美國安全標(biāo)準(zhǔn)對防爆電機(jī)溫度測試要求

李吉貴

(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯154005)

美國安全標(biāo)準(zhǔn)對防爆電機(jī)溫度測試要求

李吉貴

(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯154005)

主要介紹了美國安全標(biāo)準(zhǔn)UL 674中的防爆電機(jī)溫度測試方法與我國防爆標(biāo)準(zhǔn)GB3836的差異性，詳細(xì)解讀了防爆電機(jī)溫度試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法的不同以及試驗(yàn)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(jī);溫度試驗(yàn)

0 引言

2016年佳木斯防爆電機(jī)研究所和美國安全檢測實(shí)驗(yàn)室(UL)簽定了認(rèn)證證書，認(rèn)可我方的試驗(yàn)?zāi)芰俺鼍叩脑囼?yàn)報告和試驗(yàn)結(jié)果。這方便了中國防爆電氣產(chǎn)品取得UL標(biāo)志認(rèn)證并更快地進(jìn)入國際市場。美國安全標(biāo)準(zhǔn)為UL 674《Ⅰ類危險(分類)場所用電動機(jī)和發(fā)電機(jī)》，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(jī)、發(fā)電機(jī)、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(shè)備。

1 試驗(yàn)要求

我國防爆標(biāo)準(zhǔn)GB 3836和GB 12476等規(guī)定測定最高表面溫度的試驗(yàn)應(yīng)在電氣設(shè)備額定電壓的90%～110%之間、設(shè)備達(dá)到最高表面溫度時的最不利條件下進(jìn)行。對于防爆Ⅰ類電氣設(shè)備，測得的最高表面溫度不應(yīng)超過150℃(當(dāng)電氣設(shè)備表面可能堆積煤塵時)或450℃(當(dāng)電氣設(shè)備表面不會堆積煤塵時)；對于防爆Ⅱ類電氣設(shè)備，測得的最高表面溫度不應(yīng)超過電氣設(shè)備上標(biāo)志的溫度或溫度組別(見表1)；對于防爆Ⅲ類電氣設(shè)備，應(yīng)考慮粉塵的厚度及點(diǎn)燃溫度，測得的最高表面溫度不應(yīng)超過GB 12476標(biāo)準(zhǔn)的要求。測定結(jié)果應(yīng)按額定狀態(tài)下最高環(huán)境溫度進(jìn)行修正。

表1 爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備

美國安全標(biāo)準(zhǔn)UL 674中規(guī)定，測定最高表面溫度的試驗(yàn)電壓應(yīng)取電動機(jī)額定電壓范圍內(nèi)的最大值進(jìn)行(詳見UL 674第27.1條)。在正?；蜻^載運(yùn)行等試驗(yàn)期間，電動機(jī)外表面溫度不得超過所標(biāo)志的工作溫度或表2中的溫度值，美國UL 674標(biāo)準(zhǔn)與我國標(biāo)準(zhǔn)不同，它將最高表面溫度與溫度組別進(jìn)行了詳細(xì)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(jī)，標(biāo)出的工作溫度或溫度代碼(T-代碼)應(yīng)以粉塵覆蓋試驗(yàn)時獲得的溫度為準(zhǔn)，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(jī)，其正常負(fù)載試驗(yàn)要在40℃ (104°F)環(huán)境溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，如果電動機(jī)按較高溫度設(shè)計，則試驗(yàn)應(yīng)在該較高溫度下進(jìn)行；不帶限溫裝置的電動機(jī)，應(yīng)在10℃～40℃ (50°F～104°F)環(huán)境溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，測定結(jié)果應(yīng)按額定狀態(tài)下最高環(huán)境溫度進(jìn)行修正，如果高于40℃，則試驗(yàn)在額定環(huán)境溫度下進(jìn)行。

