電氣設(shè)備外殼防護(hù)等級及試驗(yàn)方法

電氣設(shè)備外殼防護(hù)等級及試驗(yàn)方法摘要：簡述了電氣設(shè)備外殼防護(hù)等級（IP代碼）概念及其體系設(shè)置，分析了防護(hù)原理，以燈具為例對外殼防護(hù)等級試驗(yàn)方法進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：外殼防護(hù)等級試驗(yàn)

方法在南京長江隧道機(jī)電工程中，我們接觸到大量關(guān)于設(shè)備外殼防護(hù)等級的技術(shù)要求，例如：隧道燈具及戶外泛光燈IP65、可變情報板及限速板IP66、雙波長紅外火焰探測器IP67、地埋式變壓器及排污泵IP68、戶內(nèi)配電箱及控制柜IP55。IP代碼所表達(dá)的具體含義是什么？防護(hù)等級的分級系統(tǒng)是如何設(shè)置的？設(shè)備防護(hù)等級如何檢驗(yàn)？在設(shè)備選型、定購、檢驗(yàn)及驗(yàn)收等場合，都不可忽視防護(hù)等級。因此，有必要全面了解其概念、體系和試驗(yàn)方法。1外殼防護(hù)等級概念I(lǐng)P（INTERNATIONALPROTECTION）代碼系統(tǒng)是由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）擬定，表明外殼對人接近危險部件、防止固體異物或水進(jìn)入的防護(hù)等級以及與這些防護(hù)有關(guān)的附加信息的代碼系統(tǒng)。我國全國電氣安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC25）制定GB4208-2008《外殼防護(hù)等級（IP代碼）》標(biāo)準(zhǔn)，等同采用IEC60529:2001《外殼防護(hù)等級（IP代碼）》(英文版)，該標(biāo)準(zhǔn)的全部技術(shù)內(nèi)容為強(qiáng)制性，適用于額定電壓不超過72.5KV、借助外殼防護(hù)的電氣設(shè)備的防護(hù)分級。IP代碼第一位特征數(shù)字表示防止接近危險部件和防止固定異物進(jìn)入的防護(hù)等級，其包括兩層含義，一是指對人提供防護(hù)：設(shè)備外殼通過防止人體的一部分或人手持物體接近危險部件而受到觸電、擊傷等人體傷害，二是指對設(shè)備提供防護(hù)：設(shè)備外殼通過防止固體異物進(jìn)入而使設(shè)備受到損害；第二位特征數(shù)字表示設(shè)備外殼防止由于進(jìn)水而對設(shè)備造成有害影響的防護(hù)等級。數(shù)字越大表示其防護(hù)等級越高。例如上述可變情報板防護(hù)等級為IP66，兩位特征數(shù)字66含義分別為“塵密”、“防猛烈噴水”，第一位特征數(shù)字6“塵密”對人提供防護(hù)程度意為“防止金屬線接近危險部件，直徑1.0mm的試具不得進(jìn)入殼內(nèi)”、對設(shè)備提供防護(hù)意為“無灰塵進(jìn)入”，第二位特征數(shù)字6“防猛烈噴水”對設(shè)備提供防水保護(hù)意為“向外殼各個方向強(qiáng)烈噴水無有害影響”，該防護(hù)等級可保證戶外可變情報板在大風(fēng)、揚(yáng)塵、暴雨環(huán)境不受侵入損害；控制柜防護(hù)等級IP55，兩位特征數(shù)字55含義分別為“防塵”、“防噴水”，第一位特征數(shù)字5“防塵”對人提供防護(hù)程度意思也是“防止金屬線接近危險部件，直徑1.0mm的試具不得進(jìn)入殼內(nèi)”、對設(shè)備提供防護(hù)意思而是“不能完全防止塵埃進(jìn)入，但進(jìn)入的灰塵量不得影響設(shè)備的正常運(yùn)行，不得影響安全”，第二位特征數(shù)字5“防噴水”對設(shè)備提供防水保護(hù)意為“向外殼各個方向噴水無有害影響”，該防護(hù)等級可保證戶內(nèi)配電箱及控制柜在室內(nèi)正常環(huán)境下穩(wěn)定工作。2IP代碼體系IP代碼由代碼字母IP、第一位特征數(shù)字、第二位特征數(shù)字、附加字母、補(bǔ)充字母組成。不要求規(guī)定特征數(shù)字時，該處由字母“X”代替（如果兩個字母都省略則用“XX”表示）。附加字母和（或）補(bǔ)充字母省略，不需代替。