制冷劑與潤滑油混合物對空調(diào)器泄漏電流影響分析及研究

秦海燕 李 盛 王 寧 楊清芳

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

隨著人們生活品質(zhì)的提高，家用電器的使用也更加廣泛。家用電器在使用過程中，涉及到電就難免會出現(xiàn)一些電氣安全方面的問題。問題類型包括機組本身電器線路老化導(dǎo)致短路、電源開關(guān)超載、以及人為操作不規(guī)范等造成的問題。其中機器通電后家庭電源保護開關(guān)跳閘也為故障類型的一種，本文將對跳閘的一種原因機組漏電現(xiàn)象進行試驗研究分析。泄露電流是在機組未發(fā)生故障且未通電運行情況下，設(shè)備的接地部件、互相絕緣的零部件以及設(shè)備內(nèi)金屬器件之間通過周圍介質(zhì)形成的電流。泄露電流值的大小也是衡量機組絕緣能力的關(guān)鍵質(zhì)量指標。通常，家用電器設(shè)備包括空調(diào)、冰箱、空氣能熱水器等設(shè)備的絕緣能力通常靠壓縮機中電機的線圈的絕緣漆膜厚度、電機定子引線的絕緣層等來保障[1]。按照我國GB 4706.17-2004《家用和類似用途電器的安全電動機-壓縮機的特殊要求》[2]中規(guī)定，在施加1.06倍的電壓（220～240 V）后，檢測兩秒，泄露電流值不大于3.5 mA。本文將通過實驗研究機組泄露電流值增大的原因，研究接線端子新結(jié)構(gòu)對于泄漏電流值的改善。為后續(xù)新機型開發(fā)時提供參加依據(jù)。

1 實驗方案及數(shù)據(jù)分析

1.1 壓縮機潤滑油對于泄露電流的影響

本次實驗均選用空氣能熱水器作為實驗設(shè)備。機組壓縮機中通常存在兩種流體為潤滑油和制冷劑。當機組存在漏電現(xiàn)象時，在混合流體之間的傳遞不可避免。當混合流體擁有較佳的絕緣性時，泄露電流值應(yīng)該在合格范圍[3]。壓縮機常用的潤滑油主要有兩種PVE（醚類油）和POE（酯類油）。本次實驗將取各取一臺進行實驗測試，在整機清洗系統(tǒng)抽真空后灌注1.1 kg R410A冷媒，一起在-10 ℃低溫下放置10 h和常溫放置11 h后共測試35組泄露電流值，測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 酯類油和醚類油在不同溫度下的泄露電流

實驗小結(jié):

從實驗數(shù)據(jù)來看，機組使用酯類潤滑油的縮機的泄漏電流值受溫度和時間影響較小，且穩(wěn)定后泄露電流值在1.5 mA左右。醚類油泄露電流值受溫度的影響較大，且隨著時間的變化泄漏電流值也逐漸增大且明顯大于酯類油。

在常溫狀態(tài)下，醚類油泄漏電流值是酯類油的5.25倍（均取最大值），并且從醚類油的數(shù)據(jù)中可以看出，大部分泄露電流值都在3.5 mA以上，并且在常溫下有10組數(shù)據(jù)已經(jīng)超過7.5 mA，存在保護開關(guān)跳閘的風(fēng)險。而且隨著靜置時間增加，泄露電流值仍可能持續(xù)增加。

1.2 壓縮機腔體液位高度對于泄露電流的影響

本次實驗選用兩臺帶視液鏡的壓縮機，其視液鏡位置要在壓縮機底部以及壓縮機腔體上方。用來觀察壓縮機腔體的液位高度對于泄露電流的影響。在不同工況下均對液位高度、泄露電流值及環(huán)境溫度進行記錄，歷經(jīng)15天共測試40余組數(shù)據(jù)。節(jié)選部分測試數(shù)據(jù)如圖2～6所示。

