張 剛， 高玉華

(1. 南陽(yáng)防爆電氣研究所，河南 南陽(yáng) 473008； 2. 南陽(yáng)防爆集團(tuán)股份有限公司，河南 南陽(yáng) 473010)

0 引 言

隨著石油、化工行業(yè)的快速發(fā)展，高壓增安型電機(jī)在爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)所2區(qū)的應(yīng)用得到了廣泛認(rèn)同。我國(guó)增安型電氣設(shè)備依據(jù)的專用防爆標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2010[1]與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，等同采用IEC 60079-7： 2006[2]，適用于爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)所1區(qū)用增安型電氣設(shè)備。

目前,國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有針對(duì)2區(qū)用增安型電氣設(shè)備的相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，我國(guó)用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所2區(qū)的高壓增安型電機(jī)仍以標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2010作為設(shè)計(jì)、制造依據(jù)。由于該標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求較高，對(duì)于2區(qū)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所大量需求的高壓增安型電動(dòng)機(jī)，制造成本顯著提高,資源消耗較大,且難于實(shí)現(xiàn)成為制約高壓增安型電機(jī)行業(yè)發(fā)展的瓶頸。研究爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所2區(qū)用高壓增安型電機(jī)(對(duì)應(yīng)EPL Gc級(jí))的關(guān)鍵防爆技術(shù)顯得十分迫切。

1 高壓增安型電機(jī)的主要使用區(qū)域和保護(hù)級(jí)別

1.1 高壓增安型電機(jī)所處的危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域

涉及爆炸性氣體、易燃性液體的蒸汽或薄霧與空氣混合形成爆炸性環(huán)境的場(chǎng)所，按其危險(xiǎn)程度分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)3個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)。

增安型作為電機(jī)防爆的一種常用防爆型式，主要采取一些附加措施提高電機(jī)安全程度，防止電機(jī)在正常運(yùn)行或規(guī)定的異常條件下產(chǎn)生危險(xiǎn)溫度、電弧和火花。國(guó)內(nèi)石油、化工場(chǎng)所選用的高壓增安型電機(jī)絕大多數(shù)處于2區(qū)作業(yè)環(huán)境，即在正常情況下，該區(qū)不可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物。

1.2 爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所2區(qū)用高壓增安型電機(jī)的保護(hù)級(jí)別及運(yùn)行條件

防爆電氣設(shè)備的設(shè)備保護(hù)級(jí)別(Equipment Protection Level, EPL)是根據(jù)設(shè)備成為點(diǎn)燃源的可能性和爆炸性氣體環(huán)境所具有的不同特征而對(duì)設(shè)備規(guī)定的保護(hù)級(jí)別。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.1—2010和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60079-0： 2011[3]對(duì)此要求一致。對(duì)于Ⅱ類爆炸性氣體環(huán)境，設(shè)備保護(hù)級(jí)別按運(yùn)行條件及保護(hù)水平從高到低分為EPL Ga、Gb和Gc 3個(gè)等級(jí)。

設(shè)備的不同EPL反映了不同危險(xiǎn)區(qū)域的安全要求。Gc級(jí)別是保證設(shè)備在正常運(yùn)行條件下必要的防爆保護(hù)級(jí)別，要求設(shè)備在正常運(yùn)行條件下不會(huì)成為點(diǎn)燃源，或在預(yù)期點(diǎn)燃源可能出現(xiàn)的情況下，通過(guò)預(yù)先采取附加保護(hù)措施保證其不會(huì)被有效點(diǎn)燃，其設(shè)計(jì)應(yīng)使之能按照制造商設(shè)定的運(yùn)行參數(shù)發(fā)揮功能，保護(hù)水平“一般”，適用于2區(qū)環(huán)境。高壓增安型電機(jī)常用的2區(qū)環(huán)境對(duì)應(yīng)適用EPL Gc級(jí)。當(dāng)然，較高級(jí)別的EPL Ga級(jí)和EPL Gb級(jí)設(shè)備也適用于2區(qū)，只是經(jīng)濟(jì)、技術(shù)成本要增加很多。

