不同的生產(chǎn)環(huán)境對電機核心零部件的絕緣電阻影響分析

毛曉軍，肖時峰，薛長志，鄧 蘋，章細福，趙 鉞，黃海軍（. 中車株洲電機有限公司，株洲 4000；. 中國電器科學(xué)研究院有限公司 工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點實驗室，廣州 50663）

不同的生產(chǎn)環(huán)境對電機核心零部件的絕緣電阻影響分析

毛曉軍1，肖時峰1，薛長志1，鄧 蘋1，章細福1，趙 鉞2，黃海軍2
（1. 中車株洲電機有限公司，株洲 412000；2. 中國電器科學(xué)研究院有限公司 工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點實驗室，廣州 510663）

通過對電機核心零部件線圈、軸承進行降塵和恒溫恒濕試驗，比對試驗前后產(chǎn)品絕緣電阻的變化規(guī)律，分析灰塵、濕度、溫度等生產(chǎn)環(huán)境對產(chǎn)品絕緣性的影響，給出合理生產(chǎn)環(huán)境條件建議。

絕緣電阻；濕度；溫度；灰塵

前言

對于500 V以下電機的絕緣電阻一般要求高于0.5 MΩ[1]，如果絕緣電阻過低，可能出現(xiàn)絕緣層擊穿、線圈燒毀、危害人身安全等事故。電機的軸承、線圈等產(chǎn)品在裝配、儲存、運輸過程中不可避免會受到灰塵、濕度、溫度等因素影響。濕度、溫度對絕緣性能的影響已經(jīng)有過大量的研究，但是降塵對電機的絕緣電阻具體產(chǎn)生多大影響，目前還很少有深入研究。本文通過模擬降塵試驗和恒溫恒濕試驗得出在規(guī)定的降塵、溫度、濕度范圍內(nèi)，各環(huán)境因素對線圈、軸承產(chǎn)品絕緣性能的影響，并得出對線圈和軸承絕緣性能影響小的合理生產(chǎn)環(huán)境條件。

1 試驗方案

針對電機線圈、軸承設(shè)計一套專業(yè)自然降塵試驗裝置，用來模擬不同程度的自然降塵量沉積到線圈和軸承表面，使用5 000目的滑石粉模擬電機線圈和軸承廠房內(nèi)的灰塵，選擇降塵量、溫度、濕度三個因素，各取三種水平，通過DOE實驗設(shè)計，制定三因素三水平的正交試驗，分別篩選出適合線圈和軸承制造廠房的降塵量、溫度、濕度。

1.1 試驗設(shè)備及樣品

本項目試驗設(shè)備包括：模擬灰塵試驗箱、高低溫濕熱試驗箱、ZC-90A絕緣電阻測試儀；試驗樣品主要有電機線圈、軸承兩種（見圖1）。

1.2 試驗方案

1.2.1 線圈試驗

參考國外某電機企業(yè)關(guān)于電機線圈生產(chǎn)車間降塵量應(yīng)低于50 mg/m2·月的規(guī)定，故分別選擇降塵量為60 mg/m2·月、50 mg/m2·月、40 mg/m2·月的三個條件，在專用實驗裝置中進行模擬降塵試驗，在線圈降塵前后，通過正交實驗設(shè)計制定溫度、濕度的實驗組合（見表1），測試不同溫度、濕度條件下線圈之間的絕緣電阻，施加電壓為500 V。對比試驗前后線圈的絕緣性能，考察不同降塵量下，不同溫度、濕度對線圈絕緣性能的影響。

1.2.2 軸承試驗

參考鐵總關(guān)于機車電機軸承車間降塵量應(yīng)低于80 mg/m2·月的規(guī)定，故選擇降塵量為100 mg/m2·月、80 mg/m2·月、60 mg/m2·月在專用實驗裝置中進行模擬降塵試驗，在軸承降塵前后，通過正交實驗設(shè)計制定溫度、濕度、降塵量的實驗組合（見表2）。測試軸承的絕緣電阻，施加電壓為500 V。對比試驗前后軸承的絕緣性能，考察溫度、濕度、灰塵對線圈絕緣性能的影響。

2 結(jié)果及討論

2.1 線圈模擬降塵和恒溫恒濕試驗結(jié)果

在測量線圈絕緣電阻時，不同線圈之間差異較大，難以進行嚴格的比對分析。故選擇在同一件樣品上施加降塵量不斷遞增，模擬0 mg/m2·月、40 mg/m2·月、50 mg/m2·月、60 mg/m2·月的降塵試驗，在不同溫度、不同濕度情況下進行全因子恒溫恒濕試驗，測量線圈的絕緣電阻。共進行2組平行試驗，測試結(jié)果見圖2。

表1 線圈測試影響因子

表2 軸承測試影響因子

從圖2中可以看到，線圈的絕緣電阻隨溫度升高而降低，隨濕度升高而降低。當溫度在10～25 ℃、濕度在40 %～60 %時，線圈的絕緣電阻基本在1011Ω水平以上；當溫度到達30 ℃、濕度到達80 %時，線圈絕緣電阻明顯下降，大部分降到1011Ω以下，絕緣電阻最低值和最高值相差100倍。在實際生產(chǎn)過程中，控制車間溫度、濕度在一個相對低的水平，將有利于保證線圈良好的絕緣性能。

2.2 軸承模擬降塵和恒溫恒濕試驗結(jié)果

圖1 模擬試驗設(shè)備及樣品

與線圈類似，選擇在同一件軸承樣品上施加降塵量不斷遞增，模擬0 mg/m2·月、60 mg/m2·月、80 mg/m2·月、100 mg/m2·月的降塵試驗，在不同降塵量、不同溫度、不同濕度情況下進行全因子恒溫恒濕試驗，測量軸承的絕緣電阻。共進行2組平行試驗，對比不同降塵量對軸承絕緣電阻影響，見圖3。

