船用電機(jī)濕熱試驗(yàn)電性能和絕緣等級(jí)變化的分析

莊少紅

（中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司，廣州 510300）

船用電機(jī)濕熱試驗(yàn)電性能和絕緣等級(jí)變化的分析

莊少紅

（中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司，廣州 510300）

濕熱試驗(yàn)的主要目的是考核材料、器材、產(chǎn)品、裝備等等在濕熱條件下使用、儲(chǔ)存的適應(yīng)性，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的可靠性做充分的分析、驗(yàn)證以及評(píng)估，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)的鑒定，具有非常重要的意義。

循環(huán)濕熱試驗(yàn)；電機(jī)；電性能；絕緣等級(jí)；適應(yīng)性；可靠性

前言

根據(jù)世界各國(guó)統(tǒng)計(jì)的氣象所觀測(cè)的資料表明：自由空氣條件的情況下，如果氣溫高于30 ℃，加上相對(duì)濕度超過(guò)95 % 以上的濕熱下，幾乎不會(huì)出現(xiàn)或者保持很長(zhǎng)時(shí)間的裝備，鑒于以上的環(huán)境條件，裝備的環(huán)境適應(yīng)性，都受到不同程度的影響，可見(jiàn)潮濕的環(huán)境對(duì)產(chǎn)品影響是不可忽視的，同時(shí)也是值得關(guān)注和重視的，下面舉案例進(jìn)行分析探討。

1 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)參數(shù)要求

根據(jù)中國(guó)船級(jí)社指導(dǎo)性文件GD 22-2015電氣電子產(chǎn)品型式認(rèn)可試驗(yàn)指南和IEC 60068-2-30: 2005環(huán)境試驗(yàn) 第2-30部分試驗(yàn)：試驗(yàn)Db：循環(huán)濕熱試驗(yàn)（12 h+12 h循環(huán)）

1.1 電機(jī)的試驗(yàn)條件

1）試驗(yàn)溫度：55±2 ℃

2）相對(duì)濕度：90～95 %

3）持續(xù)時(shí)間：144 h， 6周期（每周期24 h，見(jiàn)圖1）

圖1 交變濕熱試驗(yàn)循環(huán)曲

1.2 電性能及絕緣等級(jí)變化分析

1.2.1 絕緣等級(jí)變化

試驗(yàn)前，電機(jī)絕緣電阻驗(yàn)證，按GD 22-2015指南規(guī)定，絕緣電阻見(jiàn)表1規(guī)定。

根據(jù)表1要求，試驗(yàn)前初始絕緣電阻，繞組對(duì)機(jī)殼> 500 MΩ

試驗(yàn)過(guò)程，將對(duì)每個(gè)周期的絕緣電阻變化進(jìn)行驗(yàn)證，以三個(gè)船用電機(jī)為案例，見(jiàn)表2和圖2。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求， 同時(shí)也考慮到電機(jī)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定產(chǎn)品在濕熱試驗(yàn)后必須進(jìn)行電氣性能檢測(cè)，驗(yàn)證是在低溫階段，對(duì)于評(píng)定電機(jī)耐潮濕質(zhì)量而言這個(gè)階段的條件是考核至關(guān)重要的技術(shù)要求。

根據(jù)以下數(shù)字驗(yàn)證以及圖表可見(jiàn)，在進(jìn)行濕熱環(huán)境試驗(yàn)中，電機(jī)試樣的絕緣電阻會(huì)隨著受潮周期數(shù)的增加，從而以一定變化的規(guī)律將逐漸下降，同時(shí)也因?yàn)闇?、濕度以及其作用周期的不同，引起電機(jī)吸濕情況有所不同，也導(dǎo)致絕緣電阻值下降程度有一定的差異，從而導(dǎo)致絕緣等級(jí)發(fā)生明顯變化。

1.3 絕緣性能變化

按照標(biāo)準(zhǔn) GBT 12665-2008 規(guī)定，電機(jī)整機(jī)或零部件（僅對(duì)大型電機(jī)）交變濕熱試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)后應(yīng)滿足下面要求：

1）電機(jī)繞組對(duì)機(jī)殼和繞組間的絕緣電阻值應(yīng)不低于下面數(shù)值的要求，對(duì)額定電壓220 V及以上的電機(jī)按（1）確定：