EPL Gc級(jí)所要求的“正常運(yùn)行條件”是指電機(jī)符合制造商設(shè)計(jì)和使用規(guī)范的額定滿載穩(wěn)定條件。對(duì)于S1連續(xù)工作制和S2短時(shí)工作制的電機(jī)，其起動(dòng)過(guò)程在此不被看作是“正?！边\(yùn)行,重新起動(dòng)前電動(dòng)機(jī)應(yīng)冷卻至室溫；而S3到S10工作制由于起動(dòng)頻繁，其起動(dòng)過(guò)程被看作是電機(jī)的“正常”狀態(tài)，需考慮高壓電機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子引起的火花風(fēng)險(xiǎn)。在起動(dòng)過(guò)程中，小型鼠籠鑄造轉(zhuǎn)子電機(jī)幾乎不會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)燃危險(xiǎn),大型高壓電機(jī)在起動(dòng)瞬間易出現(xiàn)危險(xiǎn)的氣隙火花。因此，要使EPL Gc級(jí)高壓電機(jī)在正常運(yùn)行條件下不會(huì)成為點(diǎn)燃源，就不允許“起動(dòng)”和“爆炸性氣體環(huán)境出現(xiàn)”這兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生。否則，就需要增加附加安全措施,如用非易燃性氣體進(jìn)行內(nèi)部通風(fēng)吹掃、安裝固定式易燃?xì)怏w探測(cè)器等。

2 新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高壓增安型電機(jī)關(guān)鍵試驗(yàn)項(xiàng)目要求的比對(duì)及行業(yè)現(xiàn)狀

增安型電機(jī)依據(jù)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2010(IEC 60079-7： 2006，IDT)與舊版標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2000(IEC 60079-7： 1990+A1+A2，MOD)差異較大。符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2010的設(shè)備可達(dá)到EPL Gb級(jí)，即符合該標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備適用于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境1區(qū)或2區(qū)。在舊版標(biāo)準(zhǔn)體系下，按選型、安裝標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.15—2000[4]的規(guī)定，高壓增安型電機(jī)僅適用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所2區(qū)。新版的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)還增加了對(duì)可能產(chǎn)生氣隙火花的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)、對(duì)高壓電機(jī)結(jié)構(gòu)評(píng)定和試驗(yàn)要求，以及針對(duì)高壓電機(jī)關(guān)鍵性項(xiàng)目的附加試驗(yàn)等。

在型式檢查和試驗(yàn)方面，現(xiàn)行新版標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2010規(guī)定了增安型電機(jī)應(yīng)進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目和要求,包括增安型電機(jī)起動(dòng)電流比IA/IN和tE時(shí)間確定等。其中，根據(jù)額定電壓等級(jí)(>1kV)，對(duì)定子繞組絕緣系統(tǒng)及其連接電纜需進(jìn)行兩項(xiàng)附加試驗(yàn)： 爆炸性氣體混合物中進(jìn)行的正弦交流耐電壓試驗(yàn)；及爆炸性氣體混合物中進(jìn)行的電脈沖沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)期間均不應(yīng)有爆炸發(fā)生。

在試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)各種特性因素評(píng)價(jià)結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)還給出了對(duì)鼠籠轉(zhuǎn)子潛在氣隙火花點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)評(píng)價(jià)辦法，及潛在的定子繞組放電點(diǎn)燃危險(xiǎn)系數(shù)評(píng)價(jià)辦法。

根據(jù)由電機(jī)制造商、用戶或檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)鼠籠轉(zhuǎn)子點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果，如果所得點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)值總和>6，則應(yīng)對(duì)鼠籠轉(zhuǎn)子做老化處理和附加點(diǎn)燃試驗(yàn)： 鼠籠轉(zhuǎn)子在經(jīng)過(guò)至少5次轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)老化試驗(yàn)后，電機(jī)在爆炸性氣體混合物中進(jìn)行10次滿壓空載起動(dòng)或10次轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)(≥1s)，并確認(rèn)沒(méi)有爆炸發(fā)生。

根據(jù)由電機(jī)最終用戶、制造商或檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)定子繞組點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果，如果所得點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)值總和>6，則還需考慮增加起動(dòng)前用非易燃性氣體或潔凈空氣通風(fēng)吹掃，或設(shè)置固定式易燃?xì)怏w報(bào)警器等輔助安保措施。

舊標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2000規(guī)定的型式試驗(yàn)關(guān)鍵項(xiàng)目和要求，主要是在黑暗環(huán)境下通過(guò)肉眼或儀器觀看電機(jī)起動(dòng)時(shí)是否有火花，以及在黑暗環(huán)境下觀察正弦交流耐電壓試驗(yàn)過(guò)程中是否有明顯火花和電暈，以此判定是否合格，沒(méi)有要求應(yīng)在爆炸性環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)。顯然，舊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法有較大局限性，在過(guò)去的技術(shù)水平下，加上其他附加安全措施，基本滿足2區(qū)使用條件。基于該情況，在新標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2010的起草過(guò)程中，部分企業(yè)希望能盡快提高增安型電機(jī)行業(yè)的技術(shù)水平，提出應(yīng)與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，但當(dāng)時(shí)未涉及EPL Gc級(jí)的設(shè)備問(wèn)題。

