關於防爆電機表麵溫度測試方法的探討
作者：藝譯修理
2010-04-22 18:38
來源：藝譯修理
我國防爆
標準GB 3836.1—2000第23.4.6.1條和GB 12476．1—2000第20.4.5.1條都規定：“ 最高表麵溫度測定應在額定電壓的90%～110%間最不利條件下進行” 。溫度試驗的前提條件 為電氣設備按規定狀態運行足夠長的時間，直到該電氣設備達到熱穩定（即電氣設備進行溫度實驗時測得的溫度變化不超過2 K/h的狀態）。根據所測得的最高表麵溫度數值再按額定 狀態下的最高環境溫度進行修正，最後計算得出的最高表麵溫度即為最終結果。
根據此結果，就可以判斷該電氣設備的最高表麵溫度是否符合相應溫度組別的點燃溫度。對於II類電氣設備不是逐台進行溫度試驗的，在T3～T6溫度組別時應比電氣設備標明的溫度或 溫度組別的溫度低5 ℃；在T1～T2溫度組別時比標明的溫度或溫度組別的溫度低10 ℃； 對於I類電氣設備不應超過150 ℃（當電氣設備表麵可能堆積煤塵時）。電氣設備的最高表麵溫度隻有在上述相應溫度組別範圍內，才能判定該項溫度試驗合格。在此，我們以隔爆型三相異步 電 動機（以下簡稱電機）來詳細說明溫度試驗的測試方法，並可按此方法類推到其他防爆類型電機的溫度試驗，以供大家參考。
2 國內防爆電機溫度試驗方法介紹
我們以連續工作製（S1工作製）電機作為介紹對象，由於電機隔爆外殼能承受通過外殼任何接合麵或結構間隙滲透到外殼內部的可燃性混合物在內部爆炸而不損壞，而且不會引起外部 的爆炸性氣體混合物的點燃危險，所以該類型電機表麵溫度測試位置局限在電機機座外表麵及軸承外圈處。而其他防爆類型電機，如增安型或無火花型電機外殼不具備隔爆外殼的保護 特 性，其最高表麵溫度測試位置還應增加電機轉子表麵的測試。通常情況下，由於電機內外導熱和散熱性能的差異，轉子表麵溫度明顯高於機座外表麵溫度，因此，這兩種防爆類型的電 機最高表麵溫度主要取決於轉子表麵溫度。
我們經常選用的電機溫度測量方法主要有如下四種：①溫度計法；②電阻法；③埋置檢溫計法；④粘貼測溫紙法。這裏所介紹的溫度試驗采用上述第一種方法，溫度傳感器為實驗室較 容易製作、價格低、校準方便的銅-康銅熱電偶，該熱點偶分度號為T型，測試溫度範圍在－ 200～400 ℃之間。它可把溫度信號直接變成按一定規律變換的弱電壓信號，通過一塊或兩塊A/D轉換卡，與PC機直接相連，使用專門配套溫度測試軟件，即可同時測試8點或16點不同 位置的溫度，並在微機顯示器上直接顯示所有測試點當前和曆史記錄的溫度數值或溫度曲線。該A/D轉換卡為智能ISA總線，具有光耦隔離、抗幹擾能力強、精度高（±0.05%）、 可靠性高等特點。由於溫度場和溫度傳感器的熱慣性較大，因此，采集轉換一組數據最小間 隔設置為3 s即可滿足大多數的測試要求，對於電機溫度試驗也是適用的。
電機在進行溫度試驗前，首先測取三相繞組在實際冷態下的直流電組，並記錄當時電機繞組端部或鐵芯的溫度，可把此作為實際冷態下的繞組溫度；再固定好電機及轉矩轉速傳感器， 接好電機電源線和各種電測試信號線，保證被試電機能正常運轉和監控等；然後在電機機座外表麵適當選取7個可能出現較高溫度的位置，根據經驗，這些測點位置一般在電機靠近吊 環附近的圓周表麵上，並且多出現在電機驅動端，另外在電機驅動端的軸承外蓋附近選取一個軸承可能出現較高溫度的位置，分別在這8個測試點位置固定好已校正過的熱電偶端部， 熱電偶埋入時應注意與被測點表麵緊密接觸，並用絕緣膠布或其他保護 措施覆蓋住熱電偶前端的測溫部分，以免受周圍環境冷卻氣體的影響；最後把所有熱電偶的測試線用一個"D"型2 5針 標準插座連接，直接把該插座接到A/D轉換接口板上即可，此時就可用溫度測試軟件測試電機表麵溫度了。
