李吉貴

(佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154005)

美國安全標準對防爆電機溫度測試要求

李吉貴

(佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154005)

主要介紹了美國安全標準UL 674中的防爆電機溫度測試方法與我國防爆標準GB3836的差異性，詳細解讀了防爆電機溫度試驗項目、試驗條件、試驗方法的不同以及試驗的溫度布控位置和環(huán)境溫度的要求等內(nèi)容。

安全;UL 674;防爆電機;溫度試驗

0 引言

2016年佳木斯防爆電機研究所和美國安全檢測實驗室(UL)簽定了認證證書，認可我方的試驗能力及出具的試驗報告和試驗結果。這方便了中國防爆電氣產(chǎn)品取得UL標志認證并更快地進入國際市場。美國安全標準為UL 674《Ⅰ類危險(分類)場所用電動機和發(fā)電機》，適用于安裝使用在Ⅰ類1級B、C和D組和Ⅱ類1級E、F和G組危險(分類)場所用的電動機、發(fā)電機、潛水非潛水污水泵和系統(tǒng)，也適用于Ⅰ類1區(qū)ⅡA、ⅡB和ⅡB組加氫的危險(分類)場所安裝和使用的防爆電氣設備。

1 試驗要求

我國防爆標準GB 3836和GB 12476等規(guī)定測定最高表面溫度的試驗應在電氣設備額定電壓的90%～110%之間、設備達到最高表面溫度時的最不利條件下進行。對于防爆Ⅰ類電氣設備，測得的最高表面溫度不應超過150℃(當電氣設備表面可能堆積煤塵時)或450℃(當電氣設備表面不會堆積煤塵時)；對于防爆Ⅱ類電氣設備，測得的最高表面溫度不應超過電氣設備上標志的溫度或溫度組別(見表1)；對于防爆Ⅲ類電氣設備，應考慮粉塵的厚度及點燃溫度，測得的最高表面溫度不應超過GB 12476標準的要求。測定結果應按額定狀態(tài)下最高環(huán)境溫度進行修正。

表1 爆炸性環(huán)境用電氣設備

美國安全標準UL 674中規(guī)定，測定最高表面溫度的試驗電壓應取電動機額定電壓范圍內(nèi)的最大值進行(詳見UL 674第27.1條)。在正?；蜻^載運行等試驗期間，電動機外表面溫度不得超過所標志的工作溫度或表2中的溫度值，美國UL 674標準與我國標準不同，它將最高表面溫度與溫度組別進行了詳細的劃分。對于防爆I類和II類條件可能同時存在的危險場所中的電動機，標出的工作溫度或溫度代碼(T-代碼)應以粉塵覆蓋試驗時獲得的溫度為準，其外表面最高溫度不得高于表3中規(guī)定的值。在美國，帶限溫度裝置的電動機，其正常負載試驗要在40℃ (104°F)環(huán)境溫度下進行試驗，如果電動機按較高溫度設計，則試驗應在該較高溫度下進行；不帶限溫裝置的電動機，應在10℃～40℃ (50°F～104°F)環(huán)境溫度下進行試驗，測定結果應按額定狀態(tài)下最高環(huán)境溫度進行修正，如果高于40℃，則試驗在額定環(huán)境溫度下進行。