表2 溫度標(biāo)注

表3 最高外表面溫度-Ⅱ類場所

與我國防爆標(biāo)準(zhǔn)要求相比，美國在測試電動機(jī)最高表面溫度時，標(biāo)準(zhǔn)UL 674第29.1條要求的測試項(xiàng)目和運(yùn)行條件較多(見表4)，更加嚴(yán)格。測試的項(xiàng)目和內(nèi)容如下：(1)正常溫度試驗(yàn)：連續(xù)工作制的電動機(jī)要連接于發(fā)電機(jī)、測功機(jī)或其他負(fù)載設(shè)備上，電動機(jī)要在UL 674第27.1條規(guī)定的試驗(yàn)電壓下，在額定滿負(fù)載或使用系數(shù)負(fù)載下運(yùn)行，直到出現(xiàn)熱平衡。對于斷續(xù)工作制電動機(jī)，按額定工作周期運(yùn)行，直至達(dá)到最高溫度。短時工作制電動機(jī)應(yīng)該按額定工作時間運(yùn)行。力矩電動機(jī)要在堵轉(zhuǎn)條件下運(yùn)行。(2)運(yùn)行過載試驗(yàn)：電動機(jī)電路或控制電路中裝有限溫裝置的電動機(jī)，應(yīng)按正常溫度試驗(yàn)規(guī)定連接和運(yùn)行，只是負(fù)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(jī)應(yīng)該在額定滿負(fù)載或使用系數(shù)負(fù)載下連續(xù)運(yùn)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(fù)載，直到動作為止。(3)運(yùn)行過載至燒壞試驗(yàn)：不設(shè)限溫裝置的電動機(jī)，要按正常溫度試驗(yàn)規(guī)定連接和運(yùn)行，直到達(dá)到正常負(fù)載溫度，逐漸增加負(fù)載直至燒壞。(4)單相試驗(yàn)：在電動機(jī)電路或控制電路中裝有限溫裝置的多相電動機(jī)，按正常溫度試驗(yàn)規(guī)定連接和運(yùn)行，直到達(dá)到正常負(fù)載溫度，接著讓電動機(jī)經(jīng)受單相運(yùn)行，直到限溫裝置動作(斷開)或達(dá)到溫度穩(wěn)定為止，每相都要進(jìn)行試驗(yàn)。如果使用三相保護(hù)器，則沒必要每相都做試驗(yàn)。(5)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)：控制電路中設(shè)有限溫裝置的電動機(jī)應(yīng)按正常溫度試驗(yàn)規(guī)定運(yùn)行，直到達(dá)到正常負(fù)載溫度，然后堵住電動機(jī)轉(zhuǎn)子，電動機(jī)運(yùn)行直到限溫裝置打開為止。(6)72h堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)：電動機(jī)電路中設(shè)有限溫裝置的電動機(jī)要正常溫度試驗(yàn)規(guī)定運(yùn)行。然后堵住電動機(jī)轉(zhuǎn)子，允許帶自動復(fù)位限溫裝置的電動機(jī)斷續(xù)工作72h。帶手動復(fù)位限溫裝置的電動機(jī)，運(yùn)行盡快達(dá)到最高溫度或最多運(yùn)行10個工作周期，選擇用時最短者。配有熱斷路器的電動機(jī)，經(jīng)受至少三次堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，每次試驗(yàn)都使用新的斷路器。(7)堵轉(zhuǎn)耐久試驗(yàn)：在電動機(jī)電路中裝有限溫裝置的電動機(jī)，連接于表2規(guī)定電壓的電源電路上。電動機(jī)外殼要通過30A熔絲管接地，然后堵住電動機(jī)轉(zhuǎn)子，選擇限溫裝置是自動操作還是手動操作來運(yùn)行電動機(jī)。帶自動復(fù)位限溫裝置的電動機(jī)運(yùn)行15d，電動機(jī)無永久性損傷，包括絕緣無過度老化；手動復(fù)位限溫裝置，要在操作50次后，斷開電動機(jī)電路，而電動機(jī)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(jī)無永久性損傷，包括絕緣未過度老化。(8)Ⅱ類場所用電動機(jī)的干燥粉塵層試驗(yàn)：電動機(jī)應(yīng)安裝在規(guī)定的試驗(yàn)箱內(nèi)(該箱尺寸應(yīng)足以使電動機(jī)在額定滿負(fù)載下達(dá)到熱平衡，而且允許試驗(yàn)期間粉塵/空氣混合物在電動機(jī)周圍自由循環(huán)。用噴管將粉塵直接對準(zhǔn)被試電機(jī)外殼的接合面和軸孔。試驗(yàn)箱要設(shè)置蓋板和粉塵/空氣混合物進(jìn)、出口接頭。)，暴露在循環(huán)粉塵空氣環(huán)境中，在正常負(fù)載下運(yùn)行到電動機(jī)上的粉塵層穩(wěn)定為止。接著，電動機(jī)承受規(guī)定的各項(xiàng)試驗(yàn)。在該項(xiàng)試驗(yàn)期間，與電動機(jī)外殼接觸的粉塵不應(yīng)因發(fā)熱而引燃或變色，而且電動機(jī)外殼外表面溫度不應(yīng)超過表4規(guī)定的溫度。若電機(jī)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(yàn)要用谷物類粉塵，若電動機(jī)僅用于Ⅱ類E組場所，試驗(yàn)用鎂粉進(jìn)行。(9)Ⅱ類G組場所用電動機(jī)的潮濕粉塵層試驗(yàn)：應(yīng)在電動機(jī)上積滿按重量計算約由45%細(xì)篩谷物粉和55%水組成的飽水粉塵。在表5規(guī)定的所有運(yùn)行條件下,電動機(jī)外表面的溫度不應(yīng)超過165℃(329℉)。電動機(jī)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(yīng)超過要求最高溫度。試驗(yàn)中，與電動機(jī)接觸的粉塵不應(yīng)炭化或引燃。含水粉塵在電動機(jī)上的堆積厚度要達(dá)到干燥粉塵層溫度試驗(yàn)時所達(dá)到的近似堆積深度，而且允許含水粉塵干燥。試驗(yàn)要在UL 674第27.1條規(guī)定的電壓下進(jìn)行。(10)Ⅱ類場所用電動機(jī)的透塵試驗(yàn)：電動機(jī)要安裝在規(guī)定的試驗(yàn)箱內(nèi)，在進(jìn)行試驗(yàn)期間，電動機(jī)要在暴露于試驗(yàn)罐內(nèi)的循環(huán)粉塵空氣環(huán)境的同時，按正常溫度試驗(yàn)規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)，然后使電動機(jī)冷卻到環(huán)境溫度。這一程序要重復(fù)6個工作周期，至少30h。電動機(jī)應(yīng)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(yīng)該不會點(diǎn)燃或者燒焦。

