1. 环境条件的定义和分类
环境条件是指产品在贮存、运输和使用场所的物理、化学和生物等条件,例如气候环境条件、生物环境条件、化学、机械等环境条件。每一种环境条件由各种坏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、砂尘、雨量等参数值组成。
2.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;油类粘度增大或凝固;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温度的影响。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。
当空气中相对湿度到达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中容易放电,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腐蚀大气的影响。大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,同时还严重的影响电触点的导电性能。
⑧爆炸性混合物的影响。煤矿井下的甲烷、氢、煤尘,化学工业中的乙炔、二氧化碳、水煤气、石油等易燃易爆和面粉厂中的粉尘等物质,在大气中与空气混合而成为爆炸性混合物。当电工产品在这类环境中工作而产生火花、电弧或危险温度时,就有爆炸危险。
⑨霉菌、昆虫及其他有害动物的影响。霉菌分泌物会污染产品外表,甚至引起纤细金属导线腐蚀。霉菌细胞中包含大量水分的菌缘体及其在代谢过程分泌的酸性物质,使材料绝缘性能下降,光学仪器镜头长霉,损坏光学玻璃透光性能。
白蚁、木蜂和长蠢虫以及老鼠、蟑螂、树蛙和壁虎等,都会咬穿地下塑料电缆及铅包电缆,或进入电机、高低压开关柜造成电气短路。
⑩机械力(冲击、振动和加速度)的影响。由于机械力作用使产品结构松动或疲劳破坏;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。
(11)雷电的影响。直接雷击或受雷击感应造成的过电压,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。
3. 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。IEC721-2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、砂尘、盐雾、风、地震引起的振动和冲击、植物、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,我国已制订了GB4794.1-84《温度和湿度》及GB4797. ×-××《生物环境条件》等。
①温度和湿度
表1 中国温湿度气候分区的标准参数
环境参数 |
气候分区 |
寒冷 |
寒温 |
|
干热 |
亚湿热 |
湿热 |
Ⅰ |
Ⅲ |
日年 平极 均值 值平 的均 |
低温/℃ 高温/℃ RH>95%时最高温度/℃ 最大绝对湿度/(g/m3) |
-40 25 15 17 |
-29 29 -18 19 |
-26 22 6 10 |
-15 32 24 24 |
-15 35 - 13 |
-5 35 25 25 |
7 35 26 26 |
续表
环境参数 |
气候分区 |
寒冷 |
寒温 |
|
干热 |
亚湿热 |
湿热 |
Ⅰ |
Ⅲ |
年 极 值 的 平 均 绝 对 极 值 |
低温/℃ 高温/℃ RH>95%时最高温度/℃ 最大绝对湿度/(g/m3) |
-50 35 20 18 |
-33 37 23 21 |
-33 31 12 11 |
-20 38 26 26 |
-22 40 15 17 |
-10 40 27 27 |
5 40 28 28 |
低温/℃ 高温/℃ RH>95%时最高温度/℃ 最大绝对湿度/g/m3 |
-55 40 23 22 |
-40 40 26 25 |
-45 34 15 15 |
-30 45 28 29 |
-30 45 20 20 |
15 45 29 29 |
0 40 29 29 |
表2 我国主要城市所属的温湿度气候分区一览表
气候分区 |
主要大城市 |
寒冷 |
漠河、呼玛、嫩江、伊春、图里河、海拉尔、阿勒泰 |
寒温Ⅰ |
博克图、齐齐哈尔、哈尔滨、通河、牡丹江、长春、沈阳、呼和浩特、银川、张掖、酒泉等 |
寒温Ⅱ |