式中：

R—電機(jī)繞組的絕緣電阻， MΩ

U—電機(jī)繞組的額定電壓，V

P—電機(jī)容量，kW。

對(duì)額定電壓220 V以下，36 V及以上的電機(jī)，規(guī)定值為0.22 MΩ

對(duì)額定電壓36 V以下電機(jī)為0.1 MΩ；

當(dāng)電機(jī)有多個(gè)繞組時(shí)，則分別測(cè)量和計(jì)算。

2）電機(jī)繞組對(duì)機(jī)殼及繞組相互之間的絕緣耐電壓應(yīng)能承受相應(yīng)產(chǎn)品的85 % 的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)電壓，歷時(shí)1 min ，而絕緣不應(yīng)擊穿。

1.4 耐電壓評(píng)估（如表3）

表1 絕緣電阻

表2 3個(gè)樣品在每個(gè)試驗(yàn)周期的絕緣電阻的實(shí)測(cè)值

圖2 曲線圖表

表3 3個(gè)樣品耐電壓試驗(yàn)的考核及評(píng)估結(jié)果

2 分析探討濕熱試驗(yàn)影響產(chǎn)品機(jī)理以及失效模式有以下幾方面

2.1 物理性能的變化分析

濕熱試驗(yàn)主要是吸附、吸收的效應(yīng)作用，直接影響到材料的體積膨脹， 同時(shí)也影響材料的密封性能降低或者造成破壞，產(chǎn)品表面的涂敷層遭受剝落，產(chǎn)品的標(biāo)志模糊。

一方面，隔熱材料的特性發(fā)生變化：如彈性，塑料等；另一方面，其潤(rùn)滑性能和吸濕性能降低，游離水和凝露會(huì)導(dǎo)致化學(xué)器件的表面模糊不清，以及熱傳遞變差；光學(xué)元件以及圖像傳輸質(zhì)量降低。例如，南方的潮濕天氣，打開(kāi)電視機(jī)，電腦，都會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

2.2 表面化學(xué)性能影響分析

由于水分的吸收和滲透作用，加速產(chǎn)品表面的化學(xué)反應(yīng)，因此金屬產(chǎn)生氧化或電化學(xué)腐蝕，表面上的無(wú)機(jī)圖層，有機(jī)圖層的化學(xué)、電化學(xué)會(huì)被破壞，外來(lái)附著物與表面潮氣相互作用產(chǎn)生腐蝕（見(jiàn)圖3），導(dǎo)致摩擦系數(shù)的變化引起黏合或者黏附。因此，只要濕度條件或者是形成凝露，就有產(chǎn)生不同程度的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕。

2.3 電性能的變化分析

由于凝露和滲透作用，產(chǎn)品表面電阻率從而下降，特別是絕緣材料的表面絕緣電阻下降，發(fā)生漏電等現(xiàn)象，其次，電氣絕緣性能變化，損耗角增大，從而產(chǎn)生漏電流，還有連接件或焊點(diǎn)脫開(kāi)等等，而對(duì)整機(jī)設(shè)備而言，會(huì)導(dǎo)致電氣短路、頻率漂移、化學(xué)元件傳輸質(zhì)量下降以及靈敏度降低等變化，游離水和凝露還會(huì)導(dǎo)致電氣短路、損壞。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)中驗(yàn)證以及結(jié)合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行綜合評(píng)定，上述案例的試驗(yàn)結(jié)果，絕緣電阻值都大于0.22 MΩ， 耐電壓歷時(shí)11 min未擊穿，符合標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

圖3 濕熱試驗(yàn)后產(chǎn)生腐蝕

[1] IEC 60068-2-30, 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Db：交變濕熱（12h+12h循環(huán)）[s].

[2] GD 22-2015, 電氣電子產(chǎn)品型式認(rèn)可試驗(yàn)指南[s].

[3] 王樹(shù)榮,季凡渝.環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2015,12.

[4] GB/T 12665-2008, 電機(jī)在一般環(huán)境條件下使用的濕熱試驗(yàn)要求[s].

Analysis of Electrical Performance and Insulation Class Variation for Damp Heat Test of Electrical Machines in Ships

ZHUANG Shao-hong
(China National Electric Apparatus Research Institute Co., Ltd. , Guangzhou 510300)

Damp heat test aims at evaluating the adaptability of materials, appliances, products, and equipment when under the condition of damp and heat. It is very important for the product quality assessment with fully-analyzing, verifying and evaluating the reliability of the products.

damp heat cyclic test; motor; electrical performance; insulation class; adaptability;reliability

TN06

A

1004-7204（2017）05-0043-03

項(xiàng)目號(hào)：SARV2016010，SARV2016011

莊少紅，女，廣東普寧人，工程師，主要從事電工電子產(chǎn)品環(huán)境可靠性檢測(cè)及相關(guān)的技術(shù)研究工作。