电气设备外壳防护等级及试验方法

电气设备外壳防护等级及试验方法摘要：简述了电气设备外壳防护等级（IP代码）概念及其体系设置，分析了防护原理，以灯具为例对外壳防护等级试验方法进行了讨论。关键词：外壳防护等级试验

方法在南京长江隧道机电工程中，我们接触到大量关于设备外壳防护等级的技术要求，例如：隧道灯具及户外泛光灯IP65、可变情报板及限速板IP66、双波长红外火焰探测器IP67、地埋式变压器及排污泵IP68、户内配电箱及控制柜IP55。IP代码所表达的具体含义是什么？防护等级的分级系统是如何设置的？设备防护等级如何检验？在设备选型、定购、检验及验收等场合，都不可忽视防护等级。因此，有必要全面了解其概念、体系和试验方法。1外壳防护等级概念IP（INTERNATIONALPROTECTION）代码系统是由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）拟定，表明外壳对人接近危险部件、防止固体异物或水进入的防护等级以及与这些防护有关的附加信息的代码系统。我国全国电气安全标准化技术委员会（SAC/TC25）制定GB4208-2008《外壳防护等级（IP代码）》标准，等同采用IEC60529:2001《外壳防护等级（IP代码）》(英文版)，该标准的全部技术内容为强制性，适用于额定电压不超过72.5KV、借助外壳防护的电气设备的防护分级。IP代码第一位特征数字表示防止接近危险部件和防止固定异物进入的防护等级，其包括两层含义，一是指对人提供防护：设备外壳通过防止人体的一部分或人手持物体接近危险部件而受到触电、击伤等人体伤害，二是指对设备提供防护：设备外壳通过防止固体异物进入而使设备受到损害；第二位特征数字表示设备外壳防止由于进水而对设备造成有害影响的防护等级。数字越大表示其防护等级越高。例如上述可变情报板防护等级为IP66，两位特征数字66含义分别为“尘密”、“防猛烈喷水”，第一位特征数字6“尘密”对人提供防护程度意为“防止金属线接近危险部件，直径1.0mm的试具不得进入壳内”、对设备提供防护意为“无灰尘进入”，第二位特征数字6“防猛烈喷水”对设备提供防水保护意为“向外壳各个方向强烈喷水无有害影响”，该防护等级可保证户外可变情报板在大风、扬尘、暴雨环境不受侵入损害；控制柜防护等级IP55，两位特征数字55含义分别为“防尘”、“防喷水”，第一位特征数字5“防尘”对人提供防护程度意思也是“防止金属线接近危险部件，直径1.0mm的试具不得进入壳内”、对设备提供防护意思而是“不能完全防止尘埃进入，但进入的灰尘量不得影响设备的正常运行，不得影响安全”，第二位特征数字5“防喷水”对设备提供防水保护意为“向外壳各个方向喷水无有害影响”，该防护等级可保证户内配电箱及控制柜在室内正常环境下稳定工作。2IP代码体系IP代码由代码字母IP、第一位特征数字、第二位特征数字、附加字母、补充字母组成。不要求规定特征数字时，该处由字母“X”代替（如果两个字母都省略则用“XX”表示）。附加字母和（或）补充字母省略，不需代替。当使用一个以上的补充字母时，应按字母顺序排列。当外壳采用不同安装方式提供不同的防护等级时，制造厂应在相应安装方式的说明书上表明该防护等级。IP代码各要素的简要说明见表2-1，IP代码配置见图2-1。表2-1IP代码各要素及含义简表组成数字或字母对人员防护的含义对设备防护的含义代码字母IP------第一位特征数字防止接近危险部件防止固定异物进入0无防护无防护1手背≥直径50mm2手指≥直径12.5mm3工具≥直径2.5mm4金属线≥直径1.0mm5金属线防尘6金属线沉密第二位特征数字防止进水造成有害影响0无防护1垂直滴水215°滴水3淋水4溅水5喷水6猛烈喷水7短时间浸水8连续浸水附加字母（可选择）防止接近危险部件A手背B手指C工具D金属线补充字母（可选择）专门补充的信息H高压设备M做防水试验时试样运行S做防水试验时试样静止W气候条件