從圖3可以看到，在同一組溫度+濕度組合條件下，在0～100 mg/m2·月降塵量范圍內(nèi)，不同降塵量下測得的絕緣電阻基本保持在同一水平上，說明降塵量在0～100 mg/m2·月范圍內(nèi)對線圈的絕緣電阻幾乎沒有影響。“溫度25 ℃，濕度80 %”和“溫度35 ℃，濕度80 %”這兩條溫濕度組合曲線明顯低于其他組合，說明當溫度超過25 ℃、濕度達到80 %時，軸承的絕緣性能將會大幅下降。其中絕緣電阻最低值和最高值相差106倍，最低值接近1 MΩ。當環(huán)境濕度接近或超過80 %時，軸承絕緣電阻變化劇烈，在實際生產(chǎn)儲存時需要嚴格控制濕度過高。

3 分析與討論

線圈和軸承產(chǎn)品的絕緣電阻主要受濕度、溫度、表面狀態(tài)的影響。

以往的研究[2]和試驗結(jié)果都表明，其中最大的影響因素是濕度，濕度越高，產(chǎn)品就越容易受潮，表面電阻和體積電阻會明顯下降，當濕度接近80 %時，空氣中的水氣會發(fā)生凝結(jié)，在產(chǎn)品表面形成很薄的一層水膜，導(dǎo)致絕緣電阻迅速下降。當溫度升高時, 絕緣層的體電阻降低而使絕緣電阻降低。試驗結(jié)果也表明，隨溫度升高，絕緣電阻有所下降，但影響不如濕度明顯。

圖2 線圈在特定溫濕度、不同降塵量下線圈絕緣電阻變化情況

圖3 在特定溫濕度、不同降塵量下軸承絕緣電阻變化情況

上述試驗中的降塵量在0～100 mg/m2·月之間，在同一組溫度+濕度組合條件下，不同的降塵量并沒有導(dǎo)致產(chǎn)品絕緣電阻發(fā)生明顯變化。原因是作為模擬灰塵的滑石粉本身有著優(yōu)良的電阻率，并且100 mg/m2·月也是相對較低的降塵水平。而在實際情況下，空氣中某些灰塵含有電導(dǎo)性物質(zhì)，夾雜其他物質(zhì)有可能在產(chǎn)品表面形成污穢層[3]，在受潮情況下，污穢層長時間保持濕潤、電導(dǎo)性物質(zhì)發(fā)生溶解等因素將會使絕緣層電導(dǎo)率迅速增加，喪失絕緣性能，容易發(fā)生發(fā)熱、放電等事故。關(guān)于包含導(dǎo)電性表面污穢層對絕緣電阻的影響還有待于進一步試驗驗證。

4 結(jié)語

1）濕度對線圈、軸承的絕緣性能影響最大，濕度越高，絕緣電阻越低；溫度對產(chǎn)品的絕緣性能影響不如濕度明顯，隨隨濕度升高絕緣電阻有所下降。

2）降塵量低于60 mg/m2·月時，降塵量對線圈絕緣電阻影響不大；降塵量低于100 mg/m2·月時，降塵量對軸承絕緣電阻影響不大。但本文選擇的降塵量較小，且模擬降塵的滑石粉是絕緣物質(zhì)。在現(xiàn)實中夾雜電導(dǎo)性物質(zhì)、腐蝕性物質(zhì)等因素對產(chǎn)品絕緣電阻影響如何，有待于進一步驗證。

3）對于線圈來說，溫度為30 ℃、濕度在60 %～80 %之間時，線圈絕緣電阻下降明顯；對于軸承來說，溫度超過25 ℃、濕度在60 %～80 %之間時，軸承絕緣電阻大幅下降。綜合考慮以上數(shù)據(jù)變化趨勢，建議電機核心零部件線圈、軸承的生產(chǎn)車間溫度控制在25 ℃以下，濕度控制在60 %以下。

[1]熊瑞峰. 淺談電機絕緣電阻的準確測定[J]. 礦山機械, 2006, 34(5): 122-123.

[2]徐萍. 絕緣電阻的測量及影響絕緣電阻的主要因素[J]. 煤礦開采, 2001, 4 3(4):78-79.

[3] 申衛(wèi)民，王付生. 絕緣電阻的測量及影響因素分析[J]. 農(nóng)村電工, 2006, (5): 22.

毛曉軍（1969.11），籍貫：江西吉安，學(xué)位：大學(xué)本科，職稱：高級工程師，研究方向：電機制造工藝及樣品。

Analysis of Insulation Resistance of Motor Core Parts Under Different Production Environment

MAO Xiao-jun1, XIAO Shi-feng1, XUE Chang-zhi1, DENG Ping1, ZHANG Xi-fu1, ZHAO Yue2, HUANG Hai-jun2
(1. CRRC Zhuzhou Electric Co., Ltd., Zhuzhou 412000; 2. State Key Laboratory of Environmental Adaptability for Industrial Products, China Electric Apparatus Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510663)

Through the dust fall and constant temperature and moisture test for core components coil of motor and bearing, this paper compares the change rule of insulation resistance before and after the test. And it analyzes the influence of dust, humidity, and temperature, etc. on the products’insulation performance. Finally, it proposes the reasonable suggestion for producing environment.

insulation resistance; humidity; temperature; dust

TH17

B

1004-7204（2017）01-0020-04