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電機溫升和絕緣等級


用來使器件在電氣上絕緣的材料稱絕緣材料。
一種或幾種絕緣材料的組合稱絕緣結構。
表示絕緣結構的最高允許工作溫度,并在這樣的溫度下它能在預定的使用期內維持其性能,在允許的范圍內及其所分的等級即耐熱等級。耐熱等級分為Y級90℃、A級105℃、E級120℃、B級130℃、F級155℃、H級180℃和H級以上共七個等級。
超過這個限度,絕緣材料的壽命就急劇縮短,甚至會燒毀。這個溫度限度,稱為絕緣材料的允許溫度。
某一點的溫度與參考(或基準)溫度之差稱溫升。也可以稱某一點溫度與參考溫度之差。電機某部件與周圍介質溫度之差,稱電機該部件的溫升。
電機在額定負載下長期運行達到熱穩定狀態時,電機各部件溫升的允許極限,稱溫升限度。
絕緣材料的允許溫度,就是電機的允許溫度;絕緣材料的壽命,一般就是電機的壽命。
電機負載運行時,從盡量發揮它的作用出發,所帶負載即輸出功率越大越好(若不考慮機械強度)。但是輸出功率越大、損耗功率越大,溫度越高。我們知道,電機內耐溫最薄弱的東西是絕緣材料,如漆包線。絕緣材料耐溫有個限度,在這個限度內,絕緣材料的物理、化學、機械、電氣等各方面性能都很穩定,其工作壽命一般約為20年。按照允許溫度的高低,電機常用的絕緣材料為A、E、B、F、H五種。



衡量電機發熱程度是用“溫升”而不是用“溫度”,當“溫升”突然增大或超過最高工作溫度時,說明電機已發生故障。下面就一些基本概念進行討論。 
  1 絕緣材料的絕緣等級 
  絕緣材料按耐熱能力分為Y、A、E、B、F、H、C、7個等級,其極限工作溫度分別為90、105、120、130、155、180℃、及180℃以上。 
  所謂絕緣材料的極限工作溫度,系指電機在設計預期壽命內,運行時繞組絕緣中最熱點的溫度。根據經驗,A級材料在105℃、B級材料在130℃的情況下壽命可達10年,但在實際情況下環境溫度和溫升均不會長期達設計值,因此一般壽命在15~20年。如果運行溫度長期超過材料的極限工作溫度,則絕緣的老化加劇,壽命大大縮短。所以電機在運行中,溫度是壽命的主要因素之一。 
  2 溫升 
  溫升是電機與環境的溫度差,是由電機發熱引起的。運行中的電機鐵芯處在交變磁場中會產生鐵損,繞組通電后會產生銅損,還有其它雜散損耗等。這些都會使電機溫度升高。另一方面電機也會散熱。當發熱與散熱相等時即達到平衡狀態,溫度不再上升而穩定在一個水平上。當發熱增加或散熱減少時就會破壞平衡, 使溫度繼續上升,擴大溫差,則增加散熱,在另一個較高的溫度下達到新的平衡。但這時的溫差即溫升已比以前增大了,所以說溫升是電機設計及運行中的一項重要指標,標志著電機的發熱程度,在運行中,如電機溫升突然增大,說明電機有故障,或風道阻塞或負荷太重。 
  3 溫升與氣溫等因素的關系 
  對于正常運行的電機,理論上在額定負荷下其溫升應與環境溫度的高低無關,但實際上還是受環境溫度等因素影響的。 
  (1) 當氣溫下降時,正常電機的溫升會稍許減少。 這是因為繞組電阻r下降,銅耗減少。溫度每降1℃,r約降0.4%。 
  (2) 對自冷電機,環境溫度每增10℃,則溫升增加1.5~3℃。這是因為繞組銅損隨氣溫上升而增加。所以氣溫變化對大型電機和封閉電機影響較大。 
  (3) 空氣濕度每高10%,因導熱改善,溫升可降0.07~0.38℃,平均為0.19℃。 
  (4) 海拔以1 000 m為標準,每升100 m,溫升增加溫升極限值的1%。
  4 極限工作溫度與最高允許工作溫度 
  通常說A級的極限工作溫度為105℃,A級的最高允許工作溫度是90℃。那么,極限工作溫度與最高允許工作溫度有何不同?其實,這與測量方法有關,不同的測量方法,其反映出的數值不同,含義也不一樣。 
  (1) 溫度計法 其測量結果反映的是繞組絕緣的局部表面溫度。這個數字平均比繞組絕緣的實際最高溫度即“最熱點”低15℃左右。該法最簡單,在中、小電機現場應用最廣。 
  (2) 電阻法 其測量結果反映的是整個繞組銅線溫度的平均值。該數比實際最高溫度按不同的絕緣等級降低5~15℃。該法是測出導體的冷態及熱態電阻,按有關公式算出平均溫升。 
  (3) 埋置溫度計試驗時將銅或鉑電阻溫度計或熱電偶埋置在繞組、鐵心或其它需要測量預期溫度最高的部件里。其測量結果反映出測溫元件接觸處的溫度。大型電機常采用此法來監視電機的運行溫度。 
  各種測量方法所測量到的溫度與實際最高溫度都有一定差值,因此需將絕緣材料的“極限工作溫度”減去此差值才是“最高允許工作溫度”。 
  5 電機各部位的溫度限度 
  (1) 與繞組接觸的鐵心溫升(溫度計法)應不超過所接觸的繞組絕緣的溫升限度(電阻法),即A級為60℃,E級為75℃,B級為80℃,F級為100℃,H級為125℃。
  (2) 滾動軸承溫度應不超過95℃,滑動軸承的溫度應不超過80℃。因溫度太高會使油質發生變化和破壞油膜。 
  (3) 機殼溫度實踐中往往以不燙手為準。 
  (4) 鼠籠轉子表面雜散損耗很大,溫度較高,一般以不危及鄰近絕緣為限。可預先刷上不可逆變色漆來估計。 
  6 電機發熱故障的排除 
  當電機溫度超過最高工作溫度或溫升超過規定或溫升雖然未超過規定,但在低負荷時溫升突然增大時,說明電機有故障,其判斷和排除方法是: 
  (1) 在額定負荷下溫升未超過溫升限度,僅由于環境溫度超過40℃,而使電機溫度超過最大允許工作溫度。這種現象說明電機本身是正常的。解決的辦法是用人工方法使環境溫度下降,如辦不到,則必須減負載運行。
  (2) 在額定負載下溫升超出銘牌規定。 不管什么情況,均屬電機有故障,必須停機檢查,特別對溫升突然變大更要注意。其外部原因有:電網電壓太低或線路壓降太大(超過10%),負載太重(超過10%),電機與機械配合不當;內部原因有:單相運行、匝間短路、相間短路、定子接地、風扇損壞或未固緊、風道阻塞、軸承損壞,定轉子相擦、電機與電纜接頭發熱(特別是銅鋁或鋁鋁連接)、電機受腐蝕或受潮等。此外,從理論上講電機均可正反轉,但有些電機的風扇有方向性,如反了,溫升會超出許多。總之,必須針對各種具體情況,排除故障。
 
