制冷剂与润滑油混合物对空调器泄漏电流影响分析及研究

秦海燕 李 盛 王 宁 杨清芳

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

随着人们生活品质的提高，家用电器的使用也更加广泛。家用电器在使用过程中，涉及到电就难免会出现一些电气安全方面的问题。问题类型包括机组本身电器线路老化导致短路、电源开关超载、以及人为操作不规范等造成的问题。其中机器通电后家庭电源保护开关跳闸也为故障类型的一种，本文将对跳闸的一种原因机组漏电现象进行试验研究分析。泄露电流是在机组未发生故障且未通电运行情况下，设备的接地部件、互相绝缘的零部件以及设备内金属器件之间通过周围介质形成的电流。泄露电流值的大小也是衡量机组绝缘能力的关键质量指标。通常，家用电器设备包括空调、冰箱、空气能热水器等设备的绝缘能力通常靠压缩机中电机的线圈的绝缘漆膜厚度、电机定子引线的绝缘层等来保障[1]。按照我国GB 4706.17-2004《家用和类似用途电器的安全电动机-压缩机的特殊要求》[2]中规定，在施加1.06倍的电压（220～240 V）后，检测两秒，泄露电流值不大于3.5 mA。本文将通过实验研究机组泄露电流值增大的原因，研究接线端子新结构对于泄漏电流值的改善。为后续新机型开发时提供参加依据。

1 实验方案及数据分析

1.1 压缩机润滑油对于泄露电流的影响

本次实验均选用空气能热水器作为实验设备。机组压缩机中通常存在两种流体为润滑油和制冷剂。当机组存在漏电现象时，在混合流体之间的传递不可避免。当混合流体拥有较佳的绝缘性时，泄露电流值应该在合格范围[3]。压缩机常用的润滑油主要有两种PVE（醚类油）和POE（酯类油）。本次实验将取各取一台进行实验测试，在整机清洗系统抽真空后灌注1.1 kg R410A冷媒，一起在-10 ℃低温下放置10 h和常温放置11 h后共测试35组泄露电流值，测试结果如图1所示。

图1 酯类油和醚类油在不同温度下的泄露电流

实验小结:

从实验数据来看，机组使用酯类润滑油的缩机的泄漏电流值受温度和时间影响较小，且稳定后泄露电流值在1.5 mA左右。醚类油泄露电流值受温度的影响较大，且随着时间的变化泄漏电流值也逐渐增大且明显大于酯类油。

在常温状态下，醚类油泄漏电流值是酯类油的5.25倍（均取最大值），并且从醚类油的数据中可以看出，大部分泄露电流值都在3.5 mA以上，并且在常温下有10组数据已经超过7.5 mA，存在保护开关跳闸的风险。而且随着静置时间增加，泄露电流值仍可能持续增加。

1.2 压缩机腔体液位高度对于泄露电流的影响

本次实验选用两台带视液镜的压缩机，其视液镜位置要在压缩机底部以及压缩机腔体上方。用来观察压缩机腔体的液位高度对于泄露电流的影响。在不同工况下均对液位高度、泄露电流值及环境温度进行记录，历经15天共测试40余组数据。节选部分测试数据如图2～6所示。

图2 两种油满液位情况对比对比

图3 两种油在相同工况下液位高度对比

图4 两种油在相同工况下液位高度对比

图5 醚类油在不同工况下对应的液位高度及泄露电流

图6 酯类油在不同工况下对应的液位高度及泄露电流

从图2中两种润滑油在同样25 ℃环温下的液位对比图片中可以看出，液位高度均为三格时，处于满格状态。经测试使用50S润滑油的机组泄露电流值为7.544 mA，使用68EP润滑油的机组泄露电流值为4.651 mA。两者在满格时泄露电流值相差较大。

从图3两种润滑油在同样20 ℃环温下的液位对比图片中可以看出，醚类油的液位高度为3 格，酯类油的液位高度为2.3 格。经测试使用50S润滑油的机组泄露电流值为6.439 mA，使用68EP润滑油的机组泄露电流值为2.660 mA。两个机组的泄漏电流值随着温度的降低而减小，液位高度也有所降低。

图4 两种油在相同工况下液位高度对比

从图4两种润滑油在同样17 ℃环温下的液位对比图片中可以看出，醚类油的液位高度为2.5格，酯类油的液位高度为2格。经测试使用50S润滑油的机组泄露电流值为4.983 mA，使用68EP润滑油的机组泄露电流值为2.453 mA。

同时，本次实验后将两台机组抽真空后灌注液态R410A冷媒，压缩机分别使用醚类油、酯类油。灌注冷媒后常温静置2天，使用醚类润滑油的机组液位上升至4格，泄露电流增至10 mA。使用酯类润滑油的机组液位上升至4格，泄露电流增至7.5 mA。由此说明，液态冷媒对于机组的泄露电流值影响大于气态冷媒。

