關(guān)于防爆電機(jī)表面溫度測試方法的探討

我國防爆標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.1—2000第23.4.6.1條和GB 12476．1—2000第20.4.5.1條都規(guī)定：“ 最高表面溫度測定應(yīng)在額定電壓的90%～110%間最不利條件下進(jìn)行” 。溫度試驗的前提條件 為電氣設(shè)備按規(guī)定狀態(tài)運行足夠長的時間，直到該電氣設(shè)備達(dá)到熱穩(wěn)定（即電氣設(shè)備進(jìn)行溫度實驗時測得的溫度變化不超過2 K/h的狀態(tài)）。根據(jù)所測得的最高表面溫度數(shù)值再按額定 狀態(tài)下的最高環(huán)境溫度進(jìn)行修正，最后計算得出的最高表面溫度即為最終結(jié)果。
根據(jù)此結(jié)果，就可以判斷該電氣設(shè)備的最高表面溫度是否符合相應(yīng)溫度組別的點燃溫度。對于II類電氣設(shè)備不是逐臺進(jìn)行溫度試驗的，在T3～T6溫度組別時應(yīng)比電氣設(shè)備標(biāo)明的溫度或 溫度組別的溫度低5 ℃；在T1～T2溫度組別時比標(biāo)明的溫度或溫度組別的溫度低10 ℃； 對于I類電氣設(shè)備不應(yīng)超過150 ℃（當(dāng)電氣設(shè)備表面可能堆積煤塵時）。電氣設(shè)備的最高表面溫度只有在上述相應(yīng)溫度組別范圍內(nèi)，才能判定該項溫度試驗合格。在此，我們以隔爆型三相異步 電 動機(jī)（以下簡稱電機(jī)）來詳細(xì)說明溫度試驗的測試方法，并可按此方法類推到其他防爆類型電機(jī)的溫度試驗，以供大家參考。
2 國內(nèi)防爆電機(jī)溫度試驗方法介紹
我們以連續(xù)工作制（S1工作制）電機(jī)作為介紹對象，由于電機(jī)隔爆外殼能承受通過外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞，而且不會引起外部 的爆炸性氣體混合物的點燃危險，所以該類型電機(jī)表面溫度測試位置局限在電機(jī)機(jī)座外表面及軸承外圈處。而其他防爆類型電機(jī)，如增安型或無火花型電機(jī)外殼不具備隔爆外殼的保護(hù) 特 性，其最高表面溫度測試位置還應(yīng)增加電機(jī)轉(zhuǎn)子表面的測試。通常情況下，由于電機(jī)內(nèi)外導(dǎo)熱和散熱性能的差異，轉(zhuǎn)子表面溫度明顯高于機(jī)座外表面溫度，因此，這兩種防爆類型的電 機(jī)最高表面溫度主要取決于轉(zhuǎn)子表面溫度。
我們經(jīng)常選用的電機(jī)溫度測量方法主要有如下四種：①溫度計法；②電阻法；③埋置檢溫計法；④粘貼測溫紙法。這里所介紹的溫度試驗采用上述第一種方法，溫度傳感器為實驗室較 容易制作、價格低、校準(zhǔn)方便的銅-康銅熱電偶，該熱點偶分度號為T型，測試溫度范圍在－ 200～400 ℃之間。它可把溫度信號直接變成按一定規(guī)律變換的弱電壓信號，通過一塊或兩塊A/D轉(zhuǎn)換卡，與PC機(jī)直接相連，使用專門配套溫度測試軟件，即可同時測試8點或16點不同 位置的溫度，并在微機(jī)顯示器上直接顯示所有測試點當(dāng)前和歷史記錄的溫度數(shù)值或溫度曲線。該A/D轉(zhuǎn)換卡為智能ISA總線，具有光耦隔離、抗干擾能力強、精度高（±0.05%）、 可靠性高等特點。由于溫度場和溫度傳感器的熱慣性較大，因此，采集轉(zhuǎn)換一組數(shù)據(jù)最小間 隔設(shè)置為3 s即可滿足大多數(shù)的測試要求，對于電機(jī)溫度試驗也是適用的。
