淺析船舶電機絕緣電阻

程英龍，孫 磊

(4808工廠威海修船廠，山東威海 264200)

0 前言

船舶電機長期處于濕熱、高溫、振動、沖擊以及充滿鹽霧、油霧的惡劣環(huán)境條件下，其絕緣性能受到影響。尤其在梅雨季節(jié)，電機的絕緣性能顯得格外異常。船舶電機絕緣電阻下降嚴(yán)重時會導(dǎo)致電氣設(shè)備失控、誤報警，甚至造成觸電、電火災(zāi)以及電機燒毀等惡性事故，直接危及船舶的航行安全。所以電機絕緣問題，對船舶具有特殊的重要性。

1 電機絕緣電阻分類

加在絕緣材料上的直流電壓與通過漏電電流之比，稱為絕緣電阻，絕緣電阻通常分為3類:冷態(tài)、熱態(tài)、動態(tài)絕緣電阻。冷態(tài)絕緣電阻:常溫下電機在停機斷能狀態(tài)，繞組表面溫度與環(huán)境溫度基本相同時，所測的絕緣電阻;熱態(tài)絕緣電阻:電機在額定負(fù)載下運行時間大于1 h或繞組工作溫度基本穩(wěn)定后，所測的絕緣電阻;動態(tài)絕緣電阻:在線實時帶電連續(xù)測量的絕緣電阻。

2 影響絕緣電阻的因素

1)絕緣材料的老化與擊穿。

電機絕緣材料大多采用高分子有機化合物，由于材料的氧化、聚合、分解、揮發(fā)等化學(xué)過程作用，造成絕緣材料彈性喪失、變脆、吸潮性能增大、介質(zhì)損耗增加，電導(dǎo)增大，導(dǎo)致絕緣材料絕緣性能下降。

一般絕緣材料有熱擊穿和純電擊穿兩種擊穿形式，熱擊穿是絕緣材料所加的電壓和材料因發(fā)熱而性能變劣影響下發(fā)出的熱量所引起的，可以認(rèn)為是受熱的直接后果。純電擊穿是在電場力作用下，造成絕緣材料結(jié)構(gòu)直接破壞引起的。

船舶電機絕緣還受到機械力和電磁力方面的影響，如沖擊、振動、壓擠、拉伸以及熱膨脹和收縮應(yīng)力等引起的絕緣材料裂紋和起層，導(dǎo)致絕緣性能下降。

2)溫度。

絕緣材料的體積電阻對溫度變化非常敏感，絕緣電阻隨著溫度的升高而下降。冷態(tài)下的絕緣電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熱態(tài)下的數(shù)值，絕緣電阻與溫度幾乎成對數(shù)函數(shù)關(guān)系。圖1是ZFH－450－15直流發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣電阻與溫度關(guān)系。

3)潮氣。

船舶電機經(jīng)常在潮濕的空氣中運行，電機受潮現(xiàn)象是船舶電機絕緣中的一個主要問題。受了潮的電機大多經(jīng)過干燥可以提高絕緣電阻，也有的經(jīng)過多次干燥絕緣電阻仍然很低。

絕緣性能產(chǎn)生一時性或永久性的喪失取決于受潮形式，絕緣材料受潮有表面受潮和內(nèi)部受潮。表面受潮的程度主要決定于材料表面對氣體的吸附能力和液體對材料的附著能力的大小。內(nèi)部受潮主要是由于材料的毛細(xì)管作用所致。

圖1 ZFH－450－15直流發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣電阻與溫度關(guān)系

(1)表面受潮。

絕緣材料的表面對潮氣吸附作用引起材料表面受潮，其受潮過程是先在固體表面形成單分子厚度的氣分子層，只要相對濕度足夠大，就會形成多分子層，其厚度隨相對濕度的增大接近飽和。絕緣材料的自身溫度對于吸附作用的影響非常大，材料溫度上升，則吸附的水氣量減少，材料溫度下降，則吸附的水氣量增加。

