軌道交通電連接器試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)分析

袁海英，陳 寧，陳利欽

（廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司，廣州 510656）

軌道交通電連接器試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)分析

袁海英，陳 寧，陳利欽

（廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司，廣州 510656）

由于軌道交通電連接器的特殊性，不僅需要在設(shè)計(jì)和工藝上采取嚴(yán)格的措施進(jìn)行改進(jìn)，還需要進(jìn)行檢查試驗(yàn)。根據(jù)電壓電流及頻率對(duì)軌道交通電連接器進(jìn)行分類，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)NF F61-030-1992、EN 50467-2011、IEC 61984-2008、DIN 47275和EIA 364對(duì)電連接器的測(cè)試項(xiàng)目及條件進(jìn)行分析，對(duì)軌道交通電連接器形成了系統(tǒng)的指導(dǎo)。

軌道交通；電連接器；高頻；低頻；環(huán)境性能；機(jī)械性能；電氣性能

引言

隨著世界電子工業(yè)的發(fā)展，電連接器的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，應(yīng)用環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜、使用條件越來(lái)越惡劣，隨之對(duì)電連接器的質(zhì)量和可靠性要求也越來(lái)越高[1]。而作為鐵路領(lǐng)域的產(chǎn)品，軌道交通電連接器的標(biāo)準(zhǔn)要求比其他領(lǐng)域使用的連接器嚴(yán)苛。同時(shí)列車運(yùn)行速度的提升、機(jī)車牽引力要求的提高以及城市軌道交通和高速動(dòng)車的發(fā)展，對(duì)軌道交通連接器在環(huán)境、機(jī)械和電性能提出了更高的要求，因此具備高速度、高可靠性、高抗干擾性等優(yōu)良性能的軌道交通連接器格外重要[2]。

為了保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量，不僅需要在設(shè)計(jì)和工藝上采取嚴(yán)格的措施進(jìn)行改進(jìn)，還需要進(jìn)行檢查試驗(yàn)。目前常用的軌道交通連接器國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)為：①IEC 60512和IEC 61984國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)；②NF F61-030-1992和NF F01-510-1990法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)；③EN 50467英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)；④DIN 47275德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)；⑤MIL-DTL-38999K和EIA-364美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。

1 軌道交通的電連接器在車輛上的位置

軌道交通的電連接器應(yīng)用于地下產(chǎn)品和地上產(chǎn)品，圖1和表1對(duì)軌道交通電連接器的位置和區(qū)域分類進(jìn)行了定義[3]。

2 軌道交通電連接器的分類及試驗(yàn)方法

2.1 按照電壓和電流分類

2.1.1 直流電壓≤500 V和交流電壓≤380 V的電連接器

NF F61-030-1992應(yīng)用于圓柱形或矩形連接器，承受的操作電壓低于或等于直流500 V和交流380 V[4]。它們主要應(yīng)用于室內(nèi)外車輛的操縱回路，控制回路和輔助回路，測(cè)試項(xiàng)目主要分為目視檢查、電氣測(cè)試、理化測(cè)試、機(jī)械測(cè)試和壽命測(cè)試。具體試驗(yàn)條件如下：

圖1 連接器在車輛上的位置

表1 典型連接器在在車輛上的位置

1）目視檢查

①檢查標(biāo)記及其牢度：在1 cm3的面積上施加5 N，每秒移動(dòng)2次，移動(dòng)10次。

②幾何和主體檢查：使用合適的測(cè)量工具進(jìn)行尺寸核對(duì)和主體檢查。

2）電氣測(cè)試

①耐壓：交流電壓見標(biāo)準(zhǔn)中的表3，頻率為45 ~ 60 Hz，波形接近正弦波，方法A和B電壓持續(xù)時(shí)間和施加點(diǎn)不同。