電機(jī)在進(jìn)行溫度試驗前，首先測取三相繞組在實際冷態(tài)下的直流電組，并記錄當(dāng)時電機(jī)繞組端部或鐵芯的溫度，可把此作為實際冷態(tài)下的繞組溫度；再固定好電機(jī)及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器， 接好電機(jī)電源線和各種電測試信號線，保證被試電機(jī)能正常運轉(zhuǎn)和監(jiān)控等；然后在電機(jī)機(jī)座外表面適當(dāng)選取7個可能出現(xiàn)較高溫度的位置，根據(jù)經(jīng)驗，這些測點位置一般在電機(jī)靠近吊 環(huán)附近的圓周表面上，并且多出現(xiàn)在電機(jī)驅(qū)動端，另外在電機(jī)驅(qū)動端的軸承外蓋附近選取一個軸承可能出現(xiàn)較高溫度的位置，分別在這8個測試點位置固定好已校正過的熱電偶端部， 熱電偶埋入時應(yīng)注意與被測點表面緊密接觸，并用絕緣膠布或其他保護(hù)措施覆蓋住熱電偶前端的測溫部分，以免受周圍環(huán)境冷卻氣體的影響；最后把所有熱電偶的測試線用一個"D"型2 5針標(biāo)準(zhǔn)插座連接，直接把該插座接到A/D轉(zhuǎn)換接口板上即可，此時就可用溫度測試軟件測試電機(jī)表面溫度了。
電機(jī)溫度達(dá)到熱穩(wěn)定前，可把溫度測試軟件的溫度測試間隔設(shè)置較大些，如設(shè)置成10、15 m in或更長時間都可，這樣所采集的溫度數(shù)據(jù)便于察看和對比。當(dāng)電機(jī)溫度穩(wěn)定后，電機(jī)斷電瞬間之前，一般情況下必須把溫度測試軟件的溫度測試間隔設(shè)置較小些，否則斷點后電 機(jī)外殼表面的溫度驟升，但溫度測試軟件就可能在此時間內(nèi)未捕捉到可能出現(xiàn)的最高溫度值，而電機(jī)表面溫度又緩慢地降下來了，為避免此現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)把溫度測試間隔設(shè)置為5～1 0 s為好，對于某些電機(jī)正常運行時不帶風(fēng)扇，或者電機(jī)斷電后外殼表面溫度變化不明顯的 電機(jī)，也可把溫度測試間隔適當(dāng)調(diào)大些，這都可根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，而不可漏掉可能出現(xiàn)的最高溫度。
根據(jù)防爆標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于溫度試驗的要求，電機(jī)進(jìn)行溫度試驗前的所有準(zhǔn)備工作完成后，對其施加 0.9倍的額定電壓，保持額定頻率不變，并利用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器監(jiān)測電機(jī)輸出功率為額定功 率，保持該運行狀態(tài)直至電機(jī)溫升達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)為止。為了縮短試驗時間，可在試驗開始時適當(dāng)過載。電機(jī)斷電后要繼續(xù)測試其表面溫度，直到電機(jī)表面溫度逐漸緩慢下降以后，就 可以停止溫度試驗。在整個溫度試驗當(dāng)中，溫度測試軟件記錄了多組數(shù)據(jù)，而該軟件能自動找出試驗中的最高溫度值，且能打印出整個過程的溫度曲線，便于試驗人員分析和匯總。較 常見的溫度試驗曲線如圖1所示。
某廠家30 kW-4 p電機(jī)的最高工作環(huán)境溫度是40 ℃，防爆標(biāo)志為ExdIIBT4。從圖1中可看 出，該電機(jī)實測最高表面溫度為T6熱電偶所測的溫度（80.7 ℃），軸承外蓋溫度為T3熱電 偶，當(dāng)時的環(huán)境溫度為27.4 ℃，由此可算出該樣機(jī)的最高表面溫度為：80.7－27.4+40=93. 3 ℃，符合T4溫度組別。
