电动机的绝缘等级及允许温升之欧阳术创编.docx

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电动机的绝缘等级及允许温升之欧阳术创编

电动机的绝缘等级及允许温升

时间：

2021.02.02

创作：

欧阳术

　　电动机的导线及槽内都要用绝缘材料，槽内所采用的绝缘材料有纸、布、绸、玻璃纤维、石棉、云母等，导线绝缘也有绝缘漆、树脂漆、环氧漆、纱包、丝包、漆包等方式，按电动机的功率大小、使用环境条件、环境温度等因素而定，具体分六级，见表1。

　　表1 电动机的绝缘等级及允许温升

　　对中小功率的电动机，绕组内（即槽内）不埋温度测量元件，所以无法得知较真实的温度值，只能从电动机外壳的温度高低来判别，这比槽内的温度要低20～30℃，日常判别电动机的温度也只能如此，具体可用棒形酒精温度计或水银温度计、表面电子测温仪、红外辐射测量仪。

允许温升的计算方法为

　　允许温升＝允许最高温度－内外温差－环境温度

　　例如，用A级绝缘材料时

　　允许温升＝［105-（20～30）-35］℃＝（40～50）℃

　　这时外壳测得的温度应是［（40～50）+35］℃＝（75～85）℃

　　电动机的温升高低与电动机的负载大小、环境温度高低、通风量的大小、实际转速高低（尤其是变频调速f＜50Hz运行时要注意）和电动机的质量好坏有直接关系，但不能超过允许最高温度，否则会加速绝缘材料的老化，甚至冒烟、烧毁。

所以在电动机运行中要经常测量，观察电动机的外壳温度的变化，切不可马虎大意。

电机绕组温度与温升的国家规定允许标准

大家都知道衡量电机发热程度是用“温升”而不是用“温度”来衡量的，当“温升”突然增大或超过最高工作温度时，说明电机已发生故障。

下面就一些基本概念给出基本说明。

　　1绝缘材料的绝缘等级

　　绝缘材料按耐热能力分为Y、A、E、B、F、H、C7个等级，其极限工作温度分别为90、105、120、130、155、180℃、及180℃以上。

　　所谓绝缘材料的极限工作温度，系指电机在设计预期寿命内，运行时绕组绝缘中最热点的温度。

根据经验，A级材料在105℃、B级材料在130℃的情况下寿命可达10年，但在实际情况下环境温度和温升均不会长期达设计值，因此一般寿命在15～20年。

如果运行温度长期超过材料的极限工作温度，则绝缘的老化加剧，寿命大大缩短。

所以电机在运行中，温度是影响绕组使用寿命的主要因素之一。

　　2温升

　　温升是电机与环境的温度差，是由电机发热引起的。

运行中的电机铁芯处在交变磁场中会产生铁损，绕组通电后会产生铜损，还有其它杂散损耗等。

这些都会使电机温度升高。

另一方面电机也会散热。

当发热与散热相等时即达到平衡状态，温度不再上升而稳定在一个水平上。

当发热增加或散热减少时就会破坏平衡，　使温度继续上升，扩大温差，则增加散热，在另一个较高的温度下达到新的平衡。

但这时的温差即温升已比以前增大了，所以说温升是电机设计及运行中的一项重要指标，标志着电机的发热程度，在运行中，如电机温升突然增大，说明电机有故障，或风道阻塞或负荷太重。