電機溫度達到熱穩定前，可把溫度測試軟件的溫度測試間隔設置較大些，如設置成10、15 m in或更長時間都可，這樣所采集的溫度數據便於察看和對比。當電機溫度穩定後，電機斷電瞬間之前，一般情況下必須把溫度測試軟件的溫度測試間隔設置較小些，否則斷點後電 機外殼表麵的溫度驟升，但溫度測試軟件就可能在此時間內未捕捉到可能出現的最高溫度值，而電機表麵溫度又緩慢地降下來了，為避免此現象的發生，應把溫度測試間隔設置為5～1 0 s為好，對於某些電機正常運行時不帶風扇，或者電機斷電後外殼表麵溫度變化不明顯的 電機，也可把溫度測試間隔適當調大些，這都可根據具體情況進行相應的設置，而不可漏掉可能出現的最高溫度。
根據防爆 標準關於溫度試驗的要求，電機進行溫度試驗前的所有準備工作完成後，對其施加 0.9倍的額定電壓，保持額定頻率不變，並利用轉矩轉速傳感器監測電機輸出功率為額定功 率，保持該運行狀態直至電機溫升達到熱穩定狀態為止。為了縮短試驗時間，可在試驗開始時適當過載。電機斷電後要繼續測試其表麵溫度，直到電機表麵溫度逐漸緩慢下降以後，就 可以停止溫度試驗。在整個溫度試驗當中，溫度測試軟件記錄了多組數據，而該軟件能自動找出試驗中的最高溫度值，且能打印出整個過程的溫度曲線，便於試驗人員 03manbetx 和彙總。較 常見的溫度試驗曲線如圖1所示。
某廠家30 kW-4 p電機的最高工作環境溫度是40 ℃，防爆標誌為ExdIIBT4。從圖1中可看 出，該電機實測最高表麵溫度為T6熱電偶所測的溫度（80.7 ℃），軸承外蓋溫度為T3熱電 偶，當時的環境溫度為27.4 ℃，由此可算出該樣機的最高表麵溫度為：80.7－27.4+40=93. 3 ℃，符合T4溫度組別。
3 美國UL 674 標準溫度試驗方法簡介及兩者的差異
美國UL 674標準規定了適用於I類1級、C、D組，和II類1級、E、F、G組的電機和發電機，同樣也規定了I類1區、IIA、IIB組別防爆電氣設備的相關要求，本文所涉及到的內容僅限於防 爆電機的溫度試驗，便於與上述國內防爆電機溫度試驗方法進行對比，該標準中有關電機溫度試驗方法的詳細介紹可參見《電氣防爆》 2002年第3期“美國UL 674標準對防爆電機溫 度試驗的有關要求” 一文 ，在此僅簡單說明和補充以下幾點。
(1) 試驗項目較多，這取決於該電機是否安裝有限溫裝置，並且根據安裝位置不同，所做的 試驗項目也不同，主要的試驗項目包括：正常溫度試驗、過載試驗、過載至燒毀試驗、單相試 驗、堵轉試驗、72 ｈ堵轉試驗、15天堵轉耐久試驗。
(2) 試驗電壓劃分得較細，針對60 Hz電源，各個規定電壓分段的試驗電壓均為該電壓分段的最高值；而額定電壓高於600 V的或不在上述電壓分段內的，其試驗電壓為額定值的100% ～105%；其他工作頻率電源的試驗電壓即為其額定值。
(3) 試驗環境條件較苛刻，電機本身不帶限溫裝置的溫度試驗，所有項目必須在40 ℃環境 溫度或高於40 ℃的最大規定環境溫度狀態下進行；而帶有限溫裝置的電機，僅有正常溫度試 驗必須在40 ℃環境溫度或高於40 ℃的最大規定環境溫度狀態下進行；除了上述兩種情況外的電機溫度試驗項目可在10～40 ℃範圍內進行，但最終結果即最高溫度需按40 ℃環溫進行 修正。
(4) 溫度試驗時要求的測試位置較多，所用測試傳感器均勻分布在電機外殼前中後整個外 表麵共12點，另外在電機軸伸方向前後兩端蓋地方分布4個測試點，並且在電機兩端定子繞組端部各布置3個測試點，以便於同時考核定子繞組的絕緣性能和檢測繞組的最高溫度。我 們可從電機外表麵分布的16個測試點的溫度值，得出相應的最高溫度，或按此值再按40 ℃ 環溫進行計算得出最高溫度值。
(5) 記錄的實驗數據信息量較大，且實驗結果的判斷較複雜，所 有的溫度試驗項目必須記錄當時的工作電壓、電流和輸入功率，以及22個測試點的溫度值等 ，所要存儲的原始信息比較多；而每一項溫度試驗都得按相應溫度組別分別進行判斷，是否 符合標準規定，最後綜合所有溫度試驗項目結論才能判斷該溫度試驗是否合格。