圖2 兩種油滿液位情況對比對比

圖3 兩種油在相同工況下液位高度對比

圖4 兩種油在相同工況下液位高度對比

圖5 醚類油在不同工況下對應(yīng)的液位高度及泄露電流

圖6 酯類油在不同工況下對應(yīng)的液位高度及泄露電流

從圖2中兩種潤滑油在同樣25 ℃環(huán)溫下的液位對比圖片中可以看出，液位高度均為三格時，處于滿格狀態(tài)。經(jīng)測試使用50S潤滑油的機組泄露電流值為7.544 mA，使用68EP潤滑油的機組泄露電流值為4.651 mA。兩者在滿格時泄露電流值相差較大。

從圖3兩種潤滑油在同樣20 ℃環(huán)溫下的液位對比圖片中可以看出，醚類油的液位高度為3 格，酯類油的液位高度為2.3 格。經(jīng)測試使用50S潤滑油的機組泄露電流值為6.439 mA，使用68EP潤滑油的機組泄露電流值為2.660 mA。兩個機組的泄漏電流值隨著溫度的降低而減小，液位高度也有所降低。

圖4 兩種油在相同工況下液位高度對比

從圖4兩種潤滑油在同樣17 ℃環(huán)溫下的液位對比圖片中可以看出，醚類油的液位高度為2.5格，酯類油的液位高度為2格。經(jīng)測試使用50S潤滑油的機組泄露電流值為4.983 mA，使用68EP潤滑油的機組泄露電流值為2.453 mA。

同時，本次實驗后將兩臺機組抽真空后灌注液態(tài)R410A冷媒，壓縮機分別使用醚類油、酯類油。灌注冷媒后常溫靜置2天，使用醚類潤滑油的機組液位上升至4格，泄露電流增至10 mA。使用酯類潤滑油的機組液位上升至4格，泄露電流增至7.5 mA。由此說明，液態(tài)冷媒對于機組的泄露電流值影響大于氣態(tài)冷媒。

節(jié)選測試數(shù)據(jù)中15組在不同工況下對應(yīng)的液位高度及泄露電流大小如圖5～6所示。

實驗小結(jié)：

經(jīng)過40余組的實驗數(shù)據(jù)分析得出，當溫度升高時對應(yīng)的壓縮機腔體液位高度也會上升。液位高度上升時泄露電流就會隨之增大。液位上升的原因是溫度升高，制冷劑活潑性增大，與潤滑油的溶解度也增加。潤滑油和制冷劑混合物增加導(dǎo)致液位上升。當液位高度為滿格狀態(tài)時，混合物浸沒電機線圈至接線端子處時，泄露電流達到最大值。

泄露電流值的大小受壓縮機腔體液位高度的影響。壓縮機腔體的液位高度受環(huán)境溫度的影響。

壓縮機內(nèi)部存在的兩種流體以混合物的形式存在，運行時，壓縮機的溫度較高，因此所以溶于潤滑油的制冷劑量較少，停機后壓縮機溫度較低，系統(tǒng)中的制冷劑會向壓縮機腔體遷移，壓縮機中混合物增加導(dǎo)致液位上升。

溫度變化對泄漏電流的影響原理：壓縮機內(nèi)部溫度變化慢于冷凝器部位，當溫度降低時，冷凝器處溫度迅速降低，翅片銅管內(nèi)的制冷劑液化，壓力變小，壓縮機內(nèi)部的制冷劑向冷凝器部位遷移，液位下降，泄漏電流變小，反之，則泄漏電流增大[4]。

1.3 電機端子處增加熱縮套管對于泄露電流的影響

經(jīng)過1.2實驗數(shù)據(jù)分析可知，當液位滿格時潤滑油和制冷劑混合物會浸沒電機線圈，此時泄漏電流值達到最大，所以本次實驗將在電機端子處增加熱縮套管，將端子包圍，用來增加端子處的絕緣性。觀察增加熱縮套管對于泄露電流是否會有影響。本次實驗將取4臺機組，其中2臺同時使用醚類油（一臺加熱縮套管另一臺端子裸露），另兩臺同時使用酯類油（一臺加熱縮套管另一臺端子裸露）。低溫放置溫度在-5 ℃左右，常溫放置溫度范圍在15～24 ℃左右，觀察15天記錄并節(jié)選相關(guān)數(shù)據(jù)如圖7、圖8所示。