當(dāng)使用一個以上的補(bǔ)充字母時，應(yīng)按字母順序排列。當(dāng)外殼采用不同安裝方式提供不同的防護(hù)等級時，制造廠應(yīng)在相應(yīng)安裝方式的說明書上表明該防護(hù)等級。IP代碼各要素的簡要說明見表2-1，IP代碼配置見圖2-1。表2-1IP代碼各要素及含義簡表組成數(shù)字或字母對人員防護(hù)的含義對設(shè)備防護(hù)的含義代碼字母IP------第一位特征數(shù)字防止接近危險部件防止固定異物進(jìn)入0無防護(hù)無防護(hù)1手背≥直徑50mm2手指≥直徑12.5mm3工具≥直徑2.5mm4金屬線≥直徑1.0mm5金屬線防塵6金屬線沉密第二位特征數(shù)字防止進(jìn)水造成有害影響0無防護(hù)1垂直滴水215°滴水3淋水4濺水5噴水6猛烈噴水7短時間浸水8連續(xù)浸水附加字母（可選擇）防止接近危險部件A手背B手指C工具D金屬線補(bǔ)充字母（可選擇）專門補(bǔ)充的信息H高壓設(shè)備M做防水試驗(yàn)時試樣運(yùn)行S做防水試驗(yàn)時試樣靜止W氣候條件

IP65AH圖2-1IP代碼配置圖我們通常接觸的防護(hù)等級代碼要素是第一位特征數(shù)字、第二位特征數(shù)字；附加字母表示對人接近危險部件的防護(hù)等級，僅用于以下情境：①、接近危險部件的實(shí)際防護(hù)高于第一位特征數(shù)字代表的防護(hù)等級，②、第一位特征數(shù)字用“X”代替，僅需表示對接近危險部件的防護(hù)等級；補(bǔ)充字母表示補(bǔ)充的內(nèi)容，補(bǔ)充內(nèi)容應(yīng)與IP代碼標(biāo)準(zhǔn)一致，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)明確說明進(jìn)行該級試驗(yàn)的補(bǔ)充要求。各代碼要素所示防護(hù)等級見表2-2、表2-3、表2-4、表2-5、表2-6。表2-2第一位特征數(shù)字所表示的對接近危險部件的防護(hù)等級第一位特征數(shù)字防護(hù)等級簡要說明含義0無防護(hù)———1防止手背接近危險部件直徑50mm球形試具應(yīng)與危險部件有足夠間隙2防止手指接近危險部件直徑12mm，長80mm的鉸接試指應(yīng)與危險部件有足夠間隙3防止工具接近危險部件直徑2.5mm的試具不得進(jìn)入殼內(nèi)4防止金屬線接近危險部件直徑1.0mm的試具不得進(jìn)入殼內(nèi)5防止金屬線接近危險部件直徑1.0mm的試具不得進(jìn)入殼內(nèi)6防止金屬線接近危險部件直徑1.0mm的試具不得進(jìn)入殼內(nèi)注：第一位特征數(shù)字為3-6時，如試具與殼內(nèi)危險部件有足夠間隙則認(rèn)為符合要求。表2-3第一位特征數(shù)字所表示的防止固體異物進(jìn)入的防護(hù)等級第一位特征數(shù)字防護(hù)等級簡要說明含義0無防護(hù)———1防止直徑≥50mm的固體異物直徑50mm球形物體試具不得完全進(jìn)入殼內(nèi)2防止直徑≥12.5mm的固體異物直徑12.5mm的球形物體試具不得完全進(jìn)入殼內(nèi)3防止直徑≥2.5mm的固體異物直徑2.5mm的物體試具完全不得進(jìn)入殼內(nèi)4防止直徑≥1.0mm的固體異物直徑1.0mm的物體試具完全不得進(jìn)入殼內(nèi)5防塵不能完全防止塵埃進(jìn)入，但進(jìn)入的灰塵量不得影響設(shè)備的正常運(yùn)行，不得影響安全6塵密無灰塵進(jìn)入注：物體試具的直徑部分不得進(jìn)入外殼的開口。表2-4第二位特征數(shù)字所表示的防止水進(jìn)入的防護(hù)等級第二位特征數(shù)字防護(hù)等級簡要說明含義0無防護(hù)———1防止垂直方向滴水垂直方向滴水應(yīng)無有害影響2防止當(dāng)外殼在15°范圍內(nèi)傾斜時垂直方向滴水當(dāng)外殼的各垂直面在15o范圍內(nèi)傾斜時，垂直方向滴水應(yīng)無有害影響3防淋水各垂直面在60o范圍內(nèi)淋水，無有害影響4防濺水向外殼各方向?yàn)R水無有害影響5防噴水向外殼各方向噴水無有害影響6防強(qiáng)烈噴水向外殼各方向強(qiáng)烈噴水無有害影響7防短時間浸水影響浸入規(guī)定