IP65AH图2-1IP代码配置图我们通常接触的防护等级代码要素是第一位特征数字、第二位特征数字；附加字母表示对人接近危险部件的防护等级，仅用于以下情境：①、接近危险部件的实际防护高于第一位特征数字代表的防护等级，②、第一位特征数字用“X”代替，仅需表示对接近危险部件的防护等级；补充字母表示补充的内容，补充内容应与IP代码标准一致，产品标准应明确说明进行该级试验的补充要求。各代码要素所示防护等级见表2-2、表2-3、表2-4、表2-5、表2-6。表2-2第一位特征数字所表示的对接近危险部件的防护等级第一位特征数字防护等级简要说明含义0无防护———1防止手背接近危险部件直径50mm球形试具应与危险部件有足够间隙2防止手指接近危险部件直径12mm，长80mm的铰接试指应与危险部件有足够间隙3防止工具接近危险部件直径2.5mm的试具不得进入壳内4防止金属线接近危险部件直径1.0mm的试具不得进入壳内5防止金属线接近危险部件直径1.0mm的试具不得进入壳内6防止金属线接近危险部件直径1.0mm的试具不得进入壳内注：第一位特征数字为3-6时，如试具与壳内危险部件有足够间隙则认为符合要求。表2-3第一位特征数字所表示的防止固体异物进入的防护等级第一位特征数字防护等级简要说明含义0无防护———1防止直径≥50mm的固体异物直径50mm球形物体试具不得完全进入壳内2防止直径≥12.5mm的固体异物直径12.5mm的球形物体试具不得完全进入壳内3防止直径≥2.5mm的固体异物直径2.5mm的物体试具完全不得进入壳内4防止直径≥1.0mm的固体异物直径1.0mm的物体试具完全不得进入壳内5防尘不能完全防止尘埃进入，但进入的灰尘量不得影响设备的正常运行，不得影响安全6尘密无灰尘进入注：物体试具的直径部分不得进入外壳的开口。表2-4第二位特征数字所表示的防止水进入的防护等级第二位特征数字防护等级简要说明含义0无防护———1防止垂直方向滴水垂直方向滴水应无有害影响2防止当外壳在15°范围内倾斜时垂直方向滴水当外壳的各垂直面在15º范围内倾斜时，垂直方向滴水应无有害影响3防淋水各垂直面在60º范围内淋水，无有害影响4防溅水向外壳各方向溅水无有害影响5防喷水向外壳各方向喷水无有害影响6防强烈喷水向外壳各方向强烈喷水无有害影响7防短时间浸水影响浸入规定压力的水中经规定时间后外壳进水量不致达有害程度8防持续浸水影响按生产厂和用户双方同意的条件（应比特征数字为7时严酷）持续潜水后进水量不致达有害程度表2-5附加字母所表示的对接近危险部件的防护等级附加字母防护等级简要说明含义A防止手背接近直径50mm球形试具应与危险部件有足够间隙B防止手指接近直径12mm，长80mm的铰接试指应与危险部件有足够间隙C防止工具接近直径2.5mm，长100mm的铰接试指应与危险部件有足够间隙D防止金属线接近直径1.0mm，长100mm的铰接试指应与危险部件有足够间隙表2-6补充字母所表示的含义补充字母含义H高压设备M防水试验在设备的可动部件（如旋转电机的转子）运动时进行S防水试验在设备的可动部件（如旋转电机的转子）静止时进行W提供附加防护或处理以适用于规定的气候条件例如设备外壳带有代码：IP23CS，其表示的含义：第一位数字代码2：防止手指接近危险部件，防止直径≥12.5mm的固体异物进入外壳。第二位数字代码3：防止淋水对壳内设备的有害影响。附加字母C:防止人手持直径不小于2.5mm，长度不超过100mm的工具接近危险部件（工具应全部穿过外壳，直至挡盘）。