圖7 醚類油在兩種結(jié)構(gòu)下的泄露電流值

圖8 酯類油在兩種結(jié)構(gòu)下的泄露電流值

實驗小結(jié):

從實驗測試數(shù)據(jù)可以看出，醚類油和酯類油的泄露電流值整體會隨著溫度的變化而變化與上文1.2實驗數(shù)據(jù)互相驗證。且醚類油的泄漏電流值在相同工況下會略大于酯類油，與上文1.1實驗數(shù)據(jù)互相驗證。

同時根據(jù)兩種潤滑油在增加熱縮套管后的泄漏電流值折線圖中可以明顯看出，排除極少數(shù)個例的情況下，增加熱縮套管的機組泄露電流值小于端子裸露的機組。由此可見，增加熱縮套管對于泄露電流值有改善作用，改善幅度在0.1～2 mA之間。因此在后續(xù)新開發(fā)機組時，可以考慮增加熱縮套管來降低泄露電流值。

1.4 混合物中制冷劑含量對于泄露電流值的影響

參考《R32/潤滑油對壓縮機泄露電流影響試驗研究》[5]論文中所做的實驗分析，當壓縮機中灌滿潤滑油不灌注制冷劑，即使?jié)櫥徒]電機時泄露電流增加0.05 mA?？梢娂儩櫥蛯π孤峨娏鞯挠绊懞苄　?/p>

在壓縮機中充注制冷劑，做好重量檢驗，經(jīng)測試，當制冷劑的含量在混合物中比例達到40 %之前，對于泄漏電流值的影響都很小，且泄漏電流值維持在1 mA以下。當制冷劑在混合物中的含量超過40 %后，泄漏電流值將會快速增加。尤其當制冷劑的比例達到70 %以后，泄漏電流高達7.5 mA以上。醚類油和酯類油上升水平基本保持一致，但是因為醚類油的體積電阻率比酯類油的低，所以醚類油的泄漏電流值會略高于酯類油。

R32制冷劑的電阻率比R410A制冷劑小，所以隨著混合物中制冷劑比例的增加，酯類油與R32制冷劑混合后的泄露電流上升速度大于酯類油與R410A制冷劑混合。

2 結(jié)論分析

1）在同樣工況下壓縮機使用醚類潤滑油的泄露電流值會大于使用酯類潤滑油。

2）機組泄露電流值的大小受溫度的影響，溫度升高時泄漏電流會增加，溫度降低時泄露電流會隨之降低。

3）在同樣工況下，兩種潤滑油與制冷劑的溶解度不同，導(dǎo)致壓縮機腔體液位高度不同。醚類油的液位高度通常大于酯類。所以醚類油與制冷劑的溶解度會大于酯類油。

圖9 不同潤滑油中制冷劑含量對于泄露電流的影響

4）壓縮機腔體的液位高度會隨著溫度的變化而變化，當壓縮機腔體液位高度升高后泄露電流值也會隨之增大。當液位滿格并浸沒電機時，泄露電流值達到最大。

5）在壓縮機中的電機接線端子處增加熱縮套管后對于機組的泄露電流值有所降低，降低幅度在（0.1～2）mA左右，此改善可以為后期機型開發(fā)時提供參考依據(jù)。

3 總結(jié)與展望

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和人民生活水平的提高，居民對于家用空調(diào)器的需求將日益增長，本文通過對壓縮機中制冷劑與潤滑油混合物對于泄露電流的影響因素分析，得出了溫度及潤滑油種類是影響腔體液位高度及泄露電流大小的關(guān)鍵因素。同時為保證家用空調(diào)器的整體質(zhì)量進一步提升，需從技術(shù)研發(fā)、原料選材、加工工藝、生產(chǎn)制造等各環(huán)節(jié)做好技術(shù)升級和質(zhì)量控制，進一步提升空調(diào)器的可靠性和長久性，提高用戶滿意度，促進企業(yè)和行業(yè)未來的進步和發(fā)展。