(6) 美國NEC 500防爆標準關於溫度組別的劃分較細，如我國防爆標準中T3溫度組別隻允許2 00 ℃，T4溫度組別隻允許135 ℃，而美國T3組又細分成，T3（200 ℃）、T3A（180 ℃）、 T3B（165 ℃）、T3C（160 ℃）
根據此結果，就可以判斷該電氣設備的最高表麵溫度是否符合相應溫度組別的點燃溫度。對於II類電氣設備不是逐台進行溫度試驗的，在T3～T6溫度組別時應比電氣設備標明的溫度或 溫度組別的溫度低5 ℃；在T1～T2溫度組別時比標明的溫度或溫度組別的溫度低10 ℃； 對於I類電氣設備不應超過150 ℃（當電氣設備表麵可能堆積煤塵時）。電氣設備的最高表麵溫度隻有在上述相應溫度組別範圍內，才能判定該項溫度試驗合格。在此，我們以隔爆型三相異步 電 動機（以下簡稱電機）來詳細說明溫度試驗的測試方法，並可按此方法類推到其他防爆類型電機的溫度試驗，以供大家參考。
2 國內防爆電機溫度試驗方法介紹
我們以連續工作製（S1工作製）電機作為介紹對象，由於電機隔爆外殼能承受通過外殼任何接合麵或結構間隙滲透到外殼內部的可燃性混合物在內部爆炸而不損壞，而且不會引起外部 的爆炸性氣體混合物的點燃危險，所以該類型電機表麵溫度測試位置局限在電機機座外表麵及軸承外圈處。而其他防爆類型電機，如增安型或無火花型電機外殼不具備隔爆外殼的保護 特 性，其最高表麵溫度測試位置還應增加電機轉子表麵的測試。通常情況下，由於電機內外導熱和散熱性能的差異，轉子表麵溫度明顯高於機座外表麵溫度，因此，這兩種防爆類型的電 機最高表麵溫度主要取決於轉子表麵溫度。
我們經常選用的電機溫度測量方法主要有如下四種：①溫度計法；②電阻法；③埋置檢溫計法；④粘貼測溫紙法。這裏所介紹的溫度試驗采用上述第一種方法，溫度傳感器為實驗室較 容易製作、價格低、校準方便的銅-康銅熱電偶，該熱點偶分度號為T型，測試溫度範圍在－ 200～400 ℃之間。它可把溫度信號直接變成按一定規律變換的弱電壓信號，通過一塊或兩塊A/D轉換卡，與PC機直接相連，使用專門配套溫度測試軟件，即可同時測試8點或16點不同 位置的溫度，並在微機顯示器上直接顯示所有測試點當前和曆史記錄的溫度數值或溫度曲線。該A/D轉換卡為智能ISA總線，具有光耦隔離、抗幹擾能力強、精度高（±0.05%）、 可靠性高等特點。由於溫度場和溫度傳感器的熱慣性較大，因此，采集轉換一組數據最小間 隔設置為3 s即可滿足大多數的測試要求，對於電機溫度試驗也是適用的。
電機在進行溫度試驗前，首先測取三相繞組在實際冷態下的直流電組，並記錄當時電機繞組端部或鐵芯的溫度，可把此作為實際冷態下的繞組溫度；再固定好電機及轉矩轉速傳感器， 接好電機電源線和各種電測試信號線，保證被試電機能正常運轉和監控等；然後在電機機座外表麵適當選取7個可能出現較高溫度的位置，根據經驗，這些測點位置一般在電機靠近吊 環附近的圓周表麵上，並且多出現在電機驅動端，另外在電機驅動端的軸承外蓋附近選取一個軸承可能出現較高溫度的位置，分別在這8個測試點位置固定好已校正過的熱電偶端部， 熱電偶埋入時應注意與被測點表麵緊密接觸，並用絕緣膠布或其他保護 措施覆蓋住熱電偶前端的測溫部分，以免受周圍環境冷卻氣體的影響；最後把所有熱電偶的測試線用一個"D"型2 5針 標準插座連接，直接把該插座接到A/D轉換接口板上即可，此時就可用溫度測試軟件測試電機表麵溫度了。
電機溫度達到熱穩定前，可把溫度測試軟件的溫度測試間隔設置較大些，如設置成10、15 m in或更長時間都可，這樣所采集的溫度數據便於察看和對比。當電機溫度穩定後，電機斷電瞬間之前，一般情況下必須把溫度測試軟件的溫度測試間隔設置較小些，否則斷點後電 機外殼表麵的溫度驟升，但溫度測試軟件就可能在此時間內未捕捉到可能出現的最高溫度值，而電機表麵溫度又緩慢地降下來了，為避免此現象的發生，應把溫度測試間隔設置為5～1 0 s為好，對於某些電機正常運行時不帶風扇，或者電機斷電後外殼表麵溫度變化不明顯的 電機，也可把溫度測試間隔適當調大些，這都可根據具體情況進行相應的設置，而不可漏掉可能出現的最高溫度。
