環火

直流和脈流牽引電動機在某些惡劣條件下運行時，正、負電刷之間可能形成一股強烈的環形電弧，同時伴有閃光與巨響，這種現象稱為環火（俗稱“放炮”）。電動機環火原因：轉子有一組或幾組線圈斷線。（不會超過2組，因為斷多了就無法轉動，繼而不會有環火現象）

基本介紹

• 中文名：環火
• 外文名：Ring of fire
• 學科：電力工程
• 原因：片間擊穿
• 防護措施：採用補償繞組
• 事故後的檢查：檢查絕緣電阻

簡介

環火是一種惡性事故。在直流電動機的運行中，由於換向器片間累積擊穿，換向器嚴重惡化，或者電動機頻繁起動和連續過載，均會產生正負極性刷架之間電弧飛越，環繞換向器表面出現一圈強烈的電弧，並伴隨強烈的弧光和巨響，這種現象稱為環火。在環火發生的很短時間內，電弧的高溫和巨大能量，不僅嚴重損傷換向器和電刷裝置，而且對其他繞組也會造成不同程度的損害；同時，由於環火接地而產生軸電流，軸頸和軸瓦也會出現麻點和蝕痕。此外，環火的巨響和弧光，還會使機旁維護人員受到傷害。

產生環火的原因

1、片間擊穿

(1)當換向器片間電壓較高，電動機運行中又產生過電壓時，由於換向器片間累積擊穿而產生環火；

(2)由於對換向器維護不良，清掃不認真，換向器雲母溝中積存炭粉和銅粉，或由於電橋擠銅，換向片銅毛刺延長導致相鄰換向片短路，這些導電物質都構成雲母溝中的導電橋。當這種導電橋隨電樞旋轉而進入主極區時，換向器表面電位梯度增大，通過的電流逐漸增加。當電流產生的電動力超過維持導電粉末定位的電動力時，這些導電粉末所構成的導電橋就會錯位，導電橋產生片間閃絡。如果導電橋斷裂點的有效電壓超過電弧最低電壓，就產生電弧。當導電橋斷裂部位的寬度增大到雲母溝寬度時，維持電弧的電壓也需增加。如果片問電壓和起弧時的感應電壓大於維持電弧的電壓，則電弧將繼續存在。在一定條件下，片間電弧將擴展到正負極性刷架之間，造成環火。

2、嚴重的電刷火花

電刷火花是換向器產生環火的另一個主要原因。當直流電動機在惡劣的負載條件下運行，換向器表面滑動，接觸受到嚴重破壞時，電刷與換向器之間就會產生嚴重火花。當換向器的火花增大到一定程度時，火花形成的電弧將引起電刷和換向片燃燒和氣化，並在燃燒區形成一個等離子區域，而這個電弧又被旋轉的換向器沿電刷磨道拉長。

當電弧被拉長到一定長度的某一換向片時，電弧能否繼續燃燒，就取決於換向器表面的電位分布和電弧特性。如果該換向片的電位小於電弧的維持電壓，則電弧熄滅；如果該換向片的電位大於電弧的維持電壓，則電弧持續燃燒，並將繼續延伸。而電刷磨道上的空氣的電離則為電弧的延伸創造了條件。當換向火花能量增大到某一量級時，電弧將伸展到異極性電刷上，從而造成環火。

環火防護措施

空氣斷路器或速斷空氣斷路器來保護，通常只能從設計和運行維護方面採取措施來預防環火，主要的措施有：

(1)採用補償繞組。直流電動機加設補償繞組，有以下作用：①解決換向極飽和問題，改善過電流換向；②抵消橫軸電樞反應，消除主磁場畸變現象，使換向器電位分布曲線較為平滑；③有利於抑制電刷火花和片問電弧的擴展。對於無法採用補償繞組的小型電動機，採用不同心氣隙，也可削弱氣隙磁場的畸變。

(2)改善換向器表面處理質量，特別是改善換向片的倒角和片間雲母下刻質量，以及消除換向片上的端部尖棱、夾角。

(3)限制換向器圓周上單位長度的電位差，並適當降低片問電壓。對於大型電動機，片間電壓最好不高於16V，小型電動機不高於18V。對於片間電壓較高，經常出現環火的電動機，應適當降低過電壓保護值。

(4)在刷架之間的空間，用耐弧隔板進行檔隔，可以抑制電弧擴展和減輕環火造成的損害。

(5)線上路上裝設保護裝置，主要採用以下幾種保護：①對並聯工作的電動機分別進行保護，其中某台電動機一旦產生環火，不至於對其他電動機造成危害；②線上路上裝設速斷保護裝置，即電動機一且產生環火，保護裝置就迅速將電動機從電網斷開；③採用火花放電器來限制整流子片間電壓，一旦出現過電壓，整流子片間電壓也不會過高，從而降低了產生環火的幾率。

(6)加強換向器的維護，如經常清理，擦拭和吹掃，以防止片面積塵和產生銅毛刺。特別是換向不良而又出現過環火的電動機，更應加強換向器的運行和維護。

環火事故檢查和處理

發生環火事故後的檢查

(1)檢查絕緣電阻。發生環火事故後，首先打磨毀損燒黑的換向器和吹掃繞組，然後用兆歐表測量各繞組的絕緣電阻是否符合規定，以確定絕緣是否需要處理。

(2)測量片間電阻，以檢查升高片和電樞並頭套有無開焊和片間短路現象。

(3)檢查換向器表面是否氧化，是否由於電弧燒傷而出現點狀凹陷，換向器端部是否局部燒損，有無較深的燒蝕痕跡。

(4)檢查電刷和刷握的受損程度，刷握和電刷燒損數量。

(5)檢查刷架和導電環是否出現缺陷，確定需要修補或更換的零部件。

(6)檢查主極繞組、電樞繞組、換向極繞組和補償繞組是否受到損傷。

(7)由於出現環火後有強大的軸電流通過軸承，因此應檢查軸頸和軸瓦的接觸面上是否出現嚴重的麻點，軸瓦的巴氏合金是否熔化。

(8)檢查軸承和定子的固定螺釘是否因環火產生巨大短路力矩而鬆動。

發生環火事故後的處理

(1)表面發黑的換向器，可用砂紙或換向器磨石進行清理性打磨；表面輕微灼傷、灼痕較淺的換向器，可用換向器磨石進行一次打磨；嚴重燒灼的換向器，應重新車削外圓；燒蝕嚴重、無法修復的換向器，應給予更換。換向器打磨或車削後，應重新進行倒棱和下刻，並且處理後必須測量片間電阻。

(2)更換燒損的電刷和刷握，電刷牌號應與原來的相同，電刷壓力應調整均勻。

(3)對受損的繞組和其他部件進行焊補或更換。

(4)如果繞組和導電部件表面的絕緣僅受銅、炭蒸氣的蒸熏而絕緣電阻下降，可用棉布蘸少許汽油和四氯化碳擦去絕緣上凝聚的銅和炭微粒，然後測量絕緣電阻；如果擦洗後，絕緣電阻仍然沒有提高，則應清洗並烘乾整台電動機。若表面絕緣層被電弧燒焦，則應剝去燒焦的絕緣層，重新進行絕緣處理，處理後絕緣電阻應高於允許標準。

(5)如果軸瓦上僅出現被軸電流燒灼的輕微灼點，則刮研後軸瓦可繼續使用；如果灼點密集並且灼痕很深，則應換上備用軸瓦和重新澆鑄軸瓦。處理軸瓦故障時，應檢查軸承座的絕緣層是否正常。

(6)檢查並緊固定子和軸承座的固定螺釘。