大柴旦、噶尔、帕里、五台山等 |
暖温 |
丹东、北京、石家庄、太原、济南、延安、西安、兰州、安阳、宝鸡、徐州、峨嵋山、昆明、拉萨、黄山、庐山等 |
干热 |
哈密、喀什、和田、吐鲁番、库尔勒等 |
亚湿热 |
南京、上海、合肥、宜昌、汉口、长沙、赣州、南昌、南宁、桂林、贵阳、成都、重庆、杭州、福州、舟山、韶关、梅 县、广州、汕头等 |
湿热 |
上川岛、湛江、海口等 |
②生物
表3 我国生物环境条件分区
分区 |
气候条件 |
危害条件 |
分布地区 |
B1 |
气候条件复杂,多数为干旱地区,如南 温带、中温带或高原气候区 |
鼠类 |
北起额尔古纳河、海拉尔、锡林浩特、呼 和浩特、榆林、吴忠、兰州、西宁、穿过黄河 至昌都、林芝、雅鲁藏布江以北地区 |
B2 |
全年月平均RH≥70%,月平均温度≥ 18℃的月份达1~2个月;年平均RH≈ 60%,温度0~5℃ |
霉菌、鼠类和鸟类 |
东起富锦、哈尔滨、长春、沈阳、辽阳、秦 皇岛、北京、石家庄、郑州、西安、宝鸡、天 水、武都、马尔康、康定、德钦以西亚热带, B1区以南地区 |
B3 |
全年月平均RH≥70%,月平均温度≥ 18℃的月份达3~4个月;年平均RH≥ 60%,年平均温度10~15℃ |
霉菌、鼠类、蚁类、鸟类等 |
东起连云港、靖江、南京、六安、武汉、宜 昌、万县、南充、绵阳、雅安、西昌、渡口、腾 冲以北,B2区以南的地区 |
B4 |
全年月平均RH≥70%,月平均温度≥ 18℃的月份达5个月以上。全年RH> 70%的月份达10个月,每年梅雨季节 有2~3个月 |
生物活动频繁,存在各种 生物的危害 |
B3区以南地区 |
表4 电工电子产品应用环境条件标准体系
标准号 |
名 称 |
GB4796-1984 GB4797 DG4797.1-84 GB4797.×-×× GB4797.×-×× GB4797.×-×× GB4797.×-×× GB4797.×-×× GB4798 GB4798.10-84 GB4798.×-×× GB4798.2-84 GB4798.×-×× GB4798.×-×× GB4798.×-×× GB4798.6-84 GB4798.×-×× |
电工电子产品环境参数及其严酷程度分级 自然环境条件 温度和湿度 降雨和风 气压 太阳辐射和温度 地震的振动和冲击 生物 电工电子产品应用环境条件 导言 储存 运输 固定使用,气候防护 固定使用,无气候防护 地面车载 船用 移动式 |
4. 应用环境条件的分类和分级 应用环境条件是指产品在运输、贮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。
5.应用环境条件参数值的确定 一类应用环境条件的参数特征,可用一组代表不同等级的符号组合表示。如在寒温、非沿海地区、室内有取暖装置的一个印刷电路板生产车间,可用:3K4|3Z2|3Z7|3B2|3C3|3S2|3M4一组符号标志。符号的概念举例说明如下:
表5 气候环境的分级(户内)
环境参数 |
单位 |
等 级 |
3K1 |
3K2 |
3K3 |
3K4 |
3K5 |
3K5L |
3K6 |
3K6L |
3K7 |
3K7L 3K8 3K8L 3K8H |
a)低温 |
℃ |
+20 |
+15 |
+5 |
+5 |
-5 |
-5 |
-25 |
-25 |
-40 |
-40 -55 -55 -25 |
b)高温 |
℃ |
+25 |
+30 |
+40 |
+40 |
+45 |
+40 |
+55 |
+40 |
+70 |
+40 +70 +55 +70 |
c)低相对湿度 |
% |
20 |
10 |
5 |
5 |
5 |
5 |
10 |
10 |
10 |
10 10 10 10 |
d)高相对湿度 |
% |
75 |
75 |
85 |
95 |
95 |
95 |
100 |
100 |
100 |
100 100 100 100 |
e)低绝对湿度 |
g/m3 |
4 |
2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0.5 |
0.5 |
0.1 |
0.1 0.02 0.02 0.5 |
f)高绝对湿度 |
g/m3 |
15 |
22 |
25 |
29 |
29 |
29 |
29 |
29 |
35 |
35 35 29 35 |
续表
环境参数 |
单位 |
等 级 |
3K1 |
3K2 |
3K3 |
3K4 |
3K5 |
3K5L |
3K6 |
3K6L |
3K7 |
