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固体绝缘中附加绝缘与加强绝缘的安全判定

2017-10-7 17:04 1135 0 原作者: 万今明
简介
固体绝缘中附加绝缘与加强绝缘是防止用户触电的主要方式,其安全性能至关重要。本文通过对某款除湿机实际异常问题的分析,针对标准IEC 60335-1 Edition 5.1 2013-12的要求,对附加绝缘与加强绝缘的安全判定流程进行 ...

1 引言

       某款除湿机防护等级为IP21,耐潮湿测试需要进行垂直滴水试验,试验时水进入除湿机内部电机引线的基本绝缘处,影响到整机防触电安全要求。电机引线外层护套未能覆盖电机线根部,如图1所示,电机引线进入电机处的单层电线为基本绝缘。经分析处理措施为在电机引线根部增加一个单独的硅橡胶绝缘护套作为附加绝缘,如图2所示。但由于这个硅橡胶绝缘护套厚度小于1mm,材料层数也少于2层,需要结合标准IEC60335-1 Edition 5.1 2013-12[1]中29.3条款进行附加绝缘判定。

                        

                                             图1 电机引线处基本绝缘                                                图2 硅橡胶附加绝缘护套


2 标准要求

       本次判定过程主要涉及I E C 6 0 3 3 5 -1Edition 5.1 2013-12标准中21.2、23.5、29.3条款,分别从固体绝缘的机械强度、内部布线的电气应力、固体绝缘的厚度及层数等做了具体要求,尤其是29.3条款,判定过程较为复杂。
       
        标准原文中文翻译如下:

     21.2固体绝缘的易触及部件,应由足够的强度防止锋利工具的刺穿。
         对绝缘进行下述试验,以确定其是否合格。如果附加绝缘厚度不小于1mm,并且加强绝缘厚度不少于2mm,则不进行该试验。
     23.5内部布线的绝缘应能经受住在正常使用中可能出现的电气应力。
         通过下述试验确定其是否合格:
         基本绝缘的电气性能应等效于IEC 60227或IEC 60245所规定的软线的基本绝缘,或者符合下列电气强度测试。
         在导线和包裹在绝缘外面的金属箔之间施加2000V电压,持续15min,不应击穿。
     29.3附加绝缘与加强绝缘应有足够的厚度,或有足够的层数,以经受器具在使用中可能出现的电气应力。
         通过下述内容确定其是否合格:——依据29.3.1的测量方法,或
         ——依据29.3.2进行电气强度试验,如果由一层以上绝缘(天然云母或类似的鳞状材料除外)组成,或
         ——除了内部布线的单层绝缘以外的绝缘,依据29.3.3进行电气强度试验,评估合成材料的热性能;对由单层绝缘组成的加强绝缘的易触及部件,依据   29.3.4的测量方法,或——对于内部布线的相互接触的每个单层绝缘,依据29.3.3评估合成材料的热性能,然后进行23.5的电气强度试验,或
         ——经受任一频率超过30kHz的周期电压的绝缘,应符合IEC 60664-4中6.3的规定。
     29.3.1绝缘应具备的最低厚度
           ——附加绝缘为1mm;
           ——加强绝缘为2mm。
     29.3.2每一层材料都应进行16.3针对附加绝缘的电气强度试验。附加绝缘至少应由两层材料组成,加强绝缘至少有3层。
     29.3.3绝缘要依据IEC 60068-2-2的Bb试验进行48h的干热试验,温度为第19章所进行的试验中测量到的最大温升加上50K。在试验周期最后,在该试验温度下器具进行16.3的电气强度试验,并且冷却至室温后,也应进行16.3的电气强度试验。
     如果在第19章的试验中所测到的温升没有超过表3的规定值,则不进行 IEC 60068-2-2的试验。
     29.3.4 单层绝缘构成的加强绝缘的易触及部件的最小要求应该符合表1要求。

                                   