②絕緣電阻：NF C 93-400測(cè)試3a方法A和B，測(cè)試電壓見標(biāo)準(zhǔn)的表5。

③接觸電阻：用直流或交流進(jìn)行，根據(jù)電壓降測(cè)試接觸電阻。

④鑲嵌電壓降： 測(cè)量部位串聯(lián)連接的導(dǎo)線在300 mm長(zhǎng)度的芯線上。

⑤發(fā)熱測(cè)試：NF C 93-400 5a，施加直流或交流電流，直到溫度穩(wěn)定。

3）理化測(cè)試

①濕熱連續(xù)試驗(yàn)：在NF C 20-703的溫度條件處理21天。

②溫度快速變化：在NF C 20-714測(cè)試Na和在t1溫度下持續(xù)1 h和1 h 30 min之間。

③腐蝕（鹽霧）：在NF C 20-711的環(huán)境持續(xù)96 h。

④耐液體：柴油、礦物油、酸和堿，在規(guī)定溫度下處理一定時(shí)間。

⑤耐火：NF F 16-101第6章。

⑥耐臭氧：NF T 46-019方法A，200/109的濃度下處理24 h。

4）機(jī)械測(cè)試

①耐沖擊：正弦半波，峰值加速度30 g，持續(xù)時(shí)間18 ms，每個(gè)方向沖擊6次。

②耐振動(dòng)：NF F 60-002，兩種振動(dòng)方向。

③鎖住試驗(yàn)：測(cè)試螺紋套圈圓柱形連接器的連接和分開力，鎖住系統(tǒng)類型連接器的插進(jìn)和拔出力。

④外罩中的絕緣體的持住：在垂直于連接器連接面的兩個(gè)方向施加力量。

⑤絕緣上鑲嵌觸頭的持?。河|頭縱軸兩個(gè)相反面初始施加力2 N，最大力保持10 s。

⑥樣板的持?。◤椥杂|頭）：在10 %的陰觸頭上連續(xù)插進(jìn)3次。

⑦耐拉力（鑲嵌連接）：速度25~50 mm/min，施力直到導(dǎo)線被拔出或斷掉。

⑧電纜夾耐力（拉伸）：在插頭一端1 m處施加拉力直到標(biāo)準(zhǔn)值，保持1 min。

⑨電纜夾耐力（扭曲）：插頭一端0.5 m施加正反360 °的轉(zhuǎn)動(dòng)，保持1 min。

⑩電纜夾堅(jiān)固（彎曲）：一個(gè)循環(huán)過(guò)程為插頭一端1 m處，速度≤20 N/s，施加力逐漸增大直到最小半徑R保持1min，再以90 °的增量繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再按每個(gè)90 °的增量施加獲得最小半徑R的力，進(jìn)行4個(gè)循環(huán)。

5）壽命測(cè)試

①機(jī)械壽命：速度≤5次/min，連接和分開500次。

②干熱：100 ℃保持96 h。

3.2.2 電壓≤1 000 V，電流≤125 A的電連接器

EN 50467-2011主要針對(duì)軌道交通的電連接器產(chǎn)品，應(yīng)用于室內(nèi)和室外軌道交通中單孔和多孔的連接器，電壓達(dá)到1 000 V，電流達(dá)到125 A，頻率≤3 MHz[5]。

IEC 61984-2008規(guī)定了電連接器安全評(píng)價(jià)技術(shù)要求、試驗(yàn)方法及判定，適用于額定電壓大于50 V不超過(guò)1 000 V交流或直流，單個(gè)接觸件的額定電流不超過(guò)125 A的連接器[6]。

EN 50467-2011增加了原材料測(cè)試項(xiàng)目(見表2）、F組：振動(dòng)和沖擊、G組：抗流體和H組：屏蔽性能。A組機(jī)械測(cè)試測(cè)試條件相同，但I(xiàn)EC 61984-2008標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試項(xiàng)目增加了A4接地措施，B組壽命測(cè)試中EN 50467-2011僅為IEC 61984-2008標(biāo)準(zhǔn)中的B1、B3和B6這三個(gè)項(xiàng)目，E組防護(hù)等級(jí)中EN 50467-2011增加了介電強(qiáng)度試驗(yàn)，原材料測(cè)試項(xiàng)目具體見表2。其他測(cè)試項(xiàng)目如下：