补充字母S:防止进水造成有害影响的试验是在设备的所有部件静止时进行。3外壳防护等级试验方法设备到货防护等级检验一直是一个难点，南京地区附近具有防护等级法定试验资质的单位仅有苏州电器科学研究院（国家电器产品质量监督检验中心）。我们对设备的防护等级试验主要寄予出厂前检验，此前须选择满足项目需要的产品供方。在此以灯具为例，介绍防护等级试验环境设计及方法步骤。安装在室外的灯具会受到大风、扬尘、雨雾等的环境影响，如果灯具无法抵御这些自然侵蚀，就有可能会使灯具发生故障或损坏，从而影响产品使用寿命。户外灯具出厂前必须作防护等级试验，特别是防水试验。3.1防水试验环境参数的确定3.1.1降雨的强度和方向

降雨强度是根据天然降雨条件和达到试验的加速性来考虑的。我国气象资料表明，某些地区的极端降雨情况为10min内最大降雨量可达50mm；１小时内最大降雨量可达116mm；24h内最大降雨量可达466mm；72h内最大降雨量可达1000mm。从上述数据可知，大的降雨强度的出现时间很短，随着降雨时间的增加，平均降雨强度下降。由于天然降雨的情况较为复杂，如雨滴的大小、降雨密度、降雨强度等都不同，因此要使人工降雨完全模拟天然降雨的情况是很困难的。另外，下雨时常伴有大风，风力从３～４级至７~８级不等。还有台风、强台风、飓风等自然现象，故雨水下落时一般不与地垂直，因而要求人工降雨时雨滴下落方向也不与地面垂直。而与被测试产品成一定夹角。3.1.2降雨时间试验时间的长短直接影响试验结果的合理性，试验时间过长则不符合自然降雨的情况；太短则雨水不能进入被试产品，达不到考核的效果。另外，在自然降雨时，由于每次降雨方向不可能相同，这就是使被试产品表面受雨淋的情况也不同，因而我们在试验时将被试产品置于正常使用的状态。3.1.3水的温度一般情况下，较大降雨强度出现在温度较高的夏季，但由于降雨时，雨水能调节温度，因而降到地面的雨水温度不会太高，根据标准试验条件进行试验时，则对水的温度可不必进行控制，但水的温度应尽量接近被试产品的温度，以减少被试产品内部产生冷凝水的可能。一般试验用水的温度应为15℃±10℃。

3.1.4水的压力防水试验装置压力是靠自来水供给的，有时压力大，有时压力小，波动性很大，不能满足标准规定的供给产品的水压，所以我们需要特别设计积水稳压装置。不但能源源不断地供给水，而且能定期保持试验需要的规定水压，保证试验在正常的水压下进行。总之，灯具外壳防护等级试验参数是以多年来气象资料作为依据，并尽可能地模拟较严酷的自然条件，同时适当考虑试验的加速性和重复性来考核产品的。

3.2防水试验方法灯具外壳防护等级试验用IPXX表示，其中第一位数字表示灯具防尘等级，第二位数字表示防水等级，试验时应用清水进行。3.2.1准备阶段（1）产品技术条件规定对被试产品进行外观或其它规定的检查，除IPX8可用点灯或其他适当的方法加热灯具，使灯具外壳的温度超过试验桶内的水温5℃～10℃以外，其各类被试产品进行第２位特征数值试验前，整个灯具包括光源在内应在额定电压下点燃至稳定的工作温度；（2）进行防水试验时灯具应按正常使用安装和接线，并置于最不利位置，装好防护半透明罩；（3）安装时灯需体与安装表面接触的固定式灯具，在防水试验时用金属网隔板插在灯具和安装表面之间，隔板的外形、尺寸应至少等于灯具的投影面积；（4）安装说明书中规定，防滴水灯具是安装于顶棚或天棚下面的，灯具应固定在一块平板的下侧，平板的尺寸应比灯具与安装表面相接触部分的周边宽10mm；（5）嵌入式灯具凹槽内的部件和凸出凹槽的部件，应根据制造厂安装说明书中对IP分类的规定各自试验，在进行防水试验时，可能有必要将凹槽内的部件封闭在一个盒子里；（6）若有密封压盖，应该用施加于密封压盖的扭矩的三分之二拧紧；（7）除玻璃罩的手动固定螺钉以外，外罩的固定螺钉应按规定的三分之二拧紧。