目前，市場(chǎng)上按照標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2010生產(chǎn)的EPL Gb級(jí)高壓增安型電機(jī)仍然很少(國(guó)外少數(shù)大公司有一些產(chǎn)品，但價(jià)格高昂)，而對(duì)用于危險(xiǎn)程度較低的2區(qū)環(huán)境的EPL Gc級(jí)高壓增安型電機(jī)，目前尚無(wú)相應(yīng)技術(shù)指南。增安型電機(jī)的安全性與其設(shè)計(jì)、制造、工藝、材料、檢驗(yàn)、使用和維護(hù)等均有關(guān)系。對(duì)南陽(yáng)、佳木斯、上海、蘇州、無(wú)錫等地國(guó)內(nèi)主要高壓增安型電機(jī)制造商實(shí)地調(diào)查，并與上海石化、燕山石化等主要設(shè)備終端用戶部門(mén)專題研討發(fā)現(xiàn)： 自標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.3—2010實(shí)施以來(lái)，電機(jī)制造商按石化用戶要求研制適用于2區(qū)的增安型電機(jī)，因無(wú)EPL Gc級(jí)高壓增安型防爆技術(shù)指南而不得不按GB 3836.3—2010要求的EPL Gb級(jí)進(jìn)行。由于定子繞組要在爆炸性氣體混合物中進(jìn)行正弦交流耐電壓和電脈沖沖擊等試驗(yàn)，需要采取加強(qiáng)絕緣和放大間隙等措施，故使電機(jī)容量降低很多，技術(shù)難度加大，成本上升，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力銳減。尤其是在爆炸性氣體混合物中進(jìn)行的電脈沖沖擊試驗(yàn)，通過(guò)率很低。目前，這種情況導(dǎo)致我國(guó)增安型高壓電機(jī)的制造基本陷入停滯狀態(tài)。市場(chǎng)有需求而產(chǎn)品難于通過(guò)試驗(yàn)的現(xiàn)狀，嚴(yán)重制約著增安型高壓電機(jī)行業(yè)的發(fā)展。

3 國(guó)內(nèi)外其他2區(qū)用高壓防爆電機(jī)產(chǎn)品情況

現(xiàn)有適應(yīng)于2區(qū)危險(xiǎn)環(huán)境用電機(jī)的防爆型式主要是“nA”型(無(wú)火花型電機(jī))，對(duì)應(yīng)EPL Gc級(jí)設(shè)備。“nA”型電機(jī)在正常運(yùn)行條件下不產(chǎn)生電弧或火花，也不產(chǎn)生能夠點(diǎn)燃周圍爆炸性混合物的表面高溫或灼熱點(diǎn)，且一般不會(huì)發(fā)生有點(diǎn)燃危險(xiǎn)的故障?！皀”型電氣設(shè)備的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.8—2003[5]沒(méi)有對(duì)大型高壓電機(jī)提出特殊要求 ，該標(biāo)準(zhǔn)采用IEC 60079-15： 2001已被IEC 60079-15： 2010[6]版本所替代。最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60079-15： 2010規(guī)定了2區(qū)用“nA”型大型或高壓電機(jī)的型式試驗(yàn)主要要求： 對(duì)于額定輸出>100kW的非S1或非S2工作制的“nA”型電機(jī)，如果評(píng)價(jià)的鼠籠轉(zhuǎn)子潛在氣隙火花點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)的總和>6，則要求電機(jī)鼠籠轉(zhuǎn)子采取適當(dāng)措施，確保在起動(dòng)時(shí)外殼內(nèi)不含爆炸性氣體；對(duì)于降壓起動(dòng)的電機(jī)，限制起動(dòng)電流比IA/IN<3；也可做鼠籠轉(zhuǎn)子老化處理和點(diǎn)燃的附加試驗(yàn)： 鼠籠轉(zhuǎn)子在經(jīng)過(guò)至少5次轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)老化試驗(yàn)后，電機(jī)在爆炸性氣體混合物中進(jìn)行10次滿壓空載起動(dòng)或10次轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)(≥1s)，試驗(yàn)期間應(yīng)沒(méi)有爆炸發(fā)生。