3K7L 3K8 3K8L 3K8H |
g)温度变化率 |
℃/min |
0.1 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
1.0 |
1.0 1.0 1.0 1.0 |
h)低气压 |
kPa |
70 |
i)高气压 |
kPa |
106 |
j)太阳辐射 |
W/m2 |
500 |
700 |
700 |
700 |
700 |
1120 |
1120 |
1120 |
无 |
1120 1120 1120 |
k)热辐射 |
- |
- |
|
l)周围空气 运动 |
m/s |
0.5 |
1.0 |
5.0 |
m)冷凝条件 |
- |
没有 |
没有 |
没有 |
有 |
有 |
有 |
有 |
有 |
有 |
有 有 有 有 |
n)降落物条件 (雨、雪、雹等) |
- |
没有 |
没有 |
没有 |
没有 |
没有 |
没有 |
没有 |
没有 |
有 |
有 有 有 有 |
o)除雨以外 的水 |
- |
没有 |
没有 |
没有 |
|
p)结冰条件 |
- |
没有 |
没有 |
没有 |
没有 |
有 |
有 |
有 |
有 |
有 |
有 有 有 有 |
表6 特殊气候环境的分级(户内)
环境参数 |
等级 |
特殊条件 |
k)热辐射 |
3Z1 |
可以忽略 |
3Z2 |
有热辐射条件,例如室内加热系统附近 |
3Z4 |
有热辐射条件,例如室内加热系统或工业、商业炉附近 |
1)周围空气运动 |
3Z3 |
5m/s |
3Z5 |
10m/s |
3Z6 |
30m/s |
o)除雨以外的水 |
3Z7 |
滴水条件 |
3Z8 |
淋水条件 |
3Z9 |
溅水条件 |
3Z10 |
喷水条件 |
表7 机械活性物质环境的分级(户内)
机械活性物质 |
单位 |
等 级 |
3S1 |
3S2 |
3S3 |
3S4 |
砂 |
mg/m8 |
- |
30 |
300 |
3000 |
尘(飘浮) |
mg/m3 |
0.01 |
0.2 |
0.4 |
>4.0 |
尘(沉积) |
mg/(m2·d) |
10 |
35 |
350 |
1000 |
表8 化学活性物质环境的分级(户内)
环境参数 |
单位 |
等 级 |
3C1 最大值 |
3C2 |
3C3 |
3C4 |
平均值 |
最大值 |
平均值 |
最大值 |
平均值 |
最大值 |
a)海盐① |
- |
有盐雾条件 |
续表
环境参数 |
单位 |
等 级 |
3C1 最大值 |
3C4 |
3C2 |
3C3 |
平均值 |
最大值 |
平均值 |
最大值 |
平均值 |
最大值 |
b)二氧化硫 |
mg/m3 cm3/m3 |
0.1 0.037 |
0.3 0.11 |
1.0 0.37 |
5.0 1.85 |
10 3.7 |
13 4.8 |
40 14.8 |
c)硫化氢 |
mg3/m3 cm3/m3 |
0.01 0.0071 |
0.1 0.071 |
0.5 0.36 |
3.0 2.1 |
10 7.1 |
14 9.9 |
70 49.7 |
d)氯 |
mg/m3 cm3/m3 |
0.1 0.034 |
0.1 0.034 |
0.3 0.1 |
0.3 0.1 |
1.0 0.34 |
0.6 0.2 |
3.0 1.0 |
e)盐酸 |
mg/m3 cm3/m3 |
0.1 0.066 |
0.1 0.066 |
0.5 0.33 |
1.0 0.66 |
5.0 3.3 |
1.0 0.66 |
5.0 3.3 |
f)氢氟酸 |
mg/m3 cm3/m3 |
0.003 0.0036 |
0.01 0.012 |
0.03 0.036 |
0.1 0.12 |
2.0 2.4 |
0.1 0.12 |
2.0 2.4 |
g)氨 |
mg/m3 cm3/m3 |
0.3 0.42 |
1.0 1.4 |
3.0 4.2 |
10 14 |
35 49 |
35 49 |
175 247 |
h)臭氧 |
mg/m3 cm3/m3 |
0.01 0.005 |
0.05 0.25 |
0.1 0.05 |
0.1 0.05 |
0.3 0.15 |
0.2 0.1 |
2.0 1.0 |
i)氧化氮 |
mg/m3 cm3/m3 |
0.1 0.52 |
0.5 0.26 |
1.0 0.52 |
3.0 1.56 |
9.0 4.68 |
10 5.2 |
20 10.4 |
① 只有近海和沿海地区掩蔽场所可能有盐雾。