根據防爆 標準關於溫度試驗的要求，電機進行溫度試驗前的所有準備工作完成後，對其施加 0.9倍的額定電壓，保持額定頻率不變，並利用轉矩轉速傳感器監測電機輸出功率為額定功 率，保持該運行狀態直至電機溫升達到熱穩定狀態為止。為了縮短試驗時間，可在試驗開始時適當過載。電機斷電後要繼續測試其表麵溫度，直到電機表麵溫度逐漸緩慢下降以後，就 可以停止溫度試驗。在整個溫度試驗當中，溫度測試軟件記錄了多組數據，而該軟件能自動找出試驗中的最高溫度值，且能打印出整個過程的溫度曲線，便於試驗人員 03manbetx 和彙總。較 常見的溫度試驗曲線如圖1所示。
某廠家30 kW-4 p電機的最高工作環境溫度是40 ℃，防爆標誌為ExdIIBT4。從圖1中可看 出，該電機實測最高表麵溫度為T6熱電偶所測的溫度（80.7 ℃），軸承外蓋溫度為T3熱電 偶，當時的環境溫度為27.4 ℃，由此可算出該樣機的最高表麵溫度為：80.7－27.4+40=93. 3 ℃，符合T4溫度組別。
3 美國UL 674 標準溫度試驗方法簡介及兩者的差異
美國UL 674標準規定了適用於I類1級、C、D組，和II類1級、E、F、G組的電機和發電機，同樣也規定了I類1區、IIA、IIB組別防爆電氣設備的相關要求，本文所涉及到的內容僅限於防 爆電機的溫度試驗，便於與上述國內防爆電機溫度試驗方法進行對比，該標準中有關電機溫度試驗方法的詳細介紹可參見《電氣防爆》 2002年第3期“美國UL 674標準對防爆電機溫 度試驗的有關要求” 一文 ，在此僅簡單說明和補充以下幾點。
(1) 試驗項目較多，這取決於該電機是否安裝有限溫裝置，並且根據安裝位置不同，所做的 試驗項目也不同，主要的試驗項目包括：正常溫度試驗、過載試驗、過載至燒毀試驗、單相試 驗、堵轉試驗、72 ｈ堵轉試驗、15天堵轉耐久試驗。
(2) 試驗電壓劃分得較細，針對60 Hz電源，各個規定電壓分段的試驗電壓均為該電壓分段的最高值；而額定電壓高於600 V的或不在上述電壓分段內的，其試驗電壓為額定值的100% ～105%；其他工作頻率電源的試驗電壓即為其額定值。
(3) 試驗環境條件較苛刻，電機本身不帶限溫裝置的溫度試驗，所有項目必須在40 ℃環境 溫度或高於40 ℃的最大規定環境溫度狀態下進行；而帶有限溫裝置的電機，僅有正常溫度試 驗必須在40 ℃環境溫度或高於40 ℃的最大規定環境溫度狀態下進行；除了上述兩種情況外的電機溫度試驗項目可在10～40 ℃範圍內進行，但最終結果即最高溫度需按40 ℃環溫進行 修正。
(4) 溫度試驗時要求的測試位置較多，所用測試傳感器均勻分布在電機外殼前中後整個外 表麵共12點，另外在電機軸伸方向前後兩端蓋地方分布4個測試點，並且在電機兩端定子繞組端部各布置3個測試點，以便於同時考核定子繞組的絕緣性能和檢測繞組的最高溫度。我 們可從電機外表麵分布的16個測試點的溫度值，得出相應的最高溫度，或按此值再按40 ℃ 環溫進行計算得出最高溫度值。
(5) 記錄的實驗數據信息量較大，且實驗結果的判斷較複雜，所 有的溫度試驗項目必須記錄當時的工作電壓、電流和輸入功率，以及22個測試點的溫度值等 ，所要存儲的原始信息比較多；而每一項溫度試驗都得按相應溫度組別分別進行判斷，是否 符合標準規定，最後綜合所有溫度試驗項目結論才能判斷該溫度試驗是否合格。
(6) 美國NEC 500防爆標準關於溫度組別的劃分較細，如我國防爆標準中T3溫度組別隻允許2 00 ℃，T4溫度組別隻允許135 ℃，而美國T3組又細分成，T3（200 ℃）、T3A（180 ℃）、 T3B（165 ℃）、T3C（160 ℃）
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