表2 溫度標注

表3 最高外表面溫度-Ⅱ類場所

與我國防爆標準要求相比，美國在測試電動機最高表面溫度時，標準UL 674第29.1條要求的測試項目和運行條件較多(見表4)，更加嚴格。測試的項目和內(nèi)容如下：(1)正常溫度試驗：連續(xù)工作制的電動機要連接于發(fā)電機、測功機或其他負載設備上，電動機要在UL 674第27.1條規(guī)定的試驗電壓下，在額定滿負載或使用系數(shù)負載下運行，直到出現(xiàn)熱平衡。對于斷續(xù)工作制電動機，按額定工作周期運行，直至達到最高溫度。短時工作制電動機應該按額定工作時間運行。力矩電動機要在堵轉條件下運行。(2)運行過載試驗：電動機電路或控制電路中裝有限溫裝置的電動機，應按正常溫度試驗規(guī)定連接和運行，只是負載要緩慢逐漸增加，在接近限溫裝置起跳前最好控制升溫速率小于3℃/h，直到限溫裝置脫扣跳起。短時工作制電動機應該在額定滿負載或使用系數(shù)負載下連續(xù)運行，直到限溫裝置脫扣跳起；若限溫裝置不動作，則要逐漸增加負載，直到動作為止。(3)運行過載至燒壞試驗：不設限溫裝置的電動機，要按正常溫度試驗規(guī)定連接和運行，直到達到正常負載溫度，逐漸增加負載直至燒壞。(4)單相試驗：在電動機電路或控制電路中裝有限溫裝置的多相電動機，按正常溫度試驗規(guī)定連接和運行，直到達到正常負載溫度，接著讓電動機經(jīng)受單相運行，直到限溫裝置動作(斷開)或達到溫度穩(wěn)定為止，每相都要進行試驗。如果使用三相保護器，則沒必要每相都做試驗。(5)堵轉試驗：控制電路中設有限溫裝置的電動機應按正常溫度試驗規(guī)定運行，直到達到正常負載溫度，然后堵住電動機轉子，電動機運行直到限溫裝置打開為止。(6)72h堵轉試驗：電動機電路中設有限溫裝置的電動機要正常溫度試驗規(guī)定運行。然后堵住電動機轉子，允許帶自動復位限溫裝置的電動機斷續(xù)工作72h。帶手動復位限溫裝置的電動機，運行盡快達到最高溫度或最多運行10個工作周期，選擇用時最短者。配有熱斷路器的電動機，經(jīng)受至少三次堵轉試驗，每次試驗都使用新的斷路器。(7)堵轉耐久試驗：在電動機電路中裝有限溫裝置的電動機，連接于表2規(guī)定電壓的電源電路上。電動機外殼要通過30A熔絲管接地，然后堵住電動機轉子，選擇限溫裝置是自動操作還是手動操作來運行電動機。帶自動復位限溫裝置的電動機運行15d，電動機無永久性損傷，包括絕緣無過度老化；手動復位限溫裝置，要在操作50次后，斷開電動機電路，而電動機和限溫裝置本身均無損傷。電路每次斷開后，要以最快的速度，使限溫裝置重新接通，電動機無永久性損傷，包括絕緣未過度老化。(8)Ⅱ類場所用電動機的干燥粉塵層試驗：電動機應安裝在規(guī)定的試驗箱內(nèi)(該箱尺寸應足以使電動機在額定滿負載下達到熱平衡，而且允許試驗期間粉塵/空氣混合物在電動機周圍自由循環(huán)。用噴管將粉塵直接對準被試電機外殼的接合面和軸孔。試驗箱要設置蓋板和粉塵/空氣混合物進、出口接頭。)，暴露在循環(huán)粉塵空氣環(huán)境中，在正常負載下運行到電動機上的粉塵層穩(wěn)定為止。接著，電動機承受規(guī)定的各項試驗。在該項試驗期間，與電動機外殼接觸的粉塵不應因發(fā)熱而引燃或變色，而且電動機外殼外表面溫度不應超過表4規(guī)定的溫度。若電機用于Ⅱ類F組、G組、F組和G組、或E、F和G組危險場所，則試驗要用谷物類粉塵，若電動機僅用于Ⅱ類E組場所，試驗用鎂粉進行。(9)Ⅱ類G組場所用電動機的潮濕粉塵層試驗：應在電動機上積滿按重量計算約由45%細篩谷物粉和55%水組成的飽水粉塵。在表5規(guī)定的所有運行條件下,電動機外表面的溫度不應超過165℃(329℉)。電動機在從電路上斷開后，無論是手動斷開，還是與限溫裝置一同斷開(若配有)，在此期間不應超過要求最高溫度。試驗中，與電動機接觸的粉塵不應炭化或引燃。含水粉塵在電動機上的堆積厚度要達到干燥粉塵層溫度試驗時所達到的近似堆積深度，而且允許含水粉塵干燥。試驗要在UL 674第27.1條規(guī)定的電壓下進行。(10)Ⅱ類場所用電動機的透塵試驗：電動機要安裝在規(guī)定的試驗箱內(nèi)，在進行試驗期間，電動機要在暴露于試驗罐內(nèi)的循環(huán)粉塵空氣環(huán)境的同時，按正常溫度試驗規(guī)定運轉，然后使電動機冷卻到環(huán)境溫度。這一程序要重復6個工作周期，至少30h。電動機應該隔絕粉塵，按照粉塵顏色的變化測定與外殼接觸的粉塵應該不會點燃或者燒焦。

表4 溫度試驗

2 試驗方法

試驗前需將被試防爆電機外殼埋置熱電偶，熱電偶的接點和相鄰熱電偶引線應確保與其測量溫度的材料外表面保持良好的接觸。充分的熱接觸是通過在金屬上鉆一個小的不透孔，插入熱電偶接頭，在靠近該鉆孔處的金屬上打孔牢靠固定。相鄰熱電偶引線可使用水玻璃和硅石組成的粘接劑與外殼表面保持接觸。熱電偶裝置要安裝在電動機外殼外側的不同位置以及要求進行溫度測量的其他位置上，監(jiān)測的位置分布較多，除了監(jiān)測環(huán)溫、外殼、引接線，還對電機的繞組進行了監(jiān)測，具體位置見表5。用多通道數(shù)據(jù)記錄儀或計算機連接熱電偶實時顯示各測點溫度，并保存以時間為單位的各點溫度數(shù)據(jù)及曲線，便于查詢各個位置和各個時間點的溫度數(shù)據(jù)。

