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进一步提高精密空调设备绝缘电阻
偏低的有效方法
李长城

摘要：为了提高精密空调设备绝缘电阻，应该对其电加热器及静态制冷剂分布进行优化设计。通过电加热器有效选择，同时有效限制制冷剂回流入压缩机，可以提高电加热器、压缩机内部及整机的绝缘性能。
1. 引言
提高精密空调设备绝缘电阻的方法有很多，如压缩机的优化放置及可靠接地布线，冷凝器和蒸发器的优化设计及绝缘布置，先进的分离电器元部件的绝缘保护，控制系统的绝缘优化设计，特别是接地端子按国家标准选择及合理连线等等，可以保证精密空调设备有很高的绝缘级别。但是分析分离电器元件及制冷系统内部的绝缘指标，会发现电加热器及压缩机内部的绝缘电阻很低，致使达不到GJB 1913A-2006《精密空调设备通用规范》的标准规定，通过对这两个部件分别进行入厂采购选择及成品状态下制冷剂静态存储控制，可以有效提高二者的绝缘阻值。本文将针对精密空调设备“电加热器及压缩机”的优化选择及调整，来提高精密空调设备的绝缘电阻指标。精密空调设备的制冷系统示意图见图1。

2 电加热器的绝缘强化
电加热器正常装配后，在干燥情况下，绝缘电阻很高，可以达到数十或数百兆欧以上。但是，如果将其置于风道内，由于循环风中含有污垢及水蒸气，长期流过电加热器体，会使其表面积污及较潮湿，导致其表面的绝缘性下降，需对此情况进行有效解决。增强电加热器绝缘能力的解决方法为净化循环空气、电加热器外表面具有较高的耐腐蚀性且不宜积垢、提高或保持电加热器在潮湿环境下的绝缘阻值等三个方面。
2.１ 净化循环空气
如果空调使用环境较脏，有较多的灰尘及毛絮，在循环空气回路入口应加入适当的过滤网，将较明显的灰絮去除，可以使用普通的空气过滤网及电子除尘器，将空气中2微米以上的空气浮尘及毛絮基本除掉，这样通过电加热器管表面的空气很干净而不会在电加热器表面积垢。
2.2 电加热器表面及接线座强化绝缘
电加热器表面材料在满足充分的换热条件前提下，应具有较高的整体尺寸稳定性及耐腐蚀性，在干空气或湿空气环境下能够长期贮存及运转，具有长期有效的使用寿命及可靠性。同时，电加热器应具有良好的绝缘性能。
首先，电加热器表面不仅在一般情况下绝缘性良好，又要在一定积垢且较潮湿的环境里也要保证相当高的绝缘阻值，比如达到或远超过10兆欧，此绝缘指标在获得电加热器成品时就应达到或有较明显的富裕量。
另外，要充分保证电加热器的接线座部位的绝缘性，其具体方法如下：
a 将合格的接线片牢固地与电加热器接线座连接起来。
b 为保证接线座的绝缘条件，必须将接线座置于封闭的仓盒内，当长期使用过程中接线座不会出现积垢及潮湿情况。
除通过上述方法，可以大幅提高电加热器的绝缘阻值，达到GJB 1913A-2006《精密空调设备通用规范》的标准规定值。通过测试，结果如表1。
表1
环境（室温）
绝缘阻值（兆欧）
潮湿
接线座裸露
0.2～1.2
接线座隔离
>30
3 压缩机绝缘强化
制冷系统中的压缩机是制冷剂循环的动力“心脏”，是一件结构精密的组合件。
绝缘阻值的简单动态变化率公式如下：
r=df(T，P,s,φ,v，ξ)/dt
T-压缩机内部温度
P-压缩机内部压力
s-混合润滑油与电机绕组接触面积
φ-混合润滑油的浓度
v-混合润滑油滑离电机绕组的速度
ξ-混合润滑油的动态绝缘值
据上述公式可知，当制冷系统停止工作时，随着制冷管路压力平衡的进行，压缩机的油腔会出现过多聚集制冷剂的情况，由于国内制冷剂R22的质量水平时有波动，此时会出现润滑油与制冷剂的过度互溶、混合，有效稀释润滑油且升高油面高度，可以使电机绕组及支撑与稀释油面充分接触，从而使电机绕组的绝缘阻值下降。参看国外先进涡旋压缩机技术数据，其绝缘电阻在干燥时为30MΩ以上，压缩机停止且冷媒与油互溶时可降到1MΩ左右。解决该问题的直接方法，就是只要控制静态时冷媒进入压缩机的状态、适量润滑油随制冷剂循环，就可以较好地提高压缩机的绝缘电阻，从而提高整机的绝缘阻值。
3．1 充分阻止制冷剂进入压缩机
在压缩机的吸气管路和排气管路上分别增加一件手动截止阀，同时在吸气管与压缩机之间的管路上连接一件压力表。手动截止阀在较大的锁紧力矩下，其制冷剂的泄漏率可以降低很多，趋近于零。
3.1.1 测试方法
当压缩机停机前，先关闭吸气管处的截止阀，观察压力表，当压力下降到约1.5bar.G时，立即关闭排气管路上的截止阀。此时测量压缩机的绝缘阻值，作为基准比较值。同时按表2具体时间间隔点，分别测量处于贮存状态的压缩机的绝缘阻值。
表2
序号
测试时间
压力（bar.G）
静态绝缘阻值（兆欧）
1
压缩机运转前
6.47
1.2
2
压缩机停机时
1.53
334
3
24小时后
1.55
467
4
48小时后
1.54
821
5
72小时后
1.53
920
6
96小时后
1.54
>2000
7
120小时后
1.53
>2000
注：数值式计量仪器的最大值为2000兆欧
3.1.2 数据分析
从表2可以看出，当压缩机停机后，压缩机内部的低压保持的较好，计量值约1.53 bar.G，说明手动截止阀的隔断制冷剂能力非常好。同时，静态绝缘阻值从压缩机运转前的1.2兆欧，立刻升到334兆欧，并随着时间流逝，静态绝缘阻值不断升高，最后达到数值式计量仪器的最高值。分析其原因为：
a 压缩机停机后，润滑油在内部各器件表面，特别是在电机绕组表面上不断滑下；
b 部份润滑油随制冷剂循环，相对降低润滑油面与电机绕组的间隔距离。
3.2 有效阻止制冷剂进入压缩机
在压缩机的吸气管路上增加一部电磁阀，在排气管路上增加单向阀，同时在吸气管与压缩机之间的管路上连接一件压力表。当压缩机停机时，电磁阀自动关闭，阻止低压冷媒大量进入压缩机油腔。其原因如下：a 在吸气管段，因为制冷系统在停机后，具有一个压力平衡的过程，所以电磁阀（在不同的压力差下，具有相对应的泄漏率）进出口会出现制冷剂的压力差，在其作用下，会有少量的制冷剂进入压缩机并气化，同时升高压缩机内的压力，最终阻止大量的制冷剂进入。b 在高压管段，单向阀可以控制高压冷媒回流入压缩机。
3.2.1 测试方法
当压缩机停机时，同时立即关闭吸气管处的电磁阀，记录压力表的计量值。同时，按表3具体测试时间点，分别测量处于贮存状态的压缩机的绝缘阻值。
3.2.2 数据分析
从表3可以看出，当压缩机停机后，因为油面较低、气态制冷剂存量小，压缩机的绝缘电阻很高。随着时间变化，压缩机内部的压力不断增加，最终达到稳定值（6.5bar.G）；同时，少量润滑油逐渐进入压缩机，制冷剂R22与油互溶，绝缘阻值不断下降。少量润滑油在压缩机内部部分互溶后，其气态压力逐渐升高，最终使电磁阀进出口的压力差平衡，导致阻止更多的润滑油进入。长期停机后，绝缘阻值稳定在13兆欧，达到GJB 1913A-2006《精密空调设备通用规范》的标准规定。
表3
序号
测试时间
压力（bar.G）
静态绝缘阻值（兆欧）
环境
1
压缩机运转前
6.47
13.6
14℃（干球）
相对湿度：0.36
2
压缩机制冷停机时：0min
4.5
>2000
3
4min后
5.0
1900
4
10min后
5．9
1331
5
22min后
6．45
1169
6
28min后
6．5
1103
7
60min后
6．5
287
8
120小时后
6.5
14.9
室温
9
144小时后
6.7
13.3
室温
10
168小时后
6．6
13.2
室温
11
194小时后
6．2
13.0
室温
12
218小时后
6．5
12.9
室温
注：a 数值式计量仪器的最大值为2000兆欧
b 室温：约13～16℃（干球）
图2 压缩机内部表压与时间示意图