　　3温升与气温等因素的关系

　　对于正常运行的电机，理论上在额定负荷下其温升应与环境温度的高低无关，但实际上还是受环境温度等因素影响的。

（1）当气温下降时，正常电机的温升会稍许减少。

　这是因为绕组电阻R下降，铜耗减少。

温度每降1℃，R约降0.4%。

（2）对自冷电机，环境温度每增10℃，则温升增加1.5～3℃。

这是因为绕组铜损随气温上升而增加。

所以气温变化对大型电机和封闭电机影响较大。

　　（3）空气湿度每高10%，因导热改善，温升可降0.07～0.38℃，平均为0.19℃。

　　（4）海拔以1000m为标准，每升100m,温升增加温升极限值的1%。

4极限工作温度与最高允许工作温度

　　通常说A级的极限工作温度为105℃，A级的最高允许工作温度是90℃。

那么，极限工作温度与最高允许工作温度有何不同？

其实，这与测量方法有关，不同的测量方法，其反映出的数值不同，含义也不一样。

（1）温度计法其测量结果反映的是绕组绝缘的局部表面温度。

这个数字平均比绕组绝缘的实际最高温度即“最热点”低15℃左右。

该法最简单，在中、小电机现场应用最广。

（2）电阻法其测量结果反映的是整个绕组铜线温度的平均值。

该数比实际最高温度按不同的绝缘等级降低5～15℃。

该法是测出导体的冷态及热态电阻，按有关公式算出平均温升。

　　（3）埋置温度计试验时将铜或铂电阻温度计或热电偶埋置在绕组、铁心或其它需要测量预期温度最高的部件里。

其测量结果反映出测温元件接触处的温度。

大型电机常采用此法来监视电机的运行温度。

　　各种测量方法所测量到的温度与实际最高温度都有一定差值，因此需将绝缘材料的“极限工作温度”减去此差值才是“最高允许工作温度”。

　　5电机各部位的温度限度

（1）与绕组接触的铁心温升（温度计法）应不超过所接触的绕组绝缘的温升限度（电阻法），即A级为60℃，E级为75℃，B级为80℃，F级为100℃，H级为125℃。

（2）滚动轴承温度应不超过95℃，滑动轴承的温度应不超过80℃。

因温度太高会使油质发生变化和破坏油膜。

   （3）鼠笼转子表面杂散损耗很大，温度较高，一般以不危及邻近绝缘为限。

可预先刷上不可逆变色漆来估计。

　　6电机发热故障的排除

　　当电机温度超过最高工作温度或温升超过规定或温升虽然未超过规定，但在低负荷时温升突然增大时，说明电机有故障，其判断和排除方法是：

（1）在额定负荷下温升未超过温升限度，仅由于环境温度超过40℃，而使电机温度超过最大允许工作温度。

这种现象说明电机本身是正常的。

解决的办法是用人工方法使环境温度下降，如办不到，则必须减负载运行。

（2）在额定负载下温升超出铭牌规定。

　不管什么情况，均属电机有故障，必须停机检查，特别对温升突然变大更要注意。

其外部原因有：

电网电压太低或线路压降太大（超过10%），负载太重（超过10%），电机与机械配合不当；内部原因有：

单相运行、匝间短路、相间短路、定子接地、风扇损坏或未固紧、风道阻塞、轴承损坏，定转子相擦、电机与电缆接头发热（特别是铜铝或铝铝连接）、电机受腐蚀或受潮等。

此外，从理论上讲电机均可正反转，但有些电机的风扇有方向性，如反了，温升会超出许多。

总之，必须针对各种具体情况，排除故障。

★另附补充资料（各绝缘等级材料绕组温升允许值对照表）

电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。

允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。

绝缘的温度等级      A级     E级   B级   F级    H级

最高允许温度（℃）  105     120   130    155    180

绕组温升限值（K）    60      75    80    100    125

性能参考温度（℃）   80      95   100    120    145

电机温升试验

电机中绝缘材料的寿命与运行温度有密切的关系，为保证电机安全、合理的使用，需要监视与测量电机绕组、铁心等其他部分的温度。

按国家标准规定，不同绝缘等级的电机绕组有不同的允许温升，如下表所示

绝缘等级绝缘结构需用温度环境温度热点温度温升限值

A10540560

E12040575