1）機(jī)械測(cè)試

①外觀和尺寸檢查：肉眼觀察，工具測(cè)量。

②標(biāo)記耐久性：肉眼觀察。

③偏振：測(cè)試力為20 N或插入力的1.5倍。

④接地措施：在可能的測(cè)試位置人工進(jìn)行插拔測(cè)試。

⑤互鎖：最大插入距離內(nèi)插入。

⑥焊端：目視檢查焊端。

⑦插入時(shí)觸點(diǎn)保持力：三次試驗(yàn)負(fù)荷，插拔力測(cè)試負(fù)載20 N。

⑧線纜的抗拉力測(cè)試和抗扭力測(cè)試：夾緊最大和最小的直徑的電纜。

⑨機(jī)械強(qiáng)度沖擊：適用于自由端連接器，跌落高度：750 mm（≤250 g），500 mm（>250 g），45°方向跌落，跌落8次。

2）壽命測(cè)試

①分?jǐn)嗄芰H適用于分?jǐn)嗄芰Φ倪B接器（CBCs），額定電壓條件，監(jiān)控和指示分?jǐn)嗄芰Φ臈l件下電氣操作，速度3～4次循環(huán)/min，插合分離速度0.8 m/s，保持2～4 s分?jǐn)嗄芰Γ僮餮h(huán)次數(shù)按照制造商規(guī)范。

②機(jī)械操作：插合和分離速度0.01 m/s，在未插合狀態(tài)停留30 s，操作循環(huán)次數(shù)按照制造商規(guī)范。

③彎曲試驗(yàn)適用于非可重復(fù)接線的連接器，額定電流和額定電壓下，90°前后擺動(dòng)，速度60次/min 。

3）熱學(xué)測(cè)試

主要為溫度上升，測(cè)試穩(wěn)定溫度即為上限溫度。

4）氣候測(cè)試

①低溫：溫度為-10 ℃、-25 ℃-40 ℃、-55 ℃，測(cè)試時(shí)間：2 h。

②干熱：溫度為70 ℃、85 ℃、100 ℃、125 ℃，測(cè)試時(shí)間：7天。

③混合氣體腐蝕：測(cè)試1按照GB/T 5095 11 g，選擇方法1或4，試驗(yàn)4天。EN 50467-2011鹽霧測(cè)試或IEC 61984-2008二氧化硫測(cè)試：測(cè)試2：GB/T 9789的SO2試驗(yàn)，試驗(yàn)24 h。

5）防護(hù)等級(jí)

①電沖擊防護(hù)：未封閉連接器，測(cè)試手指或直徑50 mm的圓球，施加20 N，封閉連接器，測(cè)試手指施加20 N。

②接地接地電阻：開路電壓≤12 V，1.5倍的額定電流，最高25 A 。

③IP防護(hù)等級(jí)：等級(jí)由廠家指定。

④介電強(qiáng)度：測(cè)試點(diǎn)為接觸/接觸、接觸/地，電壓見標(biāo)準(zhǔn)的表7-29和7-30。

6）振動(dòng)和沖擊測(cè)試

①模擬長(zhǎng)壽命隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：量級(jí)見附錄B，接觸點(diǎn)按順序連接，監(jiān)控微觀損壞。

②沖擊：量級(jí)見附錄B 。

③隨機(jī)振動(dòng)：量級(jí)見附錄B 。

7）抗流體測(cè)試：試劑類型為燃料、液壓油、液體潤(rùn)滑劑、清潔產(chǎn)品、除冰液、滅火液、冷卻液和油脂，處理方式為浸泡或涂抹，一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)為三個(gè)階段，共進(jìn)行5個(gè)循環(huán)。