节选测试数据中15组在不同工况下对应的液位高度及泄露电流大小如图5～6所示。

实验小结：

经过40余组的实验数据分析得出，当温度升高时对应的压缩机腔体液位高度也会上升。液位高度上升时泄露电流就会随之增大。液位上升的原因是温度升高，制冷剂活泼性增大，与润滑油的溶解度也增加。润滑油和制冷剂混合物增加导致液位上升。当液位高度为满格状态时，混合物浸没电机线圈至接线端子处时，泄露电流达到最大值。

泄露电流值的大小受压缩机腔体液位高度的影响。压缩机腔体的液位高度受环境温度的影响。

压缩机内部存在的两种流体以混合物的形式存在，运行时，压缩机的温度较高，因此所以溶于润滑油的制冷剂量较少，停机后压缩机温度较低，系统中的制冷剂会向压缩机腔体迁移，压缩机中混合物增加导致液位上升。

温度变化对泄漏电流的影响原理：压缩机内部温度变化慢于冷凝器部位，当温度降低时，冷凝器处温度迅速降低，翅片铜管内的制冷剂液化，压力变小，压缩机内部的制冷剂向冷凝器部位迁移，液位下降，泄漏电流变小，反之，则泄漏电流增大[4]。

1.3 电机端子处增加热缩套管对于泄露电流的影响

经过1.2实验数据分析可知，当液位满格时润滑油和制冷剂混合物会浸没电机线圈，此时泄漏电流值达到最大，所以本次实验将在电机端子处增加热缩套管，将端子包围，用来增加端子处的绝缘性。观察增加热缩套管对于泄露电流是否会有影响。本次实验将取4台机组，其中2台同时使用醚类油（一台加热缩套管另一台端子裸露），另两台同时使用酯类油（一台加热缩套管另一台端子裸露）。低温放置温度在-5 ℃左右，常温放置温度范围在15～24 ℃左右，观察15天记录并节选相关数据如图7、图8所示。

图7 醚类油在两种结构下的泄露电流值

图8 酯类油在两种结构下的泄露电流值

实验小结:

从实验测试数据可以看出，醚类油和酯类油的泄露电流值整体会随着温度的变化而变化与上文1.2实验数据互相验证。且醚类油的泄漏电流值在相同工况下会略大于酯类油，与上文1.1实验数据互相验证。

同时根据两种润滑油在增加热缩套管后的泄漏电流值折线图中可以明显看出，排除极少数个例的情况下，增加热缩套管的机组泄露电流值小于端子裸露的机组。由此可见，增加热缩套管对于泄露电流值有改善作用，改善幅度在0.1～2 mA之间。因此在后续新开发机组时，可以考虑增加热缩套管来降低泄露电流值。

1.4 混合物中制冷剂含量对于泄露电流值的影响

参考《R32/润滑油对压缩机泄露电流影响试验研究》[5]论文中所做的实验分析，当压缩机中灌满润滑油不灌注制冷剂，即使润滑油浸没电机时泄露电流增加0.05 mA。可见纯润滑油对泄露电流的影响很小。

在压缩机中充注制冷剂，做好重量检验，经测试，当制冷剂的含量在混合物中比例达到40 %之前，对于泄漏电流值的影响都很小，且泄漏电流值维持在1 mA以下。当制冷剂在混合物中的含量超过40 %后，泄漏电流值将会快速增加。尤其当制冷剂的比例达到70 %以后，泄漏电流高达7.5 mA以上。醚类油和酯类油上升水平基本保持一致，但是因为醚类油的体积电阻率比酯类油的低，所以醚类油的泄漏电流值会略高于酯类油。

R32制冷剂的电阻率比R410A制冷剂小，所以随着混合物中制冷剂比例的增加，酯类油与R32制冷剂混合后的泄露电流上升速度大于酯类油与R410A制冷剂混合。

2 结论分析

1）在同样工况下压缩机使用醚类润滑油的泄露电流值会大于使用酯类润滑油。

2）机组泄露电流值的大小受温度的影响，温度升高时泄漏电流会增加，温度降低时泄露电流会随之降低。

3）在同样工况下，两种润滑油与制冷剂的溶解度不同，导致压缩机腔体液位高度不同。醚类油的液位高度通常大于酯类。所以醚类油与制冷剂的溶解度会大于酯类油。

图9 不同润滑油中制冷剂含量对于泄露电流的影响

4）压缩机腔体的液位高度会随着温度的变化而变化，当压缩机腔体液位高度升高后泄露电流值也会随之增大。当液位满格并浸没电机时，泄露电流值达到最大。

5）在压缩机中的电机接线端子处增加热缩套管后对于机组的泄露电流值有所降低，降低幅度在（0.1～2）mA左右，此改善可以为后期机型开发时提供参考依据。

3 总结与展望

随着我国经济快速发展和人民生活水平的提高，居民对于家用空调器的需求将日益增长，本文通过对压缩机中制冷剂与润滑油混合物对于泄露电流的影响因素分析，得出了温度及润滑油种类是影响腔体液位高度及泄露电流大小的关键因素。同时为保证家用空调器的整体质量进一步提升，需从技术研发、原料选材、加工工艺、生产制造等各环节做好技术升级和质量控制，进一步提升空调器的可靠性和长久性，提高用户满意度，促进企业和行业未来的进步和发展。