第四节 环境技术
环境技术是研究环境与电气产品的相互影响，为电气产品的安全可靠和质量保证提供环境条件的技术数据和相应的环境试验技术，并研究提高产品环境适应性的相应防护措施。
一、环境条件
环境条件是指产品在储存、运输和使用场所的物理、化学和生物等条件，例如气候、生物、化学、机械等环境条件。每一种环境条件由各种环境因素的不同等级参数值表示，如气候环境条件通常是由温度、湿度、气压、太阳辐射强度、沙尘、雨量等参数值组成。
二、环境影响
1.温度的影响
低温———引起结冰，使材料收缩、变硬或发脆；油类黏度增大或凝固；产品的电性能或机械性能变坏（如密封失效、磨损或润滑性能改变）。
高温———使材料氧化、干裂、裂解，或软化、熔化、升华，造成产品的绝缘老化，电性能下降，轴承润滑油或脂泄漏，电缆头密封胶流失等。
温度突变———会使产品机械结构变形、开裂，瓷绝缘子破裂。在高湿度条件下温度的突变，将使产品表面凝露，加速潮湿的影响。
2.湿度的影响
在一定温度下，当空气中水蒸气含量增加时，潮气便渗透、扩散进入材料内部而引起产品理化性能的变化。例如：用作结构材料中的塑料，在受潮后变色、变形或膨胀，使产品外观变坏或发生机构失灵；又如绝缘材料受潮后，使产品电性能下降，绝缘电阻和电击穿强度降低，介质损失角增大等。
当空气中相对湿度达到90%以上或接近饱和时，遇到温度波动，将使材料表面水蒸气凝露形成水膜，引起材料的表面电阻下降，金属表面腐蚀，导致电工产品表面放电、闪络或金属结构件锈蚀失灵，电触点接触不良等现象。
当相对湿度为80%～90%、温度为25～30℃时，霉菌将旺盛地繁殖，它破坏产品的外观，同时使某些电子产品性能受到影响。
常用金属腐蚀的临界湿度是：铁为70%～75%，锌为65%，铝为60%～65%；当超
过临界值时，其腐蚀速度将成倍增加。
当湿度低到30%以下时，木材、皮革、塑料和绝缘材料制品会产生干燥收缩，变形，甚至龟裂。
3.大气压力的影响
高原地区的气压随海拔高度增加而降低。低气压将引起材料膨胀，从而造成容器变形或机械故障，它还使空气介电强度下降，造成开关灭弧困难，直流电机换向恶化；在高电压下低气压的空气容易放电，使绝缘子产生电晕。
海拔低于海平面的场所，气压将随深度增加而增高。在高气压环境中材料将被压缩变形，造成产品机械故障或密封性能降低而失效。
4.太阳辐射的影响
其影响可分为热效应和光效应。热效应的影响和高温相同。光效应在与氧、水汽同时作用下，使有机材料表面迅速劣化、脆化和退色，材料使用寿命下降。
5.雨水的影响
雨水从产品外壳的交接面或密封面渗入；引起内部零部件腐蚀，密封材料或润滑脂变质；还会影响户外高压电器的湿放电压下降。毛毛雨使产品表面形成污染的水层和高压绝缘子的外绝缘闪络。强雨对外壳结构产生水击作用。
6.雪、冰的影响
细小的雪晶在产品外壳合缝处有渗透作用，当进入运转中设备时融成水，在停机后便冻结，影响设备性能和安全。户外隔离开关受冰雪作用会使分合困难，还影响触头导电性能而使局部发热或触头机械损伤。冰雪还影响户外产品的外绝缘性能，如产品电气间隙覆盖冰雪时，其放电电压随着冰雪电阻率的减小而降低，当冰雪受污秽时更为严重。积在绝缘子瓷裙上的雪花，融化时遇气温骤降至-4℃以下，会形成冰串而引起闪络。
7.污秽空气的影响
空气中腐蚀气体有盐雾、二氧化硫、硫化氢、氯气、盐酸、氨气、臭氧和氧化氮等。在潮湿大气中（最大相对湿度高于70%），这些气体就会加速腐蚀金属材料，破坏产品外观和机构操作，同时还严重地影响电触点的导电性能。
8.机械力（冲击、振动和加速度）的影响
由于机械力的作用使产品结构松动或疲劳损坏；在振动时有可能产生共振，更加剧上述破坏效应。冲击力还会使电接触点位移或变形，造成电气故障。
9.雷电的影响
直接雷击或受雷电感应造成的过电压，使产品内部绝缘击穿或外绝缘闪络。雷电流使产品烧坏，或产生强大电动力使导电部分变形和损坏。闪电雷击的电磁波会干扰无线电通信。
三、自然环境条件分类和分级
自然环境条件是指由地理或气候因素形成的环境参数值的组合。根据其对产品影响特点确定其标准参数值或划分气候分区，供设计者选择应用环境条件等级时参考。IEC 721-2将自然环境条件按温度和湿度、降雨和风、气压、太阳辐射和温度、沙尘、盐雾、风、地震引起的振动和冲击、植物、生物和霉菌等种类组合分别进行标准定值和分区。参考IEC的标准，我国已制定了GB/T4797系列标准，包括《温度和湿度》及《生物环境条件》等。