B130401080

F1554010105

H1804015125

若超过规定值,如对B级绝缘的电机，温升每增加10度，电机的寿命将降低一半。

因此电机的温升试验，准确的测取某个部件的温度，对改进电机的设计和制造工艺，提高电机的质量是非常重要的

对电机绕组和其他各部分的温度测量，目前虽已采用不少先进技术，仍可归纳为电阻法、温度计法、埋置检温计法三种基本方法。

一、电阻法

在一定的温度范围内，电机绕组的电阻值将随着温度的上升而相应的增加，而且其阻值与温度之间存在着一定的函数关系。

根据这一原理，可以通过测定电机绕组的电阻来确定其温度，故称电阻测量法。

当绕组温度在-50~150度范围时，其温升有下式确定

Δθ=（Rf-R0）（k+θ0）/R0+θ0-θf

式中R0、θ0分别为绕组的实际冷态电阻和环境温度；Rf、θf分别为绕组热态式电阻和环境温度；k为常数，对铜绕组为235，对铝绕组225

如果不能采用带电测量装置，可采用较先进的快捷、准确、数字显示的各种毫欧表或微欧计等直流电阻测量仪。

其基本工作原理是采用高准确度、高稳定度的恒流电源所产生的直流电流通到被测电阻上，则电阻两端的电压降将严格的按照电阻值变化

二、温度计法

对电机中不能采用电阻法测量的部位，如定子铁心，轴承及冷却介质等，可采用温度计法来测量。

温度计法是用温度计贴附在可接触的表面来测量温度，所测得的温度是被测点的表面温度。

为了减小误差，从被测点到温度计的热传导尽可能的良好，将温度计球面部分用绝热材料覆盖，以免周围冷却介质的影响。

温度计除包括水银、酒精等膨胀式温度计外，也包括半导体温度计及非埋置的热电耦或电阻温度计。

在电机中存在交变磁场的部分，不可采用水银温度计，因为交变磁场在水银中产生涡流会发热，以致影响测量的准确性。

三、埋置检温计法

埋置检温计法是讲电阻检温计、热电耦或半导体热敏元件埋植于电机内部不能触及的部位，如定子绕组的槽部和铁心内等，经连接导线引到电机外的二次仪表，从而测定温度值。

在测量时应控制测量电流的大小和通电时间，以免因测量电流引起的发热而带来误差。

每个检测元件应与被检测点表面紧密相贴，以有效的防止测温元件受到冷却介质的影响。

此法所测温度为测点的局部温度。

一般检温计应埋置于预计的最热处，对电机的绕组温度，其数目应不少于6个。

也可用于监视局部温升状况。

电动机

三相异步电动机工作原理：

根据电磁感应原理

三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。

按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。

笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。

绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。

调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。

一、人们根据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定了7个允许的最高温度，按照温度大小排列分别为：

Y、A、E、B、F、H和C。

它们的允许工作温度分别为：

90、105、120、130、155、180和180℃以上。

因此，B级绝缘说明的是该发电机采用的绝缘耐热温度为130℃。

使用者在发电机工作时应该保证不使发电机绝缘材料超过该温度才能保证发电机正常工作。

二、一般巡检的方法

巡检的一般方法有：

1、眼看：

用双目来测视设备看得见的部位，观察其外表变化来发现异常现象，是巡视检查最基本的方法，如标色设备漆色的变化、裸金属色泽，充油设备油色等的变化、渗漏，设备绝缘的破损裂纹、污秽等。

2、耳听：

带电运行的设备，不论是静止的还是旋转的，在交流电压的作用下，有很多都能发出表明其运行状况的声音。

变压器正常运行时，平稳、均匀、低沉的"嗡嗡"声是我们所熟悉的，这是交变磁场反复作用振动的结果。

工作人员随着经验和知识的积累，只要熟练地掌握了这些设备正常运行时的声音情况，遇有异常时，用耳朵或借助听音器械（如听针），就能通过它们的高低、节奏、声色的变化、杂音的强弱来判断电气设备的运行状况。