壓力的水中經(jīng)規(guī)定時間后外殼進(jìn)水量不致達(dá)有害程度8防持續(xù)浸水影響按生產(chǎn)廠和用戶雙方同意的條件（應(yīng)比特征數(shù)字為7時嚴(yán)酷）持續(xù)潛水后進(jìn)水量不致達(dá)有害程度表2-5附加字母所表示的對接近危險部件的防護(hù)等級附加字母防護(hù)等級簡要說明含義A防止手背接近直徑50mm球形試具應(yīng)與危險部件有足夠間隙B防止手指接近直徑12mm，長80mm的鉸接試指應(yīng)與危險部件有足夠間隙C防止工具接近直徑2.5mm，長100mm的鉸接試指應(yīng)與危險部件有足夠間隙D防止金屬線接近直徑1.0mm，長100mm的鉸接試指應(yīng)與危險部件有足夠間隙表2-6補(bǔ)充字母所表示的含義補(bǔ)充字母含義H高壓設(shè)備M防水試驗(yàn)在設(shè)備的可動部件（如旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子）運(yùn)動時進(jìn)行S防水試驗(yàn)在設(shè)備的可動部件（如旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子）靜止時進(jìn)行W提供附加防護(hù)或處理以適用于規(guī)定的氣候條件例如設(shè)備外殼帶有代碼：IP23CS，其表示的含義：第一位數(shù)字代碼2：防止手指接近危險部件，防止直徑≥12.5mm的固體異物進(jìn)入外殼。第二位數(shù)字代碼3：防止淋水對殼內(nèi)設(shè)備的有害影響。附加字母C:防止人手持直徑不小于2.5mm，長度不超過100mm的工具接近危險部件（工具應(yīng)全部穿過外殼，直至擋盤）。補(bǔ)充字母S:防止進(jìn)水造成有害影響的試驗(yàn)是在設(shè)備的所有部件靜止時進(jìn)行。3外殼防護(hù)等級試驗(yàn)方法設(shè)備到貨防護(hù)等級檢驗(yàn)一直是一個難點(diǎn)，南京地區(qū)附近具有防護(hù)等級法定試驗(yàn)資質(zhì)的單位僅有蘇州電器科學(xué)研究院（國家電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）。我們對設(shè)備的防護(hù)等級試驗(yàn)主要寄予出廠前檢驗(yàn)，此前須選擇滿足項(xiàng)目需要的產(chǎn)品供方。在此以燈具為例，介紹防護(hù)等級試驗(yàn)環(huán)境設(shè)計及方法步驟。安裝在室外的燈具會受到大風(fēng)、揚(yáng)塵、雨霧等的環(huán)境影響，如果燈具無法抵御這些自然侵蝕，就有可能會使燈具發(fā)生故障或損壞，從而影響產(chǎn)品使用壽命。戶外燈具出廠前必須作防護(hù)等級試驗(yàn)，特別是防水試驗(yàn)。3.1防水試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)的確定3.1.1降雨的強(qiáng)度和方向

降雨強(qiáng)度是根據(jù)天然降雨條件和達(dá)到試驗(yàn)的加速性來考慮的。我國氣象資料表明，某些地區(qū)的極端降雨情況為10min內(nèi)最大降雨量可達(dá)50mm；１小時內(nèi)最大降雨量可達(dá)116mm；24h內(nèi)最大降雨量可達(dá)466mm；72h內(nèi)最大降雨量可達(dá)1000mm。從上述數(shù)據(jù)可知，大的降雨強(qiáng)度的出現(xiàn)時間很短，隨著降雨時間的增加，平均降雨強(qiáng)度下降。由于天然降雨的情況較為復(fù)雜，如雨滴的大小、降雨密度、降雨強(qiáng)度等都不同，因此要使人工降雨完全模擬天然降雨的情況是很困難的。另外，下雨時常伴有大風(fēng)，風(fēng)力從３～４級至７~８級不等。還有臺風(fēng)、強(qiáng)臺風(fēng)、颶風(fēng)等自然現(xiàn)象，故雨水下落時一般不與地垂直，因而要求人工降雨時雨滴下落方向也不與地面垂直。而與被測試產(chǎn)品成一定夾角。3.1.2降雨時間試驗(yàn)時間的長短直接影響試驗(yàn)結(jié)果的合理性，試驗(yàn)時間過長則不符合自然降雨的情況；太短則雨水不能進(jìn)入被試產(chǎn)品，達(dá)不到考核的效果。