按温度和湿度的不同，GB/T4797.1—2005将我国的自然气候分成6个区，见表1 31所示。我国主要城市所属自然气候分区见表132所示。
表1 31
中国温湿度气候分区的标准参数
表1 32
我国主要城市所属的温湿度气候分区一览表
四、应用环境条件分类和分级
应用环境条件是指产品在运输、储存过程中或在不同场所工作时所处的真实环境条件。它常是自然环境条件和产品所处场所由于其他原因产生的诱发环境条件的综合结果；例如在热带潮湿的自然地区具有空调装置的办公室和一般无空调的室内，其应用环境条件就不一样了。
为了能正确表达千变万化的应用环境条件，国际电工委员会创立了一种应用环境条件标准体系，也称环境条件的组合。我国参照IEC标准，制定了GB/T4798《电工电子产品应用环境条件》系列标准，参见表133。
表1 33
电工电子产品应用环境条件体系标准
五、环境试验
1.环境试验的目的和分类
环境试验的目的是鉴定电工产品在储存、运输和使用环境中的适应能力，并提供质量保证和安全可靠性评价的数据。
环境试验可分为两大类：
（1）自然暴露试验（现场试验）。它是将样品安置在典型的自然环境条件下（或工作现场），定期检查其受环境影响后的性能变化。这种环境试验结果较为真实，但时间太长、耗费太大，一般多用于材料试验。有关自然环境试验的细节要求，可参见GB/T3681—2011《塑料自然暴露试验方法》。
（2）人工模拟环境试验。这是利用特制的装置，模拟并加速单一或综合环境因素对产品影响的试验。由于真实环境的复杂多变，人工试验要重现它的作用机理较困难。为保证试验不歪曲真实环境的影响机理，保证在不同情况下的重现性，需统一规定试验程序和操作准则。GB2421～GB2424《基本环境试验规程》是指导人工模拟环境试验的基础标准。
2.人工模拟环境试验
在基本环境试验规程的系列标准中，GB2423《试验方法》规定了各项人工模拟试验的详细内容和技术，GB2424《导则》则对试验方法的机理、选用和试验技术提供指导。人工环境试验可分如下几大类：
（1）气候环境试验：有温度、湿度、低气压、太阳辐射试验等。（2）机械环境试验：有冲击、振动、碰撞、加速度试验等。
（3）大气腐蚀试验：有盐雾、硫化氢、二氧化硫试验等。（4）生物环境试验：有长霉试验等。
（5）耐燃、耐火环境试验。
六、环境保护
1.环境保护的原则
为保证产品在恶劣环境下安全可靠地工作，设计和生产中要考虑与环境条件相适应的防护措施。这可以是改善局部环境，也可以是加强产品本身防护能力。不论哪种方法，均应遵循下述原则：
（1）科学地分析产品的环境条件，正确地确定各项环境参数值，使防护方案尽可能经济合理。为了更有效地组织生产，环境条件要尽可能应用GB4798《电工电子产品应用环境条件》中规定的等级。
（2）比较各种防护措施的经济效果，选择最优的方案。大型或精密的设备，若采用改善环境条件的方案，可能较整机采取复杂的防护措施更为经济和简便。
（3）人工环境试验方法是快速地检验环境防护质量的有效方法，但必须合理应用。在应用或设计组合顺序时，要熟悉各项环境试验技术及其相互之间的关系。
2.环境保护措施（1）环境控制
将局部环境改善到适宜于产品能正常可靠运行的程度，称为环境控制。例如可加装空调设备等，使产品所处场所免受恶劣气候影响；在产品外壳内安装加热器以防潮；将产品安装在减振器上，以减少机械环境应力影响。对储存或运输环境可采取改善包装办法，如抽真空、充惰性气体或加入吸潮剂和缓蚀剂等。
（2）产品设计
改进产品结构设计，可以减弱或防止恶劣环境的影响。GB4208—1984《外壳防护等级》规定了产品防护等级及相应的检验方法，其中IP51以上外壳防护等级都有一定的气候防护能力；又如船用电器，在可动部分加平衡锤或其他结构的加强措施，以防止机械环境应力造成的误动作。密封结构更是被经常采用的一种防护措施。
防爆电工产品可按表134分为不同防爆型式或它们的复合型式。防爆型式有两类：Ⅰ类—煤矿用电工产品，Ⅱ类—工厂用电工产品。后者按其适用于爆炸性气体混合物的最大试验安全间隙或最小点燃电流比较，分为A、B、C三级，并按其最高表面引燃温度分为T1～T6六组。防爆电工产品的分类，见表134。
表1 34
防爆电工产品的型式
① 增安型相当于旧标准中的防爆安全型，本质安全型相当于旧标准中的安全火花型，正压型相当于旧标准中的防
爆通风型或充气型，而在分级分组上有所修改。
② ia指在正常工作、一个故障和两个故障时，均不能点燃周围爆炸性气体混合物的等级。ib指在正常工作、一个
故障时，不能点燃周围爆炸性气体混合物的等级。