制冷劑與潤(rùn)滑油混合物對(duì)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(guò)程中，涉及到電就難免會(huì)出現(xiàn)一些電氣安全方面的問(wèn)題。問(wèn)題類(lèi)型包括機(jī)組本身電器線路老化導(dǎo)致短路、電源開(kāi)關(guān)超載、以及人為操作不規(guī)范等造成的問(wèn)題。其中機(jī)器通電后家庭電源保護(hù)開(kāi)關(guān)跳閘也為故障類(lèi)型的一種，本文將對(duì)跳閘的一種原因機(jī)組漏電現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)研究分析。泄露電流是在機(jī)組未發(fā)生故障且未通電運(yùn)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(guò)周?chē)橘|(zhì)形成的電流。泄露電流值的大小也是衡量機(jī)組絕緣能力的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)。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(jī)中電機(jī)的線圈的絕緣漆膜厚度、電機(jī)定子引線的絕緣層等來(lái)保障[1]。按照我國(guó)GB 4706.17-2004《家用和類(lèi)似用途電器的安全電動(dòng)機(jī)-壓縮機(jī)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(cè)兩秒，泄露電流值不大于3.5 mA。本文將通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究機(jī)組泄露電流值增大的原因，研究接線端子新結(jié)構(gòu)對(duì)于泄漏電流值的改善。為后續(xù)新機(jī)型開(kāi)發(fā)時(shí)提供參加依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)分析

1.1 壓縮機(jī)潤(rùn)滑油對(duì)于泄露電流的影響

本次實(shí)驗(yàn)均選用空氣能熱水器作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備。機(jī)組壓縮機(jī)中通常存在兩種流體為潤(rùn)滑油和制冷劑。當(dāng)機(jī)組存在漏電現(xiàn)象時(shí)，在混合流體之間的傳遞不可避免。當(dāng)混合流體擁有較佳的絕緣性時(shí)，泄露電流值應(yīng)該在合格范圍[3]。壓縮機(jī)常用的潤(rùn)滑油主要有兩種PVE（醚類(lèi)油）和POE（酯類(lèi)油）。本次實(shí)驗(yàn)將取各取一臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在整機(jī)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(cè)試35組泄露電流值，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 酯類(lèi)油和醚類(lèi)油在不同溫度下的泄露電流

實(shí)驗(yàn)小結(jié):

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，機(jī)組使用酯類(lèi)潤(rùn)滑油的縮機(jī)的泄漏電流值受溫度和時(shí)間影響較小，且穩(wěn)定后泄露電流值在1.5 mA左右。醚類(lèi)油泄露電流值受溫度的影響較大，且隨著時(shí)間的變化泄漏電流值也逐漸增大且明顯大于酯類(lèi)油。

在常溫狀態(tài)下，醚類(lèi)油泄漏電流值是酯類(lèi)油的5.25倍（均取最大值），并且從醚類(lèi)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(guò)7.5 mA，存在保護(hù)開(kāi)關(guān)跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。而且隨著靜置時(shí)間增加，泄露電流值仍可能持續(xù)增加。

1.2 壓縮機(jī)腔體液位高度對(duì)于泄露電流的影響

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

圖2 兩種油滿液位情況對(duì)比對(duì)比

圖3 兩種油在相同工況下液位高度對(duì)比

圖4 兩種油在相同工況下液位高度對(duì)比

圖5 醚類(lèi)油在不同工況下對(duì)應(yīng)的液位高度及泄露電流

圖6 酯類(lèi)油在不同工況下對(duì)應(yīng)的液位高度及泄露電流

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

從圖3兩種潤(rùn)滑油在同樣20 ℃環(huán)溫下的液位對(duì)比圖片中可以看出，醚類(lèi)油的液位高度為3 格，酯類(lèi)油的液位高度為2.3 格。經(jīng)測(cè)試使用50S潤(rùn)滑油的機(jī)組泄露電流值為6.439 mA，使用68EP潤(rùn)滑油的機(jī)組泄露電流值為2.660 mA。兩個(gè)機(jī)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(duì)比

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

同時(shí)，本次實(shí)驗(yàn)后將兩臺(tái)機(jī)組抽真空后灌注液態(tài)R410A冷媒，壓縮機(jī)分別使用醚類(lèi)油、酯類(lèi)油。灌注冷媒后常溫靜置2天，使用醚類(lèi)潤(rùn)滑油的機(jī)組液位上升至4格，泄露電流增至10 mA。使用酯類(lèi)潤(rùn)滑油的機(jī)組液位上升至4格，泄露電流增至7.5 mA。由此說(shuō)明，液態(tài)冷媒對(duì)于機(jī)組的泄露電流值影響大于氣態(tài)冷媒。

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

實(shí)驗(yàn)小結(jié)：

經(jīng)過(guò)40余組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，當(dāng)溫度升高時(shí)對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)腔體液位高度也會(huì)上升。液位高度上升時(shí)泄露電流就會(huì)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(rùn)滑油的溶解度也增加。潤(rùn)滑油和制冷劑混合物增加導(dǎo)致液位上升。當(dāng)液位高度為滿格狀態(tài)時(shí)，混合物浸沒(méi)電機(jī)線圈至接線端子處時(shí)，泄露電流達(dá)到最大值。