要防止絕緣材料受潮，就要設(shè)法破壞吸附條件。運行的電機和停用的電機受潮情況不同，運行的電機不容易受潮，其原因是運轉(zhuǎn)的電機始終有熱量發(fā)出，使電機升溫，達(dá)到一定溫度時，其絕緣材料反而向水氣供給熱量，吸附時的差熱被抵消和破壞，絕緣材料表面就不能吸附潮氣。在電機內(nèi)部安裝加熱器，在電機不運行時，使電機內(nèi)溫度始終保持高于外界環(huán)境溫度2～3℃就是這個道理。

(2)內(nèi)部受潮。

絕緣材料上的毛細(xì)孔隙都是絕緣漆干燥時產(chǎn)生的，絕緣漆在干燥時，溶劑不斷揮發(fā)，漆也逐漸固化。但是溶劑“走出”時沒有“隨手關(guān)門”造成了孔道，形成了毛細(xì)孔隙，這些小孔具有很強的毛細(xì)管吸水作用。長期受潮的電機，在絕緣材料內(nèi)部會透入水分，產(chǎn)生毛細(xì)管凝結(jié)，引起絕緣材料內(nèi)部受潮。滲透水分的的絕緣材料，即使進(jìn)行多次烘干，其內(nèi)部水分也很難排盡，這種現(xiàn)象稱為“濕度保守性”。由于水分子中含有鹽分，形成電解質(zhì)，且水本身又是極強性物質(zhì)，在電場作用下能生成離子導(dǎo)電，嚴(yán)重破壞了絕緣材料的絕緣性能。

4)綜合因素。

船舶電機所處的環(huán)境條件變化因素復(fù)雜多樣，如長期經(jīng)受高溫、高濕、油霧、鹽霧、霉霧、沖擊、振動、拉伸、壓縮等影響，因而，對絕緣材料所引起的物理和化學(xué)方面的影響復(fù)雜多樣，并且許多因素相互作用，互相影響，這就是船舶電機絕緣容易損壞而造成故障的原因所在。

3 電機絕緣電阻標(biāo)準(zhǔn)及測量

1)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

不同的電機、不同的工作電壓、不同的功率、不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對電機絕緣電阻有不同的要求。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)取決與應(yīng)用對象，軍品應(yīng)采用海軍艦艇修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，民品可采用國家或行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

(1)HJB 65－1991《海軍水面艦艇電氣設(shè)備修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定:電機修后冷態(tài)絕緣電阻工作電壓在50 V以下，應(yīng)不低于0.5 MΩ;工作電壓50～500 V，應(yīng)不低于3.5 MΩ。電機修后熱態(tài)絕緣電阻工作電壓在50 V以下，應(yīng)不低于0.3 MΩ;工作電壓50～500 V，額定功率在100 kW以下，應(yīng)不低于1 MΩ。額定功率在100 kW以上的電機應(yīng)不低于下式計算值:

式中:R為電機繞組絕緣電阻，MΩ;U為電機額定電壓，V;P為電機額定功率，kW。

(2)GB/T 7060－2008《船用旋轉(zhuǎn)電機基本技術(shù)要求》中規(guī)定，額定電壓為1 000 V及以下的船用電機繞組的絕緣電阻在熱態(tài)時應(yīng)不低于2 MΩ。額定電壓在1 000 V以上的船用電機繞組的絕緣電阻在熱態(tài)時應(yīng)不低于下式計算值:

2)絕緣電阻測量。

(1)常溫下電機供電運行之前測量冷態(tài)絕緣電阻，電機額定功率運行結(jié)束后，5 min之內(nèi)測量熱態(tài)絕緣電阻。在線實時帶電連續(xù)測量電機動態(tài)絕緣電阻，能真實反映電機絕緣電阻的數(shù)值。因為這時船上的電機處于運行狀態(tài)，它綜合了經(jīng)常變化的溫度、濕度、電壓及頻率對介質(zhì)引起的損耗、極化、吸收以及機械振動等因素。

(2)測量電機絕緣電阻時，其額定工作電壓在50 V以下的采用250 V兆歐表，額定工作電壓在50 V以上的采用500 V兆歐表。測量動態(tài)絕緣電阻采用電網(wǎng)絕緣監(jiān)測儀。