3、鼻嗅：

鼻子是人的一个向导，对于某些气味（如绝缘烧损的焦糊味）的反映，比用某些自动仪器还灵敏的多。

嗅觉功能因人而异，但对于电气设备有机绝缘材料过热所产生的气味，正常人都是可以辨别的。

在巡检过程中，一旦嗅到绝缘烧损的焦糊味，应立即寻找发热元件的具体部位，判别其严重程度，如是否冒烟、变色及有无异音异状，从而对症查处。

4、用手触试：

用手触试电气设备来判断缺陷和故障虽然是一种必不可少的方法，但必须强调的是，必须分清可触摸的界限和部位，明确禁止用手触试的部位，比如用手背轻触设备，触试前要明确设备不带电且要有良好的接地。

1）对于一次设备，用手触试检查之前，应当首先考虑安全方面的问题，例如，对带电运行设备的外壳和其他装置，需要触试检查温度时，先要检查其接地是否良好，同时还应站好位置，注意保持与设备带电部位的安全距离。

2）对于二次设备的检查，如感应继电器等元件是否发热，非金属外壳的可以直接用手摸，对于金属外壳的接地确实良好的，也可以用手触试检查。

5、使用仪器检查：

巡检设备使用的点检仪，主要组成部分是红外线测温仪（利用一种灵敏度较高的热敏感应辐射元件，检测由被测物反射来的红外线来确定温度）。

电气设备绝缘故障大多是在带电状态下由于过热老化引起的，利用红外线测温仪对设备各强流接触部位进行测试，可以及时发现过热异常情况。

三、电动机的日常巡检项目

1、电动机的发热情况

运行中的电动机温度超过其允许值时，即便不烧坏电机，也要损绝缘，使电机寿命缩短。

以下是常用电动机运行允许温升表：

温度=温升+周围空气温度

温升=温度-周围空气温度

电动机部件

绝缘等级

环境温度（℃）

允许温升（用温度计法测出）（℃）

允许温度（用温度计法测出）（℃）

定子绕组

A

35

60

95

铁芯

A

35

65

100

滚动轴承

A

35

60

95

定子绕组

B

35

75

110

定子绕组

B

40

65

105

铁芯

B

40

75

115

绝缘等级相对应的温度：

Y-90，A-105，E-120，B-130，F-155，H-180，C-180以上

2、注意电动机的振动情况

一般是测轴承附近的机座或端盖上，振动的标准值与转速有关，3000转/分-0.050mm,1500转/分-0.085mm，1000转/分-0.100mm，750转/分及以下-0.120mm，电动机振动过大，必须详细检查基础是否牢固，地脚螺丝是否松动，皮带轮或联轴器是否松动等。