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

壓縮機(jī)內(nèi)部存在的兩種流體以混合物的形式存在，運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)的溫度較高，因此所以溶于潤(rùn)滑油的制冷劑量較少，停機(jī)后壓縮機(jī)溫度較低，系統(tǒng)中的制冷劑會(huì)向壓縮機(jī)腔體遷移，壓縮機(jī)中混合物增加導(dǎo)致液位上升。

溫度變化對(duì)泄漏電流的影響原理：壓縮機(jī)內(nèi)部溫度變化慢于冷凝器部位，當(dāng)溫度降低時(shí)，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(jī)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(jī)端子處增加熱縮套管對(duì)于泄露電流的影響

經(jīng)過(guò)1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)液位滿格時(shí)潤(rùn)滑油和制冷劑混合物會(huì)浸沒(méi)電機(jī)線圈，此時(shí)泄漏電流值達(dá)到最大，所以本次實(shí)驗(yàn)將在電機(jī)端子處增加熱縮套管，將端子包圍，用來(lái)增加端子處的絕緣性。觀察增加熱縮套管對(duì)于泄露電流是否會(huì)有影響。本次實(shí)驗(yàn)將取4臺(tái)機(jī)組，其中2臺(tái)同時(shí)使用醚類(lèi)油（一臺(tái)加熱縮套管另一臺(tái)端子裸露），另兩臺(tái)同時(shí)使用酯類(lèi)油（一臺(tái)加熱縮套管另一臺(tái)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(lèi)油在兩種結(jié)構(gòu)下的泄露電流值

圖8 酯類(lèi)油在兩種結(jié)構(gòu)下的泄露電流值

實(shí)驗(yàn)小結(jié):

從實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，醚類(lèi)油和酯類(lèi)油的泄露電流值整體會(huì)隨著溫度的變化而變化與上文1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)互相驗(yàn)證。且醚類(lèi)油的泄漏電流值在相同工況下會(huì)略大于酯類(lèi)油，與上文1.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)互相驗(yàn)證。

同時(shí)根據(jù)兩種潤(rùn)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(gè)例的情況下，增加熱縮套管的機(jī)組泄露電流值小于端子裸露的機(jī)組。由此可見(jiàn)，增加熱縮套管對(duì)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(kāi)發(fā)機(jī)組時(shí)，可以考慮增加熱縮套管來(lái)降低泄露電流值。

1.4 混合物中制冷劑含量對(duì)于泄露電流值的影響

參考《R32/潤(rùn)滑油對(duì)壓縮機(jī)泄露電流影響試驗(yàn)研究》[5]論文中所做的實(shí)驗(yàn)分析，當(dāng)壓縮機(jī)中灌滿潤(rùn)滑油不灌注制冷劑，即使?jié)櫥徒](méi)電機(jī)時(shí)泄露電流增加0.05 mA?？梢?jiàn)純潤(rùn)滑油對(duì)泄露電流的影響很小。

在壓縮機(jī)中充注制冷劑，做好重量檢驗(yàn)，經(jīng)測(cè)試，當(dāng)制冷劑的含量在混合物中比例達(dá)到40 %之前，對(duì)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(dāng)制冷劑在混合物中的含量超過(guò)40 %后，泄漏電流值將會(huì)快速增加。尤其當(dāng)制冷劑的比例達(dá)到70 %以后，泄漏電流高達(dá)7.5 mA以上。醚類(lèi)油和酯類(lèi)油上升水平基本保持一致，但是因?yàn)槊杨?lèi)油的體積電阻率比酯類(lèi)油的低，所以醚類(lèi)油的泄漏電流值會(huì)略高于酯類(lèi)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(lèi)油與R32制冷劑混合后的泄露電流上升速度大于酯類(lèi)油與R410A制冷劑混合。

2 結(jié)論分析

1）在同樣工況下壓縮機(jī)使用醚類(lèi)潤(rùn)滑油的泄露電流值會(huì)大于使用酯類(lèi)潤(rùn)滑油。

2）機(jī)組泄露電流值的大小受溫度的影響，溫度升高時(shí)泄漏電流會(huì)增加，溫度降低時(shí)泄露電流會(huì)隨之降低。

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

圖9 不同潤(rùn)滑油中制冷劑含量對(duì)于泄露電流的影響

4）壓縮機(jī)腔體的液位高度會(huì)隨著溫度的變化而變化，當(dāng)壓縮機(jī)腔體液位高度升高后泄露電流值也會(huì)隨之增大。當(dāng)液位滿格并浸沒(méi)電機(jī)時(shí)，泄露電流值達(dá)到最大。

5）在壓縮機(jī)中的電機(jī)接線端子處增加熱縮套管后對(duì)于機(jī)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(jī)型開(kāi)發(fā)時(shí)提供參考依據(jù)。

3 總結(jié)與展望

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平的提高，居民對(duì)于家用空調(diào)器的需求將日益增長(zhǎng)，本文通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)中制冷劑與潤(rùn)滑油混合物對(duì)于泄露電流的影響因素分析，得出了溫度及潤(rùn)滑油種類(lèi)是影響腔體液位高度及泄露電流大小的關(guān)鍵因素。同時(shí)為保證家用空調(diào)器的整體質(zhì)量進(jìn)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(jí)和質(zhì)量控制，進(jìn)一步提升空調(diào)器的可靠性和長(zhǎng)久性，提高用戶滿意度，促進(jìn)企業(yè)和行業(yè)未來(lái)的進(jìn)步和發(fā)展。