图3 绝缘阻值与时间的趋势图

用c编程语句，拟合压缩机内部表压力与时间的关系式为：
double interp_p(double t)
{
double a = 5.56148544024224E-06;
double b = -5.66729624570892E-04;
double c = .018892817200196;
double d = .44468521614389;
double p;
p = ((((a * (pow(t , 3))) + (b * (pow(t , 2)))) + (c * t)) + d);
return p;
}
其中p为压缩机内部表压力（bar.G）,t为压缩机静置时间（min）。
用c编程语句，拟合表绝缘阻值与时间的关系式为：
double interp_r(double t)
{
double a = 1805.95639743165;
double b = 3.20086111756151E-02;
double r;
r = (a / (1 + (b * t)));
return r;
}
其中，r为压缩机绝缘阻值（兆欧），t为压缩机静置时间（min）。

3.3 两种方法比较
3.3.1 充分阻止制冷剂方法
当压缩机停机时，顺序关闭手动截止阀，可以充分阻止制冷剂进入压缩机，其控制结果的优点为可以使压缩机具有很高的绝缘阻值；其缺点为操作性较差。
3.3.2 有效阻止制冷剂方法
当压缩机停机时，自动关闭电磁阀，利用电磁阀与单向阀可以有效阻止大量的制冷剂进入压缩机，其控制结果的优点为操作性较佳；其缺点为需通过试验方法，选择合理的电磁阀，可以使压缩机具有较合理的绝缘阻值。
4 总结
精密空调设备绝缘阻值的优化设计是系统优化的一个重要组成部分，特别是对电加热器及静态制冷剂分布进行优化设计，可以使其成为进一步提高精密空调设备绝缘电阻偏低的有效方法。

参考文献
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３. 张智　空调器用风冷冷凝器换热能力实验研究［Ｊ］暖通空调２００４年第３期ｐ４２－４５
４. 周启瑾　提高舒适性的节能型家用空调器的开发［Ｊ］　制冷　２００３年第２期ｐ５８－６０
５. 徐红鸯　空调换热器亲水铝箔亲水性的测试及控制［Ｊ］　制冷　２００３年第２期ｐ４－７（编辑／李鹏）
６. DAIKIN 　《压缩机规格书 型号: JT236D-Y1L@K4 》　2005 年 09 月 01日
7. GJB1913A-2005《精密空调设备通用规范》