有时振动是由转子不正常而引起的，也有因短路等引起的，应详细查找原因，设法消除。

3、电动机电流值

电动机的额定电流值是指室温为35℃时的数值。

电动机电流不允许超过其额定电流值，否则电动机定子线圈将因过热而损坏。

电动机散热一般随气温增高而恶化，气温下降而改善，相应地电动机额定电流也随之变动。

如表：

周围空气温度（℃）

额定电流降低（－）增加（+）（%）

20以下

+8

30

+5

35

0

40

-5

45

-10

50

-15

4、注意电源电压变化情况

电源电压的变化是影响电动机发热的原因之一。

电源电压增高，则电动机电流增大，发热增加；电源电压过低，当负荷不变时，则电流又要增大，定子线圈也会增加发热。

一般在电动机出力不变的情况下，允许电源电压在+10—-5%范围内变化。

如下表：

电压增减

起动转矩及最大转矩

转差

满载转数

满载效率

功率因数

满载电流

起动电流

温度（℃）

比额定电压高10%

增21%

减17%

增1%

增1%

减3%

减7%

增10%

增4%

比额定电压低10%

减19%

增23%

减2%

减2%

增11%

增11%

减10%

增7%

5、注意三相电压和三相电流的不平衡程度

三相电压的不平衡也会引起电动机的额外发热。

其不平衡程度在额定功率下，允许相间电压差不大于5%；电动机三相电压不平衡，电流也要出现相应地不平衡；或者由于定子绕组三相阻抗的不相等，也会造成电流的不平衡。

电动机三相电流的不平衡不是由电压引起的，而是表明电动机有故障或定子绕组有层间短路现象。

一般三相电动机电流的不平衡程度不允许大于10%，严重的不平衡，一般是由线路缺相引起的。

6、注意电动机的声音和气味

电动机正常运行时声音应均匀，无杂音和特殊声音。

如声音不正常，可能有下述几种情况：

1）大嗡嗡声，说明电流过量，可能是超负荷或三相电流不平衡引起的，特别是电动机单相运行时，声音更大。

2）咕碌咕碌声，可能是轴承滚珠损坏而产生的声音。

3）不均匀的碰擦声，可能是扫膛声，应立即处理。

在电动机的运行中，有时会因超负荷时间过久，以致绕组发生绝缘损坏，就可以嗅到一种特殊的绝缘漆味，当发现电动机的特殊声音和异味后，应立即停机检查，找出原因，消除缺陷，才能继续运行。

除了上述各项外，电动机在运行中还应注意其通风情况和周围环境的清洁，经及电刷、轴承的工作状况和发热情况等。

比如对轴承的维护可从以下几方面进行：

判别电机轴承的好坏听声音很重要：

1）正常的轴承音：

较纯的金属音，没有波动的连续音。

球轴承频率高声音尖；滚子轴承多少有咕噜音混杂在内，对运行无影响。

2）轴承保持器声音：

轴承的滚子或球与保持器的旋转产生轻微的叽哩叽哩的音色，含有与旋转速度无关的金属音。

尤其长期停止后，以及采用了较大径向游隙（C3或C4）轴承的高速电机运转时更能听到。

长期停止后的情况下，滚子或球与保持器之间补少量的指定润滑油会消失或变小。

这是正常的。

3）落滚音：

横轴电机的情况下，保持器与滚子间的间隙同轴承的半径方向的间隙有关，动转中的轴承的顶部附近非负荷圈的滚子比保持器的旋转快，且重力落下打到保持器上产生。

该音在额定转速附近听不到，低速时能听到，这也是正常音。

4）咯吱咯吱音：

滚子轴承（尤其内径90㎜以上时）多见，像碾滚子那样咯吱的声音，有时听到咯噜咯噜的声音。

同时，轴承架及框架产生反响会听得很大，有时会怀疑为电动机内部的固定部分与旋转部接触产生的较大的声音。

该声音是由于与负荷无关的非负荷圈滚子的不规则运动产生，轴承的半径方向间隙与润滑状态等关系所致。

咯吱咯吱音在润滑状态不好时容易产生，以及润滑油变硬的冬季长期停止后的开始运转多见，可补油消失，不为轴承缺陷，继续运行还出现可定期补油消除，但是如果振动，温度同时有变化的话，则要考虑更换轴承。