另外，在自然降雨時，由于每次降雨方向不可能相同，這就是使被試產(chǎn)品表面受雨淋的情況也不同，因而我們在試驗(yàn)時將被試產(chǎn)品置于正常使用的狀態(tài)。3.1.3水的溫度一般情況下，較大降雨強(qiáng)度出現(xiàn)在溫度較高的夏季，但由于降雨時，雨水能調(diào)節(jié)溫度，因而降到地面的雨水溫度不會太高，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)時，則對水的溫度可不必進(jìn)行控制，但水的溫度應(yīng)盡量接近被試產(chǎn)品的溫度，以減少被試產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生冷凝水的可能。一般試驗(yàn)用水的溫度應(yīng)為15℃±10℃。

3.1.4水的壓力防水試驗(yàn)裝置壓力是靠自來水供給的，有時壓力大，有時壓力小，波動性很大，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的供給產(chǎn)品的水壓，所以我們需要特別設(shè)計積水穩(wěn)壓裝置。不但能源源不斷地供給水，而且能定期保持試驗(yàn)需要的規(guī)定水壓，保證試驗(yàn)在正常的水壓下進(jìn)行?？傊?，燈具外殼防護(hù)等級試驗(yàn)參數(shù)是以多年來氣象資料作為依據(jù)，并盡可能地模擬較嚴(yán)酷的自然條件，同時適當(dāng)考慮試驗(yàn)的加速性和重復(fù)性來考核產(chǎn)品的。

3.2防水試驗(yàn)方法燈具外殼防護(hù)等級試驗(yàn)用IPXX表示，其中第一位數(shù)字表示燈具防塵等級，第二位數(shù)字表示防水等級，試驗(yàn)時應(yīng)用清水進(jìn)行。3.2.1準(zhǔn)備階段（1）產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定對被試產(chǎn)品進(jìn)行外觀或其它規(guī)定的檢查，除IPX8可用點(diǎn)燈或其他適當(dāng)?shù)姆椒訜釤艟?，使燈具外殼的溫度超過試驗(yàn)桶內(nèi)的水溫5℃～10℃以外，其各類被試產(chǎn)品進(jìn)行第２位特征數(shù)值試驗(yàn)前，整個燈具包括光源在內(nèi)應(yīng)在額定電壓下點(diǎn)燃至穩(wěn)定的工作溫度；（2）進(jìn)行防水試驗(yàn)時燈具應(yīng)按正常使用安裝和接線，并置于最不利位置，裝好防護(hù)半透明罩；（3）安裝時燈需體與安裝表面接觸的固定式燈具，在防水試驗(yàn)時用金屬網(wǎng)隔板插在燈具和安裝表面之間，隔板的外形、尺寸應(yīng)至少等于燈具的投影面積；（4）安裝說明書中規(guī)定，防滴水燈具是安裝于頂棚或天棚下面的，燈具應(yīng)固定在一塊平板的下側(cè)，平板的尺寸應(yīng)比燈具與安裝表面相接觸部分的周邊寬10mm；（5）嵌入式燈具凹槽內(nèi)的部件和凸出凹槽的部件，應(yīng)根據(jù)制造廠安裝說明書中對IP分類的規(guī)定各自試驗(yàn)，在進(jìn)行防水試驗(yàn)時，可能有必要將凹槽內(nèi)的部件封閉在一個盒子里；（6）若有密封壓蓋，應(yīng)該用施加于密封壓蓋的扭矩的三分之二擰緊；（7）除玻璃罩的手動固定螺釘以外，外罩的固定螺釘應(yīng)按規(guī)定的三分之二擰緊。3.2.2試驗(yàn)階段：防水試驗(yàn)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)（1）第二位特征數(shù)字為０時的試驗(yàn)：第二位特征數(shù)字為０時不做試驗(yàn)。（2）第二位特征數(shù)字為１時的試驗(yàn)：試驗(yàn)用防滴原理制成的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備底部的滴水分布相當(dāng)均等，降水量約為每分鐘３mm。燈具按正常使用位置放在滴水試驗(yàn)設(shè)備下面，水滴自燈具頂部上方200mm高處垂直落下，支撐物應(yīng)小于樣品。設(shè)備底部應(yīng)大于樣品的水平投影面，試驗(yàn)持續(xù)時間為10min。