表4 溫度試驗(yàn)

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前需將被試防爆電機(jī)外殼埋置熱電偶，熱電偶的接點(diǎn)和相鄰熱電偶引線應(yīng)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(jī)外殼外側(cè)的不同位置以及要求進(jìn)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(jī)的繞組進(jìn)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(jī)連接熱電偶實(shí)時顯示各測點(diǎn)溫度，并保存以時間為單位的各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)及曲線，便于查詢各個位置和各個時間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。

表5 電動機(jī)溫度測量位置

試驗(yàn)期間，使用滿足電源品質(zhì)要求的靜止變頻電源或機(jī)組等設(shè)備，電動機(jī)與負(fù)載設(shè)備之間聯(lián)接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，采集輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)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(jī)限溫裝置串聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)溫控動作。正常負(fù)載試驗(yàn)要在40℃ (104°F)環(huán)境溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，則需要在恒溫控制室內(nèi)進(jìn)行。如限于設(shè)備，也可自制恒溫箱將被試電機(jī)罩住，并留有一定的空氣交換空間，恒溫箱應(yīng)設(shè)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(yīng)有加熱、散熱等溫控系統(tǒng)，保證電機(jī)周圍環(huán)境溫度足夠穩(wěn)定，環(huán)境溫度的測量應(yīng)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(zhuǎn)試驗(yàn)要求電動機(jī)按正常溫度試驗(yàn)規(guī)定運(yùn)行，直到達(dá)到正常負(fù)載溫度，然后迅速將電動機(jī)轉(zhuǎn)子堵住，此試驗(yàn)非常危險，建議制作保護(hù)功能強(qiáng)的特殊工裝進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，以保護(hù)人員及設(shè)備的安全。最后電動機(jī)運(yùn)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(yīng)盡量縮短，以便及時準(zhǔn)確的記錄堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)溫度上升和限溫裝置動作時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

對于防爆電機(jī)在進(jìn)行單相試驗(yàn)時會出現(xiàn)供電電源側(cè)不平衡，從而可能導(dǎo)致供電設(shè)備缺相保護(hù)、跳閘等故障，使得單相試驗(yàn)無法進(jìn)行。為解決這類問題，電動機(jī)按正常規(guī)定溫度試驗(yàn)運(yùn)行，直到達(dá)到正常負(fù)載溫度，隨后我們立即切換電源，將三臺同規(guī)格電機(jī)同時單相運(yùn)行(需事先準(zhǔn)備好切換電路)?？梢圆捎萌_相同規(guī)格的電機(jī)將其接成Δ接來模擬實(shí)現(xiàn)單相試驗(yàn)，即每臺電機(jī)接兩相電源，最終達(dá)到三臺電機(jī)都實(shí)現(xiàn)單相運(yùn)行，測量需做單相試驗(yàn)的一臺電機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)即可。這樣即可避免供電電源側(cè)出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，又實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的單相運(yùn)行試驗(yàn)。這種做法美國檢測工程師是認(rèn)可的。

用于變頻逆變器傳動裝置上的電動機(jī)，在要求的整個試驗(yàn)期間應(yīng)與制造廠規(guī)定的可與電動機(jī)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(yàn)。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(jī)與某種類型的變頻器一起試驗(yàn)?zāi)芊从吵隽硪环N或幾種類型變頻器一起使用時的性能，則試驗(yàn)沒有必要與每種類型的逆變器一起進(jìn)行。電機(jī)應(yīng)在整個指定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行要求的各項(xiàng)溫度試驗(yàn)。

3 結(jié)語

綜上所述，美國安全標(biāo)準(zhǔn)UL 674中的防爆電機(jī)溫度測試方法與我國防爆標(biāo)準(zhǔn)GB 3836、GB 12476等有一定的差異?？梢钥闯?，美國安全標(biāo)準(zhǔn)UL 674對防爆電機(jī)溫度測試的要求更加的嚴(yán)格。這樣更利于對用戶負(fù)責(zé)，也加強(qiáng)對生產(chǎn)廠家產(chǎn)品質(zhì)量的管理。

[1] UL 674 UL標(biāo)準(zhǔn)安全的電動馬達(dá)和發(fā)電機(jī)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(yīng)電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備 通用要求 .

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

[5] 李冬平.防爆電氣設(shè)備的選型.防爆電機(jī)，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(xué)電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)從事防爆電氣審查工作.

2016-03-07