3.2.2试验阶段：防水试验按标准规定的方法进行试验（1）第二位特征数字为０时的试验：第二位特征数字为０时不做试验。（2）第二位特征数字为１时的试验：试验用防滴原理制成的试验设备进行，试验设备底部的滴水分布相当均等，降水量约为每分钟３mm。灯具按正常使用位置放在滴水试验设备下面，水滴自灯具顶部上方200mm高处垂直落下，支撑物应小于样品。设备底部应大于样品的水平投影面，试验持续时间为10min。（3）第二位特征数字为２时的试验：滴水试验设备与同上，降水量也为每分钟３mm，灯具应在四个倾斜的固定位置各试验2.5min，这四个位置在两个互相垂直的平面上与垂线各倾斜15°，总的时间持续10min。（4）第二位特征数字为３时的试验：①采用按防淋原理制成的防淋防溅设备。使用的半圆环管子的半径应尽可能小，使与所试验灯具的位置大小协调。圆环到管子须打孔，使水直接喷向圆心，设备入口的水压约为0.08Mpa。环形管应能产生120°摆动，垂直线两边各为60°，完成一个摇摆周期（2×120°）约4ｓ。灯具安装在管子旋转轴线以上，使水足够喷满灯具端部。在试验时，灯具应能以每分钟一转的速率绕垂直轴旋转。喷水时间为10min，然后切断灯具电源，允许灯具自然冷却。同时继续喷水10min。②采用手持式防淋原理制成的淋水设备。本试验进行时应装上活动挡板。调节水压使流量为每分钟10±0.5Ｌ（压力约0.05～0.15Mpa）。试验持续时间按外壳表面积计算（不包括安装面积），为１min/m2，但至少为５min。（5）第二位特征数字为4时的试验：①采用防淋防溅设备，将水从各方面喷射灯具10min，方法如第二位特征数字为3时的试验所述。灯具应装在管子旋转轴线以下，使水足够喷满灯具端部。环形管应能产生几乎是360°的摆动，垂直线两边各为180°摆动，周期（２×360°）时间约8ｓ，水压为0.08Mpa。在试验时，灯具应能以每分钟一转的速率绕垂直轴旋转。为避免样品的支撑物成为挡水板，应将其作成格栅状。经10min试验后，切断灯具电源，允许灯具自然冷却，同时继续喷水10min；②采用手持式防溅试验设备。从喷头上除去活动挡板，使被试产品外壳在可能的方向都受到喷水。流量和每单位面积喷水时间与第二位特征数字为３时的相同；（6）第二位特征数字为５时的试验：切断灯具电源，立即用防喷和防强喷设备上带有喷嘴的软管从各方向喷射灯具。条件如下：喷嘴内径（D′）6.3mm喷嘴水压约0.03Mpa,喷射时间１５min喷嘴离测试品距离３ｍ。（7）第二位特征数字为６时的试验：切断灯具电源，立即用按防强喷原理制成的带有喷嘴的软管从各方向喷射灯具。条件如下：喷嘴内径（D′）为12.5mm喷嘴水压为约0.1Mpa；喷射时间：３min喷嘴离测试品距离：３ｍ。（8）第二位特征数字为７时的试验：采用水箱，水密灯具切断灯具电源，立即将整个灯具浸入水中30min，灯具的顶部入水深至少150mm，最下面部位距水面至少有１ｍ。灯具应以正常安装方式保持在适当的位置上。使用管形荧光灯的灯具应使漫射器朝上，水平放置于水面下１ｍ。（9）第二位特征数字为８时的试验：采用压力试验罐，压力水密灯具，用点灯或其他适当的方法加热灯具，使灯具外壳的温度超过试验箱内的水温5℃～10℃。然后，切断灯具电源，灯具承受相当于其额定最大浸入深度所产生压力的1.3倍水压，时间为30min。3.3淋雨试验注意事项（1）试验应用清水进行，水温应尽量与被试产品的温度接近。一般在5℃～25℃范围内，以减少被试产品内部的冷凝水；（2）试验前必须清除被试产品水密结合处的灰尘和