3 美國UL 674標(biāo)準(zhǔn)溫度試驗方法簡介及兩者的差異
美國UL 674標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了適用于I類1級、C、D組，和II類1級、E、F、G組的電機(jī)和發(fā)電機(jī)，同樣也規(guī)定了I類1區(qū)、IIA、IIB組別防爆電氣設(shè)備的相關(guān)要求，本文所涉及到的內(nèi)容僅限于防 爆電機(jī)的溫度試驗，便于與上述國內(nèi)防爆電機(jī)溫度試驗方法進(jìn)行對比，該標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電機(jī)溫度試驗方法的詳細(xì)介紹可參見《電氣防爆》 2002年第3期“美國UL 674標(biāo)準(zhǔn)對防爆電機(jī)溫 度試驗的有關(guān)要求” 一文 ，在此僅簡單說明和補充以下幾點。
(1) 試驗項目較多，這取決于該電機(jī)是否安裝有限溫裝置，并且根據(jù)安裝位置不同，所做的 試驗項目也不同，主要的試驗項目包括：正常溫度試驗、過載試驗、過載至燒毀試驗、單相試 驗、堵轉(zhuǎn)試驗、72 ｈ堵轉(zhuǎn)試驗、15天堵轉(zhuǎn)耐久試驗。
(2) 試驗電壓劃分得較細(xì)，針對60 Hz電源，各個規(guī)定電壓分段的試驗電壓均為該電壓分段的最高值；而額定電壓高于600 V的或不在上述電壓分段內(nèi)的，其試驗電壓為額定值的100% ～105%；其他工作頻率電源的試驗電壓即為其額定值。
(3) 試驗環(huán)境條件較苛刻，電機(jī)本身不帶限溫裝置的溫度試驗，所有項目必須在40 ℃環(huán)境 溫度或高于40 ℃的最大規(guī)定環(huán)境溫度狀態(tài)下進(jìn)行；而帶有限溫裝置的電機(jī)，僅有正常溫度試 驗必須在40 ℃環(huán)境溫度或高于40 ℃的最大規(guī)定環(huán)境溫度狀態(tài)下進(jìn)行；除了上述兩種情況外的電機(jī)溫度試驗項目可在10～40 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行，但最終結(jié)果即最高溫度需按40 ℃環(huán)溫進(jìn)行 修正。
(4) 溫度試驗時要求的測試位置較多，所用測試傳感器均勻分布在電機(jī)外殼前中后整個外 表面共12點，另外在電機(jī)軸伸方向前后兩端蓋地方分布4個測試點，并且在電機(jī)兩端定子繞組端部各布置3個測試點，以便于同時考核定子繞組的絕緣性能和檢測繞組的最高溫度。我 們可從電機(jī)外表面分布的16個測試點的溫度值，得出相應(yīng)的最高溫度，或按此值再按40 ℃ 環(huán)溫進(jìn)行計算得出最高溫度值。
(5) 記錄的實驗數(shù)據(jù)信息量較大，且實驗結(jié)果的判斷較復(fù)雜，所 有的溫度試驗項目必須記錄當(dāng)時的工作電壓、電流和輸入功率，以及22個測試點的溫度值等 ，所要存儲的原始信息比較多；而每一項溫度試驗都得按相應(yīng)溫度組別分別進(jìn)行判斷，是否 符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最后綜合所有溫度試驗項目結(jié)論才能判斷該溫度試驗是否合格。
(6) 美國NEC 500防爆標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于溫度組別的劃分較細(xì)，如我國防爆標(biāo)準(zhǔn)中T3溫度組別只允許2 00 ℃，T4溫度組別只允許135 ℃，而美國T3組又細(xì)分成，T3（200 ℃）、T3A（180 ℃）、 T3B（165 ℃）、T3C（160 ℃）