 
 
         電機絕緣等級

機絕緣等級劃分依據是按電動機所用絕緣材料的允許極限溫度劃分的。有Y、A、E、B、F、H、C等幾個等級,各級的允許極限溫度如下表。

所謂允許極限溫度是指電機絕緣材料的允許最高工作溫度,它反應絕緣材料的耐熱性能。

絕緣材料按耐熱能力分為 Y級、A級、E級、B級、F級、H級、C級,

允許溫度(℃)               90、105、120、130、155、180 、180℃以上。

電動機采用B級絕緣時定子繞組的溫升極限(電阻法)應不超過80K;

電動機采用F級絕緣時定子繞組溫升極限應不超過105K;

YR電機集電環的溫升極限(溫度計法)應不超過80K;

電機軸承的容許溫度(溫度計法或埋置檢溫計法)對滾動軸承應不超過95℃;

對滑動軸承(出油溫度不高于65℃時)應不超過80℃或按雙方協議。

電機溫升說明:電機某一部分的溫升為該部分溫度冷卻介質溫度之差,單位為K。電機溫升包括定、轉子繞組溫升,定、轉子鐵心溫升;集電環溫升及軸承允許溫度(前面已作說明)。B級電機繞組溫升限制為80K;F級電機按B級考核亦為80K;按F級考核則為105K,按相應標準,B級絕緣材料可長期承受的工作溫度是130℃,F級可長期承受155℃,按電機實際運行最高環溫40℃計算,則電機允許工作溫度為:

  B級時≤120℃(環溫40℃+溫升80 )<130℃  

  F級時≤145℃(環溫40℃+溫升105)<155℃ 

 
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