隔爆型電動(dòng)機(jī)表面溫度測(cè)試分析

(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯 154005)

0 引言

國(guó)內(nèi)防爆標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.1—2010《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求》和美國(guó)UL 674標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電機(jī)溫度測(cè)試的要求存在一定差異，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與IEC 60079—0基本相同，而美國(guó)UL 674對(duì)于隔爆電機(jī)進(jìn)行了更加詳細(xì)規(guī)定，包括測(cè)試的狀態(tài)等。以隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)為例，詳細(xì)論述了國(guó)內(nèi)GB 3836.1和美國(guó)UL 674測(cè)試要求和測(cè)試方法的異同，并按照GB 3836.1對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析和計(jì)算。

1 測(cè)試要求

國(guó)內(nèi)防爆標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.1—2010《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求》第26.5.1.3條規(guī)定，試驗(yàn)電壓應(yīng)在電氣設(shè)備的90%～110%之間、設(shè)備達(dá)到最不利條件下進(jìn)行。第26.5.1.1條規(guī)定當(dāng)溫升的變化每小時(shí)不超過(guò)2K，則認(rèn)為已到達(dá)最終穩(wěn)定溫度，溫度測(cè)定應(yīng)在設(shè)備正常工作狀態(tài)下和周圍空氣處于靜止情況下進(jìn)行，測(cè)定結(jié)果依據(jù)最高環(huán)境溫度進(jìn)行修正，得出最高表面溫度[1]。美國(guó) UL 674 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)電壓分為60Hz 電源和其它頻率電源，對(duì)于60Hz 電源，試驗(yàn)電壓均為該電壓分段的最高值，其中額定電壓高于600V 的，其試驗(yàn)電壓為額定值的100%～105%，其它工作頻率電源的試驗(yàn)電壓即為其額定值。電機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境也非常嚴(yán)格，不帶限溫裝置的電機(jī)在40℃環(huán)境溫度或高于40℃的規(guī)定環(huán)境溫度狀態(tài)下測(cè)試；當(dāng)電機(jī)帶有限溫裝置時(shí)，僅是正常溫度實(shí)驗(yàn)在40℃環(huán)境溫度或高于40℃的規(guī)定環(huán)境溫度狀態(tài)下測(cè)試；除了以上兩種情況外，電機(jī)溫度測(cè)試可在10℃～40℃范圍內(nèi)進(jìn)行,但最終結(jié)果需按照40℃進(jìn)行修正[2]。

國(guó)內(nèi)防爆標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.1—2010規(guī)定溫度組別有T1、T2、T3、T4、T5、T6，判定是否符合相應(yīng)的溫度組別依據(jù)如下：對(duì)于I類電氣設(shè)備，當(dāng)電氣設(shè)備表面可能產(chǎn)生堆積煤塵時(shí)，溫度不超過(guò)150℃；當(dāng)電氣設(shè)備表面沒有堆積煤塵時(shí)，溫度不應(yīng)超過(guò)450℃。對(duì)于對(duì)于II類在T1～T2溫度組別時(shí)比標(biāo)明的溫度或溫度組別的溫度低10℃，在T3～T6溫度組別時(shí)應(yīng)比電氣設(shè)備標(biāo)明的溫度或溫度組別的溫度低5℃。美國(guó)NEC 500防爆標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于溫度組別的劃分較細(xì)，溫度組別分為T1、T2、T2A、T2B、T2C、T2D、T3、T3A、T3B、T3C、T4、T4A、T5、T6。

2 測(cè)試方法

國(guó)內(nèi)隔爆型電機(jī)表面溫度的測(cè)試位置一般在電機(jī)機(jī)座外表面及軸承外圈處，包括轉(zhuǎn)子表面溫度。測(cè)試方法有溫度計(jì)法、埋置檢溫計(jì)法、電阻法、粘貼測(cè)溫紙法等[3]。美國(guó)UL 674標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試位置較多，所用測(cè)試傳感器均勻分布在電機(jī)外殼前中后整個(gè)外表面共12點(diǎn)，另外在電機(jī)軸伸方向前后兩端蓋地方分布4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，加起來(lái)表面一共16個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，并且在電機(jī)兩端定子繞組端部各布置3個(gè)測(cè)試點(diǎn)，以便于同時(shí)考核定子繞組的絕緣性能和檢測(cè)繞組的最高溫度，總共測(cè)溫點(diǎn)22個(gè)，溫度試驗(yàn)需要記錄全部工作電壓、電流和輸入功率，每一項(xiàng)溫度試驗(yàn)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(yàn)項(xiàng)目結(jié)論才能判斷該溫度試驗(yàn)是否合格，試驗(yàn)項(xiàng)目包括正常溫度試驗(yàn)、過(guò)載試驗(yàn)、過(guò)載至燒毀試驗(yàn)、單相試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)、72h 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)和15天堵轉(zhuǎn)耐久試驗(yàn)，由此可見美國(guó)UL 674標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)溫度測(cè)試更為嚴(yán)格、條件更為苛刻。

