进行；而带有限温装置的电机，仅有正常温度试 验必须在40 ℃环境温度或高于40℃的最大规定环境温度状态下进行；除了上述两种情况外的电机温度试验项目可在10～40 ℃范围内进行，但最终结果即最高温度需按40℃环温进行 修正。 4 温度试验时要求的测试位置较多，所用测试传感器均匀分布在电机外壳前中后整个外表面共12点，另外在电机轴伸方向前后两端盖地方分布4个测试点，并且在电机两端定子绕组端部各布置3个测试点，以便于同时考核定子绕组的绝缘性能和检测绕组的最高温度。我们可从电机外表面分布的16个测试点的温度值，得出相应的最高温度，或按此值再按40 ℃ 环温进行计算得出最高温度值。 5 记录的实验数据信息量较大，且实验结果的判断较复杂，所有的温度试验项目必须记录当时的工作电压、电流和输入功率，以及22个测试点的温度值等，所要存储的原始信息比较多；而每一项温度试验都得按相应温度组别分别进行判断，是否符合标准规定，最后综合所有温度试验项目结论才能判断该温度试验是否合格。 6 美国NEC 500防爆标准关于温度组别的划分较细，如我国防爆标准中T3温度组别只允许2 00 ℃，T4温度组别只允许135℃，而美国T3组又细分成，T3（200 ℃）、T3A（180 ℃）、 T3B（165 ℃）、T3C（160 ℃），具体的对照见表1。 表1 两者温度代码对照表 4 结束语 我国防爆标准是以防爆类型划分的，与IEC 60079系列防爆标准基本等同，而美国UL 674标准主要是针对防爆电机产品进行了相应规定，要求的内容也就比较详细和全面。从上述防爆电机温度试验方法的介绍及两者的差异来看，我国防爆电机温度试验方法比较适用，也较科学，实施起来也方便，使用的试验设备不复杂，一般生产厂家不需投入过多的资金和设施，即可按防爆标准进行温度试验，检测防爆电机该项防爆性能是否符合标准相应要求。另外，温度测试软件使用的范围也较广，对其他防爆仪表和防爆电气设备的温度试验同样可以使用，也可以作为温度监测软件用于防爆电气设备的温度在线监测。相反，美国防爆电机温度试验要求的试验条件较苛刻，实施起来有一定的难度，而且需要的试验设备较多，有的试验项目可能会损坏样机。 从我们所做的实验结果来看，无论是我国防爆标准规定的温度试验方法，还是美国UL674标准规定的温度试验方法，最终都能涵盖到防爆电机最高表面温度测试位置，而且两者检测到的外壳最高表面温度位置也相同，都位于电机靠近吊环附近的圆周表面上，不至于遗漏或错判所测结果。