另外，根據(jù)額定電壓等級(jí)(>1kV，其中對(duì)于ⅡA類模繞定子則為6.6kV)，對(duì)“nA”型電機(jī)定子繞組絕緣系統(tǒng)及其連接電纜，要求在爆炸性氣體混合物中進(jìn)行正弦交流耐電壓的附加試驗(yàn)，并應(yīng)確認(rèn)沒(méi)有爆炸發(fā)生。

4 EPL Gc級(jí)高壓增安型電機(jī)關(guān)鍵防爆技術(shù)分析

由于高壓電機(jī)額定電壓高于絕緣結(jié)構(gòu)的局部放電起始電壓，無(wú)論何種供電類型，其絕緣結(jié)構(gòu)表面都會(huì)發(fā)生易燃性局部放電[7]，尤其當(dāng)轉(zhuǎn)子端部繞組被污物污染時(shí)，更是如此。因此，在設(shè)計(jì)制造時(shí)需考慮電機(jī)局部放電對(duì)整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)的影響，及局部放電可能對(duì)潛在爆炸性氣體環(huán)境引燃的影響(經(jīng)驗(yàn)表明，額定電壓相-相之間 4160V 以下的電動(dòng)機(jī)，如果維護(hù)良好，一般不會(huì)由于繞組表面放電而產(chǎn)生不可接受的點(diǎn)燃危險(xiǎn))。

在正弦或脈沖電壓作用下，絕緣介質(zhì)失效特征不同。正弦電壓下絕緣介質(zhì)失效時(shí)間與頻率成線性關(guān)系[8]，過(guò)電壓較高時(shí)可起暈。而脈沖電壓則不同，隨著脈沖頻率增加放電空間電場(chǎng)強(qiáng)度減弱；電壓幅值增加和電壓上升時(shí)間減小導(dǎo)致反向電場(chǎng)作用增強(qiáng)，局部放電起始電壓降低；絕緣層數(shù)增加導(dǎo)致空間電荷累積增加。在脈沖電壓作用下絕緣老化還會(huì)出現(xiàn)“放電叢”現(xiàn)象[9]，并可造成電磁線表面針孔狀損傷或大面積炭化[8]。這些因素威脅著電機(jī)的運(yùn)行及防爆安全，當(dāng)放電能量超過(guò)周圍爆炸性氣體的引燃能量時(shí)，可能導(dǎo)致周圍危險(xiǎn)氣體爆炸。

針對(duì)2區(qū)EPL Gc級(jí)增安型高壓電機(jī)，承受正常額定電壓及其合理短時(shí)過(guò)電壓均屬正常狀態(tài)，而由過(guò)電壓引起的電暈放電可能成為潛在的連續(xù)點(diǎn)燃源。故在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)必需考慮這種影響，其考核的有效方式是在爆炸性氣體環(huán)境承受正弦交流耐電壓試驗(yàn)。對(duì)于1區(qū)EPL Gb級(jí)增安型高壓電機(jī)，根據(jù)EPL Gb級(jí)增安型設(shè)備的定義要求，除需考慮電暈放電外，還應(yīng)考慮負(fù)載切換、雷擊等狀態(tài)時(shí)電機(jī)感性負(fù)載引起的瞬時(shí)高壓擾動(dòng)脈沖影響，需進(jìn)行在爆炸性氣體環(huán)境中的正弦交流耐電壓試驗(yàn)，及在爆炸性氣體環(huán)境中的電脈沖沖擊試驗(yàn)等。

從以上國(guó)內(nèi)外關(guān)于EPL Gb級(jí)1區(qū)增安型電機(jī)與EPL Gc級(jí)2區(qū)用“nA”型電機(jī)型式試驗(yàn)項(xiàng)目及要求的對(duì)比中可看出，對(duì)EPL Gb級(jí)增安型高壓電機(jī)，要求在爆炸性氣體混合物中進(jìn)行正弦交流耐電壓、電脈沖沖擊及鼠籠轉(zhuǎn)子老化處理和點(diǎn)燃試驗(yàn)；而EPL Gc級(jí)的“nA”型高壓電機(jī)進(jìn)行型式試驗(yàn)僅是其可選方案之一，且其型式試驗(yàn)方案僅是在有條件的情況下要求做爆炸性氣體混合物中的正弦交流耐電壓和鼠籠轉(zhuǎn)子老化處理及點(diǎn)燃試驗(yàn)，不做電脈沖沖擊試驗(yàn)。

