浅析船舶电机绝缘电阻

程英龙，孙 磊

(4808工厂威海修船厂，山东威海 264200)

0 前言

船舶电机长期处于湿热、高温、振动、冲击以及充满盐雾、油雾的恶劣环境条件下，其绝缘性能受到影响。尤其在梅雨季节，电机的绝缘性能显得格外异常。船舶电机绝缘电阻下降严重时会导致电气设备失控、误报警，甚至造成触电、电火灾以及电机烧毁等恶性事故，直接危及船舶的航行安全。所以电机绝缘问题，对船舶具有特殊的重要性。

1 电机绝缘电阻分类

加在绝缘材料上的直流电压与通过漏电电流之比，称为绝缘电阻，绝缘电阻通常分为3类:冷态、热态、动态绝缘电阻。冷态绝缘电阻:常温下电机在停机断能状态，绕组表面温度与环境温度基本相同时，所测的绝缘电阻;热态绝缘电阻:电机在额定负载下运行时间大于1 h或绕组工作温度基本稳定后，所测的绝缘电阻;动态绝缘电阻:在线实时带电连续测量的绝缘电阻。

2 影响绝缘电阻的因素

1)绝缘材料的老化与击穿。

电机绝缘材料大多采用高分子有机化合物，由于材料的氧化、聚合、分解、挥发等化学过程作用，造成绝缘材料弹性丧失、变脆、吸潮性能增大、介质损耗增加，电导增大，导致绝缘材料绝缘性能下降。

一般绝缘材料有热击穿和纯电击穿两种击穿形式，热击穿是绝缘材料所加的电压和材料因发热而性能变劣影响下发出的热量所引起的，可以认为是受热的直接后果。纯电击穿是在电场力作用下，造成绝缘材料结构直接破坏引起的。

船舶电机绝缘还受到机械力和电磁力方面的影响，如冲击、振动、压挤、拉伸以及热膨胀和收缩应力等引起的绝缘材料裂纹和起层，导致绝缘性能下降。

2)温度。

绝缘材料的体积电阻对温度变化非常敏感，绝缘电阻随着温度的升高而下降。冷态下的绝缘电阻远远超过热态下的数值，绝缘电阻与温度几乎成对数函数关系。图1是ZFH－450－15直流发电机转子绝缘电阻与温度关系。

3)潮气。

船舶电机经常在潮湿的空气中运行，电机受潮现象是船舶电机绝缘中的一个主要问题。受了潮的电机大多经过干燥可以提高绝缘电阻，也有的经过多次干燥绝缘电阻仍然很低。

绝缘性能产生一时性或永久性的丧失取决于受潮形式，绝缘材料受潮有表面受潮和内部受潮。表面受潮的程度主要决定于材料表面对气体的吸附能力和液体对材料的附着能力的大小。内部受潮主要是由于材料的毛细管作用所致。

图1 ZFH－450－15直流发电机转子绝缘电阻与温度关系

(1)表面受潮。

绝缘材料的表面对潮气吸附作用引起材料表面受潮，其受潮过程是先在固体表面形成单分子厚度的气分子层，只要相对湿度足够大，就会形成多分子层，其厚度随相对湿度的增大接近饱和。绝缘材料的自身温度对于吸附作用的影响非常大，材料温度上升，则吸附的水气量减少，材料温度下降，则吸附的水气量增加。

要防止绝缘材料受潮，就要设法破坏吸附条件。运行的电机和停用的电机受潮情况不同，运行的电机不容易受潮，其原因是运转的电机始终有热量发出，使电机升温，达到一定温度时，其绝缘材料反而向水气供给热量，吸附时的差热被抵消和破坏，绝缘材料表面就不能吸附潮气。在电机内部安装加热器，在电机不运行时，使电机内温度始终保持高于外界环境温度2～3℃就是这个道理。

(2)内部受潮。

绝缘材料上的毛细孔隙都是绝缘漆干燥时产生的，绝缘漆在干燥时，溶剂不断挥发，漆也逐渐固化。但是溶剂“走出”时没有“随手关门”造成了孔道，形成了毛细孔隙，这些小孔具有很强的毛细管吸水作用。长期受潮的电机，在绝缘材料内部会透入水分，产生毛细管凝结，引起绝缘材料内部受潮。渗透水分的的绝缘材料，即使进行多次烘干，其内部水分也很难排尽，这种现象称为“湿度保守性”。由于水分子中含有盐分，形成电解质，且水本身又是极强性物质，在电场作用下能生成离子导电，严重破坏了绝缘材料的绝缘性能。

4)综合因素。

船舶电机所处的环境条件变化因素复杂多样，如长期经受高温、高湿、油雾、盐雾、霉雾、冲击、振动、拉伸、压缩等影响，因而，对绝缘材料所引起的物理和化学方面的影响复杂多样，并且许多因素相互作用，互相影响，这就是船舶电机绝缘容易损坏而造成故障的原因所在。

3 电机绝缘电阻标准及测量

1)相关技术标准。

不同的电机、不同的工作电压、不同的功率、不同的技术标准对电机绝缘电阻有不同的要求。执行标准取决与应用对象，军品应采用海军舰艇修理技术标准，民品可采用国家或行业技术标准。