(3)使用兆歐表測量絕緣電阻時，需要一定的穩(wěn)定時間，測量數(shù)據(jù)才準(zhǔn)確。

(4)電機整機絕緣電阻是各定、轉(zhuǎn)子繞組的并聯(lián)結(jié)果，數(shù)值要低于單個繞組。電機分解后測量單個繞組，其絕緣電阻必須大于整機絕緣電阻，才能保證電機組裝后整機絕緣電阻滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 提高電機絕緣電阻的措施

1)加強電機運行使用管理。

注意艙內(nèi)通風(fēng)，保持電機通風(fēng)孔道暢通，以改善散熱、冷卻條件，控制電機溫升。使用時應(yīng)防止電機過壓、超負(fù)荷運行，短時工作值的電機嚴(yán)格控制運行時間，防止電機過熱擊穿。

對直流電機應(yīng)加強電刷研磨、仔細(xì)調(diào)整刷簧壓力、電刷與刷握間隙及刷架中性線位置，降低換向器火花及換向器溫度。

避免電機長期停用，對設(shè)置內(nèi)部加熱器的電機，應(yīng)經(jīng)常啟動加熱器，夏天和雨季尤為重要，以防止潮氣在電機內(nèi)部繞組上的凝露。有的船員將其當(dāng)做冬季加熱器使用是錯誤的，但必須注意，在電機運行時，加熱器必須停止使用。

加強電機絕緣檢測，保持絕緣檢測、報警設(shè)備工作正常、運行可靠。

2)提高電機浸漆質(zhì)量。

電機浸漆采用多層浸漬方法，可使較多的孔隙得到填充和遮蓋，把毛細(xì)孔隙減少到較低的程度。為防止毛細(xì)孔形成，最好采用無溶劑絕緣漆。可在表面浸涂有機硅絕緣漆，有機硅材料具有較強的斥水性，可以提高抗潮性能。

采用普通浸漆 (沉浸法)時，被浸漬的繞組至少應(yīng)浸入漆面100～200 mm，浸到無氣泡冒出，并不少于規(guī)定時間，使漆滲透到繞組內(nèi)部，填充所有空隙。但浸泡時間也不宜過長，否則反會泡壞導(dǎo)線漆膜。浸漬質(zhì)量取決于繞組的溫度、漆的粘度和浸漆時間等因素。

真空壓力浸漆是一種效果較好的浸漆方法，可以較徹底清除電機繞組內(nèi)的潮氣和揮發(fā)物，又可以避免浸不透的現(xiàn)象。同時漆的粘度可以較高，以提高填充性能，防止毛細(xì)孔形成。實際證明一次真空壓力浸漆，要比二次普通浸漆好。

對一般的電機可采用普通浸漆，對較重要的電機 (潛艇或高濕度環(huán)境)應(yīng)采用真空壓力浸漆。

3)采用適宜的修理方法。

絕緣材料老化較輕，以雜質(zhì)污染或表面受潮為主引發(fā)的電機絕緣低情況，可以通過修理中清洗、烘干、浸絕緣漆的方法，提高絕緣。

因絕緣材料老化、擊穿，導(dǎo)致絕緣性能顯著下降的發(fā)電機按常規(guī)的修理方法難以提高絕緣時，必須通過換新繞組的方法，才能從根本上解決問題。

4)合理確定熱態(tài)絕緣電阻監(jiān)測點。

電機熱態(tài)絕緣電阻在高溫下數(shù)值很低，隨溫度降低變化較大，無法判明是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。一般以電機實際運行額定工況下的溫度為參考，如ZFH－450－15發(fā)電機溫度在70℃左右為重要監(jiān)測點，發(fā)電機常規(guī)清洗烘烤后，如在70℃左右測量熱態(tài)絕緣電阻偏低，應(yīng)采取水煮或更換繞組等進(jìn)一步修理方案。

5 結(jié)束語

船舶電機絕緣與可靠性、安全性息息相關(guān)，必須保持電機具有良好的絕緣性能。但是在惡劣的船舶使用條件下，絕緣故障又不可避免。因此，應(yīng)注重預(yù)防，加強船舶電機絕緣電阻的監(jiān)視和測量，動態(tài)檢測可實現(xiàn)在電網(wǎng)或電機絕緣發(fā)生異常時發(fā)出報警信號。值班人員應(yīng)及時采取有效措施，避免惡性事故發(fā)生，確保船舶航行安全。