綜合上述對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分、EPL Gb級(jí)的1區(qū)增安型電機(jī)和EPL Gc級(jí)的2區(qū)用“nA”型電機(jī)防爆技術(shù)特性，可得出：(1) EPL Gb級(jí)高壓增安型防爆電機(jī)，應(yīng)執(zhí)行GB 3836.3—2010要求，適用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所1區(qū)。(2) EPL Gc級(jí)高壓增安型防爆電機(jī)，應(yīng)執(zhí)行GB 3836.3—2010要求，但可不做其中的電脈沖沖擊試驗(yàn)。

針對(duì)EPL Gc級(jí)高壓增安型防爆電機(jī)，在滿足2區(qū)用“nA”型設(shè)備安全水平不降低的同時(shí)，又保留了對(duì)電機(jī)起動(dòng)電流比IA/IN和時(shí)間tE等增安型電機(jī)的基本安全要素控制。基于以上結(jié)論的EPL Gc級(jí)高壓增安型電機(jī)的防爆試驗(yàn)要求不僅滿足2區(qū)用“nA”型電氣設(shè)備的技術(shù)要求，而且還高于n型電機(jī)的要求。

一定條件下，EPL Gc級(jí)高壓增安型防爆電機(jī)將不再必須進(jìn)行爆炸性氣體環(huán)境中的電脈沖沖擊試驗(yàn)，這將大大增加試驗(yàn)通過(guò)率。如果征得最終用戶部門(mén)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的同意，制造商還可根據(jù)電機(jī)額定功率和額定電壓、工作制式、使用條件等技術(shù)參數(shù)，參照“e”型要求，借鑒“n”型要求，在不降低2區(qū)Gc級(jí)安全水平的條件下，針對(duì)EPL Gc級(jí)電機(jī)，探討采取更為靈活的可行措施。

5 高壓增安型電機(jī)關(guān)鍵試驗(yàn)研究及試制

增安型高壓電機(jī)運(yùn)行局部放電問(wèn)題是防爆措施的難點(diǎn)(本文不論述溫升問(wèn)題)，其產(chǎn)生的放電能量很容易超過(guò)爆炸性氣體的引燃能量從而引起爆炸。故在充分分析可能產(chǎn)生局部放電部位的基礎(chǔ)上，針對(duì)高壓絕緣系統(tǒng)在爆炸性氣體環(huán)境中局部放電關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，驗(yàn)證并確認(rèn)了防局部放電的措施。

可能產(chǎn)生局部放電的部位主要有[10-12]：

(1) 繞組端子。常發(fā)生在電機(jī)繞組端部并頭連接處。

(2) 高、低阻搭接處及高阻區(qū)末端。主要由表面電阻率、高阻非線性系數(shù)和高阻區(qū)分段長(zhǎng)及總長(zhǎng)不匹配造成的高電場(chǎng)或殘余電壓引起。

(3) 線槽。定子絕緣表面和鐵心之間的氣隙中放電；槽中主絕緣和槽壁之間的氣隙中放電；繞組在靠近通風(fēng)槽口處由于存在尖銳邊緣，形成較強(qiáng)的畸變電場(chǎng)放電。

(4) 導(dǎo)體和絕緣體之間。如銅導(dǎo)體與對(duì)地絕緣的氣隙放電；繞組端部相鄰線圈氣隙中、固定線圈用支撐環(huán)與繞組接觸處氣隙、端箍支架和支撐環(huán)間的氣隙放電。

根據(jù)高壓增安型電機(jī)型式試驗(yàn)要求和高壓電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、工藝特點(diǎn)，研制了適合在爆炸性環(huán)境中開(kāi)展正弦交流耐電壓強(qiáng)度的試驗(yàn)裝置系統(tǒng)和電脈沖試驗(yàn)裝置系統(tǒng)[13]，設(shè)計(jì)、試制了代表性典型樣品進(jìn)行型式試驗(yàn)測(cè)試研究，包括： (1) 若干單組線圈；(2) 一個(gè)10kV 1/8定子模擬試驗(yàn)樣品；(3) 一個(gè)10kV 1/4定子模擬試驗(yàn)樣品；(4) 一臺(tái)6kV增安型電機(jī)定子模擬樣機(jī)；(5) 一臺(tái)6kV增安型電機(jī)模擬樣機(jī)；(6) 一 臺(tái)10kV增安型電機(jī)模擬樣機(jī)。