8）抗屏蔽測(cè)試：主要為屏蔽測(cè)試和有效轉(zhuǎn)移阻抗，見標(biāo)準(zhǔn)的附錄B。

3.2 按照頻率分類

低頻連接器和高頻連接器的試驗(yàn)項(xiàng)目基本相同，特別是機(jī)械、氣候環(huán)境試驗(yàn)，但是由于高頻連接器工作頻率高，在結(jié)構(gòu)上要考慮高頻電場(chǎng)的泄漏、反射等問(wèn)題，需要測(cè)試反射系數(shù)、分布電容、射頻分路電阻等特有的電磁兼容項(xiàng)目，其中電磁兼容項(xiàng)目不進(jìn)行分析。

3.2.1 高頻電連接器

DIN 47275規(guī)定了高頻連接器的試驗(yàn)方法[7]，主要測(cè)試項(xiàng)目如表3所示。

表2 原材料測(cè)試項(xiàng)目

表3 試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)條件：DIN 47275

3.2.2 低頻電連接器

EIA 364規(guī)定了低頻連接器的試驗(yàn)方法[8]，測(cè)試項(xiàng)目主要分為目視檢查、機(jī)械測(cè)試、壽命測(cè)試、熱測(cè)試、氣候測(cè)試、密封測(cè)試和電學(xué)測(cè)試。具體試驗(yàn)條件如下：

1）目視測(cè)試

①尺寸及目視檢測(cè)：目視檢測(cè)標(biāo)志、工藝和完整性，測(cè)量尺寸。

②標(biāo)記永久性：浸泡+刷涂三次，試劑一和二常溫，試劑三高溫63~70 ℃。

2）機(jī)械測(cè)試

①端子插入、釋放及拔出試驗(yàn)：無(wú)速度要求，測(cè)試端子插入、釋放及拔出力。

②連接器插拔力試驗(yàn)：以25.4 mm/min插入或拔出，記錄插入力和拔出力。

③端子保持力試驗(yàn)

方法A：軸向以25.4 mm/min的速度施加力13.3 N保持6±1 s；

方法B：同方法A，但是移除后對(duì)觸針的位移進(jìn)行測(cè)量；

方法C：以25.4 mm/min的速度施加力直至破壞。

④插入保持力試驗(yàn)：軸向以69 kPa/s的載荷速度保持5~10 s，以液體壓力的形式施加載荷，測(cè)試插入保持力。

⑤電纜拔出力試驗(yàn)

方法A：以89 N/min的速度在特定壓力下保持1 h，具體見EIA-364-38B，兩端固定；

方法B：方法同A，試驗(yàn)過(guò)程中加100 mA電流監(jiān)測(cè)電流連接性。

⑥卷曲抗拉試驗(yàn)：測(cè)量接線頭在25±6 mm/min拉伸下的拔出或破壞力

⑦電纜彎折試驗(yàn)

方法Ⅰ（圓形線纜）：左右各180 °，頻率12~14個(gè)循環(huán)/min，共100個(gè)循環(huán)；

方法Ⅱ（扁平線纜）：左右各70 °，頻率10個(gè)循環(huán)/min，共500個(gè)循環(huán)，試驗(yàn)過(guò)程中加100 mA電流監(jiān)測(cè)電流連接性。

⑧機(jī)械沖擊試驗(yàn)：通電100 mA，半正弦或后峰鋸齒波，規(guī)定加速度及脈寬，3軸6向，18次。

⑨振動(dòng)試驗(yàn)：見標(biāo)準(zhǔn)的表7。

⑩加速度試驗(yàn)：3軸6向，每個(gè)方向5 min，1 min達(dá)到指定加速度。

3）壽命測(cè)試

①電連接器和端子的耐久試驗(yàn)：規(guī)定速度下的插拔耐久。

②模擬壽命試驗(yàn)

以下均為一個(gè)循環(huán)的測(cè)試條件：

環(huán)境A（常用地區(qū)）：GroupⅠ溫度處理—插拔—GroupⅡ溫度處理—插拔；

環(huán)境B（重載荷環(huán)境）：GroupⅠ溫度處理—插拔—GroupⅡ溫度處理—插拔—GroupⅢ振動(dòng)處理；

環(huán)境C（航空環(huán)境）：正常大氣壓降到（4.39±0.68）×103 Pa保持8 h—加壓到大氣壓力，氣體溫度（88± 3）℃，保持4 h，最后1 h振動(dòng)；