3 判定分析

       根据标准要求,结合实际样品问题,试验过程及判定分析如下。
     (1)首先测量样品的厚度。
      本文中图2样品厚度为0.70mm,达不到标准29.3.1条款附加绝缘1mm的要求,即不满足29.3条款中第一个破折号的要求。
     (2)附加绝缘小于1mm的易触及固体绝缘,需要根据标准21.2条款对机械强度的要求进行划痕测试。
       本文中图2样品由于非易触及,无需测试。
     (3)根据标准条款29.3.2的要求,进行层数判定,附加绝缘至少应由两层材料组成,加强绝缘至少有3层,每一层材料都应进行16.3针对附加绝缘的电气强度试验。
        本文中图2样品为单层绝缘材料,不满足29.3.2要求,即不满足29.3条款中第二个破折号的要求。
     (4)如层数达不到要求,则要区分是否为内部布线的相关绝缘。
本文中图2样品为单层绝缘材料,并且为内部布线单层绝缘以外的附加绝缘,即要按照29.3条款中第三个破折号的前半部分要求进行测试。
     (5)标准29.3.3条款具体要求了绝缘要依据IEC 60068-2-2的Bb试验进行48h的干热试验,温度为第19章所进行的试验中测量到的最大温升加上50K。在试验周期最后,在该试验温度下器具进行16.3的电气强度试验,并且冷却至室温后,也应进行16.3的电气强度试验。但我们注意标准29.3.3条款最后一句:“如果在第19章的试
       验中所测到的温升没有超过表3的规定值,则不进行 IEC 60068-2-2的试验。”该句为很多在第19章测试中没有超温的绝缘提供了无需进行材料热性能评估的先决条件,也是很多测试人员经常忽略的地方。
       本文中图2样品需要测量第19章的最大温升,并进行第11章表3的判定。由于图2样品硅橡胶护套靠近电机,其在标准第19章非正常电机堵转测试时样品最大温升为67℃,如图3所示,超过标准第11章表3限定值40℃,如图5。因此需要进行IEC 60068-2-2的Bb试验进行48h的干热试验,并相应进行16.3电气强度试验。在恒温恒湿箱中进行48h干热试验,测试温度为67℃+50℃=117℃,如图4。干热试验周期最后,在测试温度下及冷却至室温后均进行16.3对附件绝缘的1750V交流耐压1分钟测试,测试通过。

                        

                                                图3 电机堵转温度曲线                                                    图4 干热试验


                       

                                                                                     图5 标准第11章表3限定值


     (6)至此,以上测试通过,证明本文中图2样品硅橡胶绝缘护套达到附件绝缘的要求。29.3条款中第四和第五个破折号的内容本实例不涉及。

4 判定流程图

        根据以上标准要求,绘出判定固体绝缘中附加绝缘与加强绝缘的流程图,以便进一步理解标准,如图6所示。

                   

                                       图6 固体绝缘中附件绝缘与加强绝缘的判定流程图

       图6中,按照标准29.3条款破折号的顺序,依次从左往右进行判断。值得注意的是:按照标准21.2条款要求,只要固体绝缘不符合29.3.1的厚度要求,且易触及,均需要进行划痕测试。

5 类似问题举例

       类似的问题也出现在某空调环境感温包上,环境感温包是放置在器具外部的易触及部件。由于整机设计的强电供电与弱电感温包之间未采用安全隔离措施,因此弱电感温包部分属于带电部件,其外层必须满足至少附加绝缘的要求。
       如图7所示,环境感温包护套由里层基本绝缘及外层附加绝缘组成,外层附加绝缘即图中的白色护套和黄色护套。同上文中提到的电机线硅橡胶护套,感温包外层护套也需要进行附加绝缘的判定。但不同的是感温包外层附加绝缘护套在标准第19章测试的最大温升均没有超过标准第11章的温升限定值,所以按标准29.3.3条款无需进行IEC 60068-2-2的Bb试验的48h干热试验,而直接进行标准16.3条款的电气强度测试即可。

                                                     

                                                                             图7 空调感温包护套


6 结语

       固体绝缘中材料绝缘性能的损坏是不可恢复的,很多因素都会影响其绝缘性能:当温度超过材料的适用温度时,材料绝缘性能会下降;机械应力也会造成绝缘材料的断裂、脱落;湿度、电气应力等也会影响材料的绝缘性能。因此固体绝缘需要通过严格的试验,对其厚度、机械强度、层数、耐热性以及电气性能等进行判定,才能作为合格的附加绝缘或加强绝缘在器具上使用,以确保器具的防触电设计符合安全标准要求。

       本文根据最新版IEC安全标准,并结合实际问题对固体绝缘中附加绝缘与加强绝缘的安全判定流程进行了梳理及分析,希望可以帮助读者更好地对标准进行理解,并有助于日常测试。


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