表5 電動機溫度測量位置

試驗期間，使用滿足電源品質(zhì)要求的靜止變頻電源或機組等設備，電動機與負載設備之間聯(lián)接轉矩轉速傳感器，采集輸出的轉矩、轉速、功率和輸入的電壓、電流、功率、頻率等數(shù)據(jù)。引接線與電源線之間聯(lián)接接觸器或斷路器，接觸器線圈電源與電機限溫裝置串聯(lián)，可實現(xiàn)溫控動作。正常負載試驗要在40℃ (104°F)環(huán)境溫度下進行試驗，則需要在恒溫控制室內(nèi)進行。如限于設備，也可自制恒溫箱將被試電機罩住，并留有一定的空氣交換空間，恒溫箱應設置透明的觀察窗，可隨時觀察恒溫箱內(nèi)的各種情況，恒溫箱內(nèi)應有加熱、散熱等溫控系統(tǒng)，保證電機周圍環(huán)境溫度足夠穩(wěn)定，環(huán)境溫度的測量應放置在恒溫箱內(nèi)安裝的油杯或水杯里，這樣測得的環(huán)境溫度比較穩(wěn)定和均衡。

堵轉試驗要求電動機按正常溫度試驗規(guī)定運行，直到達到正常負載溫度，然后迅速將電動機轉子堵住，此試驗非常危險，建議制作保護功能強的特殊工裝進行此項試驗，以保護人員及設備的安全。最后電動機運行直到限溫裝置打開為止。此時采集溫度等數(shù)據(jù)的保存間隔時間應盡量縮短，以便及時準確的記錄堵轉試驗溫度上升和限溫裝置動作時的試驗數(shù)據(jù)。

對于防爆電機在進行單相試驗時會出現(xiàn)供電電源側不平衡，從而可能導致供電設備缺相保護、跳閘等故障，使得單相試驗無法進行。為解決這類問題，電動機按正常規(guī)定溫度試驗運行，直到達到正常負載溫度，隨后我們立即切換電源，將三臺同規(guī)格電機同時單相運行(需事先準備好切換電路)。可以采用三臺相同規(guī)格的電機將其接成Δ接來模擬實現(xiàn)單相試驗，即每臺電機接兩相電源，最終達到三臺電機都實現(xiàn)單相運行，測量需做單相試驗的一臺電機試驗數(shù)據(jù)即可。這樣即可避免供電電源側出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，又實現(xiàn)了電機的單相運行試驗。這種做法美國檢測工程師是認可的。

用于變頻逆變器傳動裝置上的電動機，在要求的整個試驗期間應與制造廠規(guī)定的可與電動機相匹配的各種變頻器，如電壓電源變頻器(VSI)、電流電源變流器(CSI)以及脈沖寬度調(diào)制變換器(PWM)一起試驗。并記錄變頻器輸入、輸出的電壓、電流、功率、頻率等各種數(shù)據(jù)。如果能夠確定電動機與某種類型的變頻器一起試驗能反映出另一種或幾種類型變頻器一起使用時的性能，則試驗沒有必要與每種類型的逆變器一起進行。電機應在整個指定頻率范圍內(nèi)進行要求的各項溫度試驗。

3 結語

綜上所述，美國安全標準UL 674中的防爆電機溫度測試方法與我國防爆標準GB 3836、GB 12476等有一定的差異?？梢钥闯觯绹踩珮藴蔝L 674對防爆電機溫度測試的要求更加的嚴格。這樣更利于對用戶負責，也加強對生產(chǎn)廠家產(chǎn)品質(zhì)量的管理。

[1] UL 674 UL標準安全的電動馬達和發(fā)電機用于危險(分類)的位置 UL Standard For Safety Electric Motors And Generators For Use In Hazardous (Classified) Locations.

[2] IEEE 112—2004 多相感應電動機和發(fā)電機的標準測試程序 Standard test procedure for polyphase induction motors and generators.

[3] GB 3836.1—2010 爆炸性環(huán)境 第1部分：設備 通用要求 .

[4] GB 12476.1—2013 可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備第1部分：通用要求.

[5] 李冬平.防爆電氣設備的選型.防爆電機，2009.1.

Temperature Measurement Requirements of Explosion-Proof Motor in American Safety Standards

LiJigui

(Jiamusi Explosion-Proof Electric Machine Institute, Jiamusi 154005, China)

This paper chiefly introduces the difference of explosion-proof motor temperature measurement methods between American safety standard of UL 674 and China explosion-proof standard of GB 3836, describes in detail the differences between them in aspects of test item, test condition and test method, and puts forward experimental requirements of temperature monitor position and ambient temperature.

Safety；UL 674；explosion-proof motor；temperature experiment

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.01.09

TM306

B

1008-7281(2017)01-0031-05

李吉貴 男 1978年生；畢業(yè)于佳木斯大學電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)從事防爆電氣審查工作.

2016-03-07