環(huán)境D（海上環(huán)境）：（21±3）℃，50 %±5 %，保持10~1 h內(nèi)（49±3）℃，80 %±5 %保持10 h（最后0.5 h將樣品放入-55±3 ℃的環(huán)境中保持2 h）—浸入鹽水—恢復(fù)到室溫進(jìn)行插拔；

環(huán)境E（水下環(huán)境）：GroupⅠ溫度處理—GroupⅡ浸入室溫特定壓力的鹽水—取出樣品空氣中干燥1h—插拔。

4）熱測(cè)試主要為溫升試驗(yàn)。

方法1：通入規(guī)定的電流，測(cè)量記錄樣品的溫度；

方法2：通入4個(gè)持續(xù)增加的電流值，記錄10℃溫升的電流值，得出溫升與電流曲線；

方法3：增加電流值測(cè)量溫升值，持續(xù)增加電流，直至達(dá)到特定溫升，得出最大電流值；

方法4：非接觸式測(cè)量。

5）氣候測(cè)試

①低溫試驗(yàn)：規(guī)定溫度（-65 ℃、-55 ℃、-40 ℃、-25 ℃、-10 ℃和+5 ℃）和時(shí)間（2 h、16 h、72 h、96 h、240 h、500 h和1 000 h）處理。

②濕熱試驗(yàn)：主要為環(huán)境冷凝、穩(wěn)態(tài)濕度、循環(huán)溫濕度結(jié)合冷沖擊和振動(dòng)、循環(huán)溫濕度結(jié)合冷沖擊、循環(huán)鋸齒溫濕度結(jié)合冷沖擊。

③溫度循環(huán)試驗(yàn)：規(guī)定溫度（+15 ℃~+85 ℃、-15℃~ +85 ℃和0 ℃~ +100 ℃）、無(wú)特殊規(guī)定溫度變化速度為5 ℃/min和試驗(yàn)循環(huán)（10、100、500、1 000、2 000和3 500）。

④溫度沖擊試驗(yàn)溫度等級(jí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，轉(zhuǎn)換時(shí)間依據(jù)樣品重量而定，循環(huán)次數(shù)為25、50或100。

⑤高度和低溫測(cè)試：50±5 ℃下干燥8h，-54 ℃樣品溫度穩(wěn)定后氣壓降到2 666 Pa，交流電625 V，60 Hz保持1 s，記錄擊穿情況。

⑥臭氧暴露試驗(yàn)：臭氧濃度100~150 ppm處理2 h。

⑦鹽霧試驗(yàn)：中性鹽霧連續(xù)噴霧規(guī)定時(shí)間后，在38 ℃干燥16 h。

⑧加電與不加電的溫度壽命試驗(yàn)

方法A：不加載電流；

方法B：加載額定電流到規(guī)定溫度；

方法C：加直流電流到最大內(nèi)部溫度。

⑨混合氣體腐蝕：氣體類型為Cl2、SO2、H2S和NO2，暴露時(shí)間20天。

⑩防塵試驗(yàn)：23±5 ℃，≤22 %，氣流速度9 m/ s±1 m/s，塵濃度11 g/m3±7 g/m3，保持6 h；63±5 ℃，氣流速度、塵濃度和保持時(shí)間同上。

6）密封測(cè)試

①氣密性試驗(yàn)：放在規(guī)定壓力容器中檢查氣密性。

②氣密性試驗(yàn)：將濃硝酸放在耐腐蝕箱子中15 min，將電連接器放入其中60 min±5 min，放在50℃的環(huán)境中1 h，測(cè)試接觸電阻。

③低氣壓浸水試驗(yàn)5 min從101 KPa降到3.4 KPa保持30 min，1 min升到101 KPa保持30 min，循環(huán)3次。

④水壓試驗(yàn)