5）轴承的伤音：

多是轴承的转动面、球、滚子、等的表面有伤、缺陷造成。

其周期与旋转速度成比例。

高速运转中，大多伴有振动，可从停止之前声音周期变长发现。

有时通过静静地转动转子，在特定的位置也能听到并发现。

该缺陷在轴承的制作、电动机的组装、运输等多方面产生，需换掉。

6）轴承杂音：

该音是轴承的滚子、球与转动面之间进入了脏物产生，声音的大小不规则变化，与旋转速度没有关系。

此时更换轴承要进行仔细清洗。

7）轴承的振动要符合国家标准，以电机转速而定。

8）轴承的温度：

在运行中要测定外侧轴承罩的温度关记录，原则上95℃为报警，105℃为跳闸。

故从以上分析可看出，要有计划地进行电机维护与检查，早期发现异常有益于防止事故。

307变电站高压电机保护定值

10KV电动机保护（70KW）

保护名称

PDS-766A

电动机保护

改变后定值

说明事项

序号

单位

简要说明

PT变比

10/0.1

保护范围及灵敏度

CT变比

75/5

1

电流速断

电流速断高值

6.01A

电流速断低值

4.34A

2

过流

过流定值

1.28A

过流时间

0.6S

3

过负荷

过负荷电流

0.85A

时间

10S

报警

4

负序电流

负序过流

0.49A

负序过流时间

0.6S

5

堵转保护

堵转电流

1.18A

时间

1S

6

低电压保护

低电压定值

65V

时间

0.5S

水环压缩机保护（250KW）

保护名称

PDS-766A

电动机保护

改变后定值

说明事项

序号

单位

简要说明

PT变比

10/0.1

保护范围及灵敏度

CT变比

75/5

1

电流速断

电流速断高值

11.75A

额定电流1.106A，启动时间5S（锁定）

电流速断低值

8.48A

2

过流

过流定值

2.51A

过流时间

0.6S

3

过负荷

过负荷电流

1.66A

时间

10S

报警

4

负序电流

负序过流

0.95A

负序过流时间

0.6S

5

堵转保护

堵转电流

2.31A

时间

1S

6

低电压保护

低电压定值

65V

时间

0.5S

10KV电动机保护（280KW）

保护名称

MMPR-310HB-3

电动机保护

改变后定值

说明事项

序号

单位

简要说明

PT变比

10/0.1

保护范围及灵敏度

CT变比

75/5

1

电流速断

电流速断高值

13.4A

额定电流1.353A

启动时间5S（锁定）

电流速断低值

9.68A

2

过流

过流定值

2.87A

过流时间

0.6S

3

过负荷

过负荷电流

1.89A

时间

10S

4

负序电流

负序过流

1.08A

负序过流时间

0.6S

5

堵转保护

堵转电流

2.64A

时间

1S

跳闸

6

低电压保护

低电压定值

65V

时间

0.5S

10KV电动机保护（315KW）

保护名称

PDS-766A

电动机保护

改变后定值

说明事项

序号

单位

简要说明

PT变比

10/0.1

保护范围及灵敏度

CT变比

75/5

1

电流速断

电流速断高值

15.51A

电流速断低值

11.2A

2

过流

过流定值

3.32A

过流时间

0.6S

3

过负荷

过负荷电流

2.2A

时间

10S

4

负序电流

负序过流

1.25A

负序过流时间

0.6S

5

堵转保护

堵转电流

3.06A

时间

1S

报警

6

低电压保护

低电压定值

65V

时间

0.5S

10KV电动机保护（355KW）

保护名称

PDS-766A电动机保护

改变后定值

说明事项

序号

单位

简要说明

PT变比

10/0.1

保护范围及灵敏度

CT变比

75/5

1

电流速断

电流速断高值

17.42A

电流速断低值

12.58A

2

过流

过流定值

3.73A

过流时间

0.6S

3

过负荷

过负荷电流

2.46A

时间

10S

报警

4

负序电流

负序过流

1.41A

负序过流时间

0.6S

5

堵转保护

堵转电流

3.43A

时间

1S

6

低电压保护

低电压定值

65V

时间

0.5S

10KV电动机保护（400KW）

保护名称

MMPR-310HB-3

电动机保护

改变后定值

说明事项

序号

单位

简要说明

PT变比

10/0.1

保护范围及灵敏度

CT变比

75/5

1

电流速断

电流速断高值

19.07A

额定电流1.927A

启动时间5S（锁定）

电流速断低值

13.78A

2

过流

过流定值

4.08A

过流时间

0.6S

3

过负荷

过负荷电流

2.7A

时间

10S

4

负序电流

负序过流

1.54A

负序过流时间

0.6S

5

堵转保护

堵转电流

3.76A