研究與試制中，利用Ansys有限元技術(shù)對(duì)預(yù)前結(jié)構(gòu)和電磁分析，采用最小渦流損耗設(shè)計(jì)、高品質(zhì)硅鋼疊片材料和線圈自動(dòng)化成型制造工藝等獲得符合EPL Gc級(jí)要求的高壓電機(jī)綜合性局部放電防護(hù)措施。

試驗(yàn)研究的主要對(duì)象還有： 基本絕緣結(jié)構(gòu)以環(huán)氧云母作為對(duì)地絕緣，外包高、低阻帶作為防電暈措施[14]，防暈半導(dǎo)體材料選用 0.9 ～1.1非線性高阻材料，表面電阻率取109Ω數(shù)量級(jí)，低阻區(qū)的電阻率取104Ω數(shù)量級(jí)；線圈成型真空浸漬，不同部位選用不同的絕緣介質(zhì)作為防電暈措施，鐵心槽內(nèi)用低阻防暈漆，定子線圈的直線部分采用低阻防暈帶，線圈端部采用高阻防暈帶[15]；適當(dāng)設(shè)置凸、凹槽以增加電氣間隙和爬電距離，凸筋的高度≥2.5mm，厚度應(yīng)與絕緣件機(jī)械強(qiáng)度相適應(yīng)，≥1mm；凹槽的深度與寬度都≥2.5mm；電機(jī)外殼及接線盒防護(hù)等級(jí)不低于IP54；軸承密封和軸密封方面，滾動(dòng)軸承固定部分和旋轉(zhuǎn)部件之間非摩擦密封或曲路密封的最小徑向間隙或軸向間隙≥0.05mm；摩擦密封采用低摩擦系數(shù)PTFE材料制成；在旋轉(zhuǎn)電機(jī)靜止時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子之間最小徑向單邊氣隙(mm)不小于用算式(1)計(jì)算所得值。

(1)

式中：D——轉(zhuǎn)子直徑，取75～750mm；

n——最大額定轉(zhuǎn)速，最小值取1000r/min；

b——軸承系數(shù)，滾動(dòng)軸承取1.0，滑動(dòng)軸承取1.5。

初始起動(dòng)電流與額定電流之比IA/IN<10，交流轉(zhuǎn)子或定子繞組在最高環(huán)境溫度下達(dá)到額定運(yùn)行溫度后，從開(kāi)始通過(guò)起動(dòng)電流IA起至溫度上升到極限溫度所需的時(shí)間tE>5s，并采用起動(dòng)前潔凈通風(fēng)吹掃及可燃?xì)怏w報(bào)警等輔助安全措施。

根據(jù)設(shè)備不同類別，選擇最易點(diǎn)燃濃度(體積比)的試驗(yàn)用氣體與空氣混合物： ⅡC類用(21±5)%氫氣；ⅡB類用(7.8±1)%乙烯；ⅡA類用(5.25±0.5)%丙烷。本試驗(yàn)選用(21±5)%的氫氣作為試驗(yàn)用爆炸性氣體，針對(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的不同電壓等級(jí)(6、10kV)的EPL Gc級(jí)高壓增安型電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行正弦交流耐電壓和防點(diǎn)燃等試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程未出現(xiàn)引燃現(xiàn)象，樣品在滿足2區(qū)安全要求的同時(shí)，其成本相對(duì)于同規(guī)格EPL Gb級(jí)高壓增安型電機(jī)節(jié)省近40%，且體積大大減小(接近一個(gè)機(jī)座號(hào)的減小幅度)，研究結(jié)論得到了試驗(yàn)驗(yàn)證。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文研究結(jié)果給出了針對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)用EPL Gc級(jí)高壓增安型防爆電機(jī)可行的技術(shù)理論指南： EPL Gc級(jí)高壓增安型防爆電機(jī)，應(yīng)執(zhí)行GB 3836.3—2010要求，其中可不做電脈沖試驗(yàn)。通過(guò)樣品試制和試驗(yàn)研究也驗(yàn)證了其安全性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。以該研究結(jié)論作為提案，在2012年11在全國(guó)防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC9)第五屆三次全體會(huì)議上，通過(guò)了在GB 3836.3—2010的下一次修訂中增加針對(duì)EPL Gc級(jí)高壓增安型電機(jī)可不做電脈沖試驗(yàn)的技術(shù)決議，為國(guó)家制訂相關(guān)高壓增安型電機(jī)技術(shù)指南提供了技術(shù)支撐。

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