(1)HJB 65－1991《海军水面舰艇电气设备修理技术标准》中规定:电机修后冷态绝缘电阻工作电压在50 V以下，应不低于0.5 MΩ;工作电压50～500 V，应不低于3.5 MΩ。电机修后热态绝缘电阻工作电压在50 V以下，应不低于0.3 MΩ;工作电压50～500 V，额定功率在100 kW以下，应不低于1 MΩ。额定功率在100 kW以上的电机应不低于下式计算值:

式中:R为电机绕组绝缘电阻，MΩ;U为电机额定电压，V;P为电机额定功率，kW。

(2)GB/T 7060－2008《船用旋转电机基本技术要求》中规定，额定电压为1 000 V及以下的船用电机绕组的绝缘电阻在热态时应不低于2 MΩ。额定电压在1 000 V以上的船用电机绕组的绝缘电阻在热态时应不低于下式计算值:

2)绝缘电阻测量。

(1)常温下电机供电运行之前测量冷态绝缘电阻，电机额定功率运行结束后，5 min之内测量热态绝缘电阻。在线实时带电连续测量电机动态绝缘电阻，能真实反映电机绝缘电阻的数值。因为这时船上的电机处于运行状态，它综合了经常变化的温度、湿度、电压及频率对介质引起的损耗、极化、吸收以及机械振动等因素。

(2)测量电机绝缘电阻时，其额定工作电压在50 V以下的采用250 V兆欧表，额定工作电压在50 V以上的采用500 V兆欧表。测量动态绝缘电阻采用电网绝缘监测仪。

(3)使用兆欧表测量绝缘电阻时，需要一定的稳定时间，测量数据才准确。

(4)电机整机绝缘电阻是各定、转子绕组的并联结果，数值要低于单个绕组。电机分解后测量单个绕组，其绝缘电阻必须大于整机绝缘电阻，才能保证电机组装后整机绝缘电阻满足标准要求。

4 提高电机绝缘电阻的措施

1)加强电机运行使用管理。

注意舱内通风，保持电机通风孔道畅通，以改善散热、冷却条件，控制电机温升。使用时应防止电机过压、超负荷运行，短时工作值的电机严格控制运行时间，防止电机过热击穿。

对直流电机应加强电刷研磨、仔细调整刷簧压力、电刷与刷握间隙及刷架中性线位置，降低换向器火花及换向器温度。

避免电机长期停用，对设置内部加热器的电机，应经常启动加热器，夏天和雨季尤为重要，以防止潮气在电机内部绕组上的凝露。有的船员将其当做冬季加热器使用是错误的，但必须注意，在电机运行时，加热器必须停止使用。

加强电机绝缘检测，保持绝缘检测、报警设备工作正常、运行可靠。

2)提高电机浸漆质量。

电机浸漆采用多层浸渍方法，可使较多的孔隙得到填充和遮盖，把毛细孔隙减少到较低的程度。为防止毛细孔形成，最好采用无溶剂绝缘漆。可在表面浸涂有机硅绝缘漆，有机硅材料具有较强的斥水性，可以提高抗潮性能。

采用普通浸漆 (沉浸法)时，被浸渍的绕组至少应浸入漆面100～200 mm，浸到无气泡冒出，并不少于规定时间，使漆渗透到绕组内部，填充所有空隙。但浸泡时间也不宜过长，否则反会泡坏导线漆膜。浸渍质量取决于绕组的温度、漆的粘度和浸漆时间等因素。

真空压力浸漆是一种效果较好的浸漆方法，可以较彻底清除电机绕组内的潮气和挥发物，又可以避免浸不透的现象。同时漆的粘度可以较高，以提高填充性能，防止毛细孔形成。实际证明一次真空压力浸漆，要比二次普通浸漆好。

对一般的电机可采用普通浸漆，对较重要的电机 (潜艇或高湿度环境)应采用真空压力浸漆。

3)采用适宜的修理方法。

绝缘材料老化较轻，以杂质污染或表面受潮为主引发的电机绝缘低情况，可以通过修理中清洗、烘干、浸绝缘漆的方法，提高绝缘。

因绝缘材料老化、击穿，导致绝缘性能显著下降的发电机按常规的修理方法难以提高绝缘时，必须通过换新绕组的方法，才能从根本上解决问题。

4)合理确定热态绝缘电阻监测点。

电机热态绝缘电阻在高温下数值很低，随温度降低变化较大，无法判明是否符合标准要求。一般以电机实际运行额定工况下的温度为参考，如ZFH－450－15发电机温度在70℃左右为重要监测点，发电机常规清洗烘烤后，如在70℃左右测量热态绝缘电阻偏低，应采取水煮或更换绕组等进一步修理方案。

5 结束语

船舶电机绝缘与可靠性、安全性息息相关，必须保持电机具有良好的绝缘性能。但是在恶劣的船舶使用条件下，绝缘故障又不可避免。因此，应注重预防，加强船舶电机绝缘电阻的监视和测量，动态检测可实现在电网或电机绝缘发生异常时发出报警信号。值班人员应及时采取有效措施，避免恶性事故发生，确保船舶航行安全。