3 表面溫度測(cè)試結(jié)果不確定度因素分析

不確定度，顧名思義即測(cè)量結(jié)果的不能肯定程度，反過(guò)來(lái)表示該結(jié)果的可信賴程度。它是測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。不確定度愈小，所述結(jié)果與被測(cè)量真值越接近，質(zhì)量越高，水平越高，其使用價(jià)值也越高。

采用的設(shè)備是“T”熱電偶(φ0.28×5000mm)和數(shù)據(jù)采集器 LR 8400-21(日本hioki)進(jìn)行測(cè)量, “T”熱電偶材料為銅-康銅熱電偶，測(cè)試溫度范圍在-200～400℃之間，對(duì)于低電壓小型電機(jī)采用萬(wàn)用表測(cè)量電壓，測(cè)量位置在電機(jī)機(jī)座外表面前中后選取3個(gè)位置，前后端蓋各選一個(gè)位置，軸承外圈處各選一個(gè)位置，一共7個(gè)點(diǎn)。電機(jī)機(jī)座前中后三點(diǎn)，用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行溫度點(diǎn)定位高溫位置，同理，端蓋和軸承處較高溫度點(diǎn)也用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行定位，然后粘貼“T”型熱電偶，數(shù)據(jù)采集器時(shí)間間隔設(shè)置可以長(zhǎng)些，一般設(shè)為5min、10min，或者依據(jù)具體情況可以更長(zhǎng)，熱電偶埋入時(shí)應(yīng)注意與被測(cè)點(diǎn)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(cè)溫部分，以免受周圍環(huán)境冷卻氣體的影響，機(jī)進(jìn)行溫度試驗(yàn)前的所有準(zhǔn)備工作完成后，對(duì)其施加0.9倍的額定電壓,保持額定頻率不變，為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，可在試驗(yàn)開始時(shí)適當(dāng)過(guò)載，直至電機(jī)溫升達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)為止，電機(jī)斷電后要繼續(xù)測(cè)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(yàn)。

分析不確定度來(lái)源一般從設(shè)備、人員、環(huán)境、及被測(cè)對(duì)象等多方面考慮，對(duì)于此電機(jī)表面溫度測(cè)試主要用到的儀器有萬(wàn)用表、熱電偶、數(shù)據(jù)采集器，因此不確定度主要是指B類不確定度，計(jì)算如下。

(1)B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析及計(jì)算

數(shù)據(jù)采集器 LR 8400-21引起的不確定度，根據(jù)校準(zhǔn)證書信息，LR 8400-21的不確定度U=0.3℃，k=2,則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=U/k=0.15℃；“T” 型熱電偶引起的不確定度，根據(jù)校準(zhǔn)證書信息，“T”型熱電偶的不確定度U=0.2℃，k=2,則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2=U/k=0.1℃。

(3)擴(kuò)展不確定度的分析及其計(jì)算

U由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc乘包含因子k得到:U=k×uc,測(cè)量結(jié)果可表示成Y=y±U，y是被測(cè)量Y的最佳估計(jì)值。一般情況下，k在 2～3 范圍內(nèi),當(dāng)取k=2時(shí)，區(qū)間的置信水平約為 95%；當(dāng)取k=3時(shí)，區(qū)間的置信水平約為 99%。

本試驗(yàn)取擴(kuò)展因子k=2，溫升測(cè)量的不確定度U=k×uc=0.36℃，所以密封圈溫升可能值95%概率落于區(qū)間[y-0.36,y+0.36]上。

4 結(jié)語(yǔ)

從國(guó)內(nèi)GB 3836.1和美國(guó)UL 674防爆電機(jī)表面溫度的測(cè)試要求和方法比較來(lái)看，我國(guó)防爆電機(jī)溫度試驗(yàn)方法適用更為方便，并且通過(guò)以上不確定度原因分析，就可以得出科學(xué)的不確定度評(píng)估結(jié)果，對(duì)電機(jī)表面溫度測(cè)量結(jié)果給出科學(xué)的依據(jù)，使得結(jié)果更加科學(xué)與可靠。