（3）第二位特征數(shù)字為２時的試驗(yàn)：滴水試驗(yàn)設(shè)備與同上，降水量也為每分鐘３mm，燈具應(yīng)在四個傾斜的固定位置各試驗(yàn)2.5min，這四個位置在兩個互相垂直的平面上與垂線各傾斜15°，總的時間持續(xù)10min。（4）第二位特征數(shù)字為３時的試驗(yàn)：①采用按防淋原理制成的防淋防濺設(shè)備。使用的半圓環(huán)管子的半徑應(yīng)盡可能小，使與所試驗(yàn)燈具的位置大小協(xié)調(diào)。圓環(huán)到管子須打孔，使水直接噴向圓心，設(shè)備入口的水壓約為0.08Mpa。環(huán)形管應(yīng)能產(chǎn)生120°擺動，垂直線兩邊各為60°，完成一個搖擺周期（2×120°）約4ｓ。燈具安裝在管子旋轉(zhuǎn)軸線以上，使水足夠噴滿燈具端部。在試驗(yàn)時，燈具應(yīng)能以每分鐘一轉(zhuǎn)的速率繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。噴水時間為10min，然后切斷燈具電源，允許燈具自然冷卻。同時繼續(xù)噴水10min。②采用手持式防淋原理制成的淋水設(shè)備。本試驗(yàn)進(jìn)行時應(yīng)裝上活動擋板。調(diào)節(jié)水壓使流量為每分鐘10±0.5Ｌ（壓力約0.05～0.15Mpa）。試驗(yàn)持續(xù)時間按外殼表面積計算（不包括安裝面積），為１min/m2，但至少為５min。（5）第二位特征數(shù)字為4時的試驗(yàn)：①采用防淋防濺設(shè)備，將水從各方面噴射燈具10min，方法如第二位特征數(shù)字為3時的試驗(yàn)所述。燈具應(yīng)裝在管子旋轉(zhuǎn)軸線以下，使水足夠噴滿燈具端部。環(huán)形管應(yīng)能產(chǎn)生幾乎是360°的擺動，垂直線兩邊各為180°擺動，周期（２×360°）時間約8ｓ，水壓為0.08Mpa。在試驗(yàn)時，燈具應(yīng)能以每分鐘一轉(zhuǎn)的速率繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。為避免樣品的支撐物成為擋水板，應(yīng)將其作成格柵狀。經(jīng)10min試驗(yàn)后，切斷燈具電源，允許燈具自然冷卻，同時繼續(xù)噴水10min；②采用手持式防濺試驗(yàn)設(shè)備。從噴頭上除去活動擋板，使被試產(chǎn)品外殼在可能的方向都受到噴水。流量和每單位面積噴水時間與第二位特征數(shù)字為３時的相同；（6）第二位特征數(shù)字為５時的試驗(yàn)：切斷燈具電源，立即用防噴和防強(qiáng)噴設(shè)備上帶有噴嘴的軟管從各方向噴射燈具。條件如下：噴嘴內(nèi)徑（D′）6.3mm噴嘴水壓約0.03Mpa,噴射時間１５min噴嘴離測試品距離３ｍ。（7）第二位特征數(shù)字為６時的試驗(yàn)：切斷燈具電源，立即用按防強(qiáng)噴原理制成的帶有噴嘴的軟管從各方向噴射燈具。條件如下：噴嘴內(nèi)徑（D′）為12.5mm噴嘴水壓為約0.1Mpa；噴射時間：３min噴嘴離測試品距離：３ｍ。（8）第二位特征數(shù)字為７時的試驗(yàn)：采用水箱，水密燈具切斷燈具電源，立即將整個燈具浸入水中30min，燈具的頂部入水深至少150mm，最下面部位距水面至少有１ｍ。燈具應(yīng)以正常安裝方式保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。使用管形熒光燈的燈具?yīng)使漫射器朝上，水平放置于水面下１ｍ。（9）第二位特征數(shù)字為８時的試驗(yàn)：采用壓力試驗(yàn)罐，壓力水密燈具，用點(diǎn)燈或其他適當(dāng)?shù)姆椒訜釤艟?，使燈具外殼的溫度超過試驗(yàn)箱內(nèi)的水溫5℃～10℃。然后，切斷燈具電源，燈具承受相當(dāng)于其額定最大浸入深度所產(chǎn)生壓力的1.3倍水壓，時間為30min。3.3淋雨試驗(yàn)注意事項(xiàng)（1）試驗(yàn)應(yīng)用清水進(jìn)行，水溫應(yīng)盡量與被試產(chǎn)品的溫度接近。一般在5℃～25℃范圍內(nèi)，以減少被試產(chǎn)品內(nèi)部的冷凝水；（2）試驗(yàn)前必須清除被試產(chǎn)品水密結(jié)合處的灰塵和