手段三:绝缘材料与绕组——把"老化"管起来

增安设备的安全周期由绝缘寿命决定。隔爆壳裂了肉眼可见,绝缘老化了却悄无声息——直到某天的漏电、匝间短路或对地击穿。所以增安标准把大量篇幅花在"绝缘的老化速率"上:材料要够耐热、绕组要够密实、温度裕量要够大。本篇讲绝缘材料(4.6)和绕组(4.7)的设计方法。

系列 增安设计思维 · 04/07阅读 约 10 分钟对应标准 GB/T 3836.3-2021 第 4.6、4.7 条,表 4;GB/T 11021(耐热等级)

一、固体绝缘材料(4.6):TI/RTI 是硬通货

热稳定性是核心门槛:固体绝缘材料须有长期耐热数据——

  • TI(耐热指数)/ RTI(相对热指数)(按 GB/T 11021 或 UL 746 体系):材料在指定寿命(通常 2 万小时)下能承受的温度指数;
  • 对 eb:材料的热稳定性须至少比设备最高工作温度高 20 K,且不低于 80 ℃;
  • 对 ec:至少等于最高工作温度(2 区档位要求相应放宽)。

算例:某 eb 端子箱内部最高工作温度评估为 105 ℃,则端子座、绝缘支撑件的材料 TI ≥ 125 ℃(105+20)——选 PA66(TI 约 125 ℃档)刚好卡线,建议上探一档或降热设计。卡线选材是增安产品的隐性风险:材料 TI 数据各厂家批次有离散,设计留 10~20 K 余量是行业惯例。

除了热稳定性,材料还要满足第 3 篇的 CTI 分级,并经受型式试验中的介电强度考核(第 6.1 条)。

标准条款卡片
标准条款卡片 GB/T 3836.3-2021 第 4.6 条(固体电气绝缘材料):绝缘材料应有与用途相符的热稳定性(TI/RTI 依据);"eb"级的材料热稳定性至少比最高工作温度高 20 K 且最低 80 ℃;"ec"级按其温度条件执行。

二、绕组(4.7):增安电机的命根子

绕组是增安链条上最脆弱的一环——漆包线漆膜只有几十微米,还常年泡在高温和电场里。4.7 对绕组(主要针对 eb)的核心要求:

  1. 漆包线等级匹配:漆包线耐热等级(如 155 级/180 级)与设计热点温度匹配,且留出裕量;
  2. 机械保护:绕组端部绑扎固定,防振动磨蹭破坏漆膜;
  3. 浸渍工艺:绕组须真空浸渍(或等效工艺)——浸渍填满匝间空隙,隔绝潮气,固定导体。这是增安绕组与普通工业绕组最大的工艺差异,认证工厂检查时浸渍工艺记录是必查项;
  4. ec 简化:ec 不附加绕组特殊要求(按工业标准即可)——但 2 区电机仍建议参照执行,一份工艺文档同时覆盖两个市场。

三、极限温度表(表 4):绕组的"体温表"

表 4 给出各耐热等级绝缘绕组在正常状态与 tE 时间终了状态下的极限温度(以常用等级摘录,电阻法):

耐热等级 A(105) E(120) B(130) F(155) H(180)
正常运行(其他绕组,电阻法) 90 ℃ 105 ℃ 110 ℃ 130 ℃ 145 ℃
正常运行(单层绕组) 95 ℃ 110 ℃ 120 ℃ 150 ℃ 165 ℃
tE 时间终了时(仅 eb) 160 ℃ 175 ℃ 185 ℃ 210 ℃ 235 ℃

读表三要点:

  1. "正常运行"的温度低于耐热等级标称值——B 级(130)绕组正常运行只许到 110~120 ℃:标称等级是材料能力,标准额外扣掉了安全裕量;
  2. 单层绕组允许更热(散热条件好、匝间电压分布单纯);
  3. tE 终了温度是"短时极限":堵转这类短时工况允许冲到更高温度(B 级 185 ℃),前提是保护装置在 tE 时间内断电——下一篇专门讲。

温度测定方法(附录 A):电阻法(测平均温度)与温度计法/嵌入式传感器(测局部)各有适用,报告里必须注明方法——不同方法对应表 4 不同行,混用是常见错误。

绝缘系统的温度坐标系
图 4-1|绝缘系统的温度坐标系

四、客户落地清单(本篇相关)

  1. 材料台账:所有固体绝缘件的牌号、TI/RTI、CTI 数据归档,无数据的送测;
  2. 绕组工艺文件:漆包线规格、绑扎方式、浸渍工艺参数(树脂牌号、真空度、温度曲线)——进工厂质量体系;
  3. 热设计书:预估热点温度 → 选耐热等级 → 对照表 4 留裕量;
  4. 测温度方法说明:电阻法/温度计法/嵌入式传感器的选择依据(对应表 4 的行);
  5. 超温工况评审:过载、堵转(eb)下的温度路径,衔接下一篇 tE。

本篇小结

  • 固体绝缘看 TI/RTI + CTI 双指标,eb 的热稳定性要高出最高工作温度 20 K 且 ≥80 ℃;
  • 绕组四件事:漆包线等级、端部绑扎、真空浸渍(工艺命根子)、ec 简化但建议参照;
  • 表 4 的坐标系:正常运行 < 耐热等级标称 < tE 终了,三层温度各有含义;
  • 温度测定方法必须与表 4 行对应,报告中注明。

下期预告:第 5 篇《手段四:极限温度与 tE 时间》——tE 是什么?启动电流比和它什么关系?为什么"tE 曲线"是增安电机的灵魂图?全系列最核心的计算篇。下一篇见。


参考资料 1. GB/T 3836.3-2021 第 4.6、4.7 条及表 4、附录 A 2. GB/T 11021(电气绝缘材料耐热性分级)

免责声明:本文为科普介绍,表 4 摘录值为常用等级的电阻法典型值,完整数据(含温度计法、嵌入式传感器行)以标准表 4 原文为准。

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