方法A靜水壓測(cè)試：最大壓力110 MPa，壓力達(dá)到時(shí)間為5 min±30 s；

方法B循環(huán)水壓測(cè)試：循環(huán)25次，保持較短時(shí)間—循環(huán)次數(shù)1 000次，最大壓力下保持5 min±30 s—最大壓力下保持24 h±30 min。

7）電學(xué)測(cè)試

①電阻測(cè)試：輸出電源為1.5 V和1.0 A±0.1 A，測(cè)量電壓降。

②接觸電阻測(cè)試：規(guī)定電流下的電壓降測(cè)試。

③低水平接觸電阻試驗(yàn)：100 mA，20 mV 。

④絕緣電阻：在兩根觸針或者外殼與相鄰觸針間加150 Vdc±10 %電壓。

⑤同軸耐壓試驗(yàn)：500 V/s升高到指定電壓持續(xù)60 s，反向電流測(cè)試法；偏移補(bǔ)償法；交流電法。

⑥瞬斷試驗(yàn)：測(cè)試通電連續(xù)性。

3 結(jié)論

軌道交通電連接器主要測(cè)試項(xiàng)目為幾何類、電氣類、機(jī)械類、環(huán)境類和壽命類測(cè)試。

根據(jù)電壓電流及頻率對(duì)軌道交通電連接器進(jìn)行分類，主要為直流電壓≤500 V和交流電壓≤380 V的電連接器、電壓≤1 000 V，電流≤125 A的電連接器、高頻連接器和低頻連接器。

通過(guò)NF F61-030-1992、EN 50467-2011、IEC 61984 -2008、DIN 47275和EIA 364的標(biāo)準(zhǔn)分析，可知不同電壓電流的電連接器測(cè)試項(xiàng)目基本相同，只是輸入的電壓和電流有較大區(qū)別，低頻連接器和高頻連接器的試驗(yàn)項(xiàng)目也基本相同，特別是機(jī)械和氣候環(huán)境試驗(yàn)，但是由于高頻連接器工作頻率高，需要測(cè)試反射系數(shù)、分布電容、射頻分路電阻等特有的電磁兼容項(xiàng)目。

[1]張菊華. 國(guó)外電連接器可靠性試驗(yàn)情況介紹[J]. 機(jī)電元件, 1988,

8(1)：35-41.

[2] 中 國(guó) 市 場(chǎng) 報(bào) 告 網(wǎng). 2015年版中國(guó)軌道交通連接器市場(chǎng)調(diào)研與發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告[R].2015.

[3] EN 50467-2011, Railway applications - Rolling stock - Electrical connectors, requirements and test methods[S].

[4] NF F61-030-1992, Railway rolling stock - Electrical connectors -Generalities[S].

[5] EN 50467-2011, Railway applications - Rolling stock - Electrical connectors, require -ments and test methods[S].

[6] IEC 61984-2008, Connectors - Safety requirements and tests[S].

[7] DIN 47275, Radio-frequency connectors[S].

[8] EIA 364, Electronic components, assemblies & materials association[S].

袁海英（1988-），河北唐山人，碩士，從事環(huán)境與可靠性方面。

Standard Analysis on Test Method for Electric Connector in Rail Transit

YUAN Hai-ying, CHEN Ning, CHEN Li-qin
(Guangzhou GRG Metrology & Test Co., Ltd., Guangzhou 510656)

Due to the particularity of electric connector for rail transit, it not only needs to take strict measures in the design and process for improvement, but also needs to carry out check experiment. According to the current and voltage as well as the frequency, electric connectors of rail transit are classified. Combined with the standards NF F61-030-1992, EN 50467-2011, IEC 61984-2008, DIN 47275 and EIA 364, this paper analyzes the test items and conditions of electric connector. It provides a theoretical basis for electric connector for rail transit.

rolling stock; electric connector; high frequency; low frequency; environmental characteristics; mechanical characteristics; electrical characteristics

TN601

A

1004-7204（2016）06-0063-06