探討高溫環(huán)境下母線槽溫升試驗(yàn)

文 /張 軼 滕成龍

母線槽屬于低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，是高效輸送較大電流的配電設(shè)備。由于具有較好的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)適用性，在各類(lèi)配電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著國(guó)家“一帶一路”倡議的落實(shí)，國(guó)內(nèi)母線槽產(chǎn)品迅速走出國(guó)門(mén)，其中不少是應(yīng)用于高溫、高濕、鹽霧、蒸汽和振動(dòng)等各類(lèi)特殊環(huán)境中，尤其是高溫環(huán)境，需要通過(guò)附加的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其安全性和可靠性。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7251.1-2013《低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備 第1部分：總則》規(guī)定，當(dāng)工作環(huán)境溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，屬于特殊使用條件，用戶應(yīng)向成套設(shè)備制造商提出，雙方簽定專(zhuān)門(mén)的協(xié)議。本文針對(duì)高溫環(huán)境下母線槽溫升試驗(yàn)展開(kāi)討論，指出了正常使用條件下母線槽溫升試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的局限，介紹了電工電子產(chǎn)品高溫環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，歸納了高溫環(huán)境下溫升試驗(yàn)對(duì)設(shè)備的要求，提出了高溫環(huán)境下母線槽溫升試驗(yàn)方法，為相關(guān)試驗(yàn)提供參考方案，從而為確保母線槽在高溫環(huán)境下的正常使用提供指導(dǎo)。

一、母線槽溫升試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的局限

溫升試驗(yàn)是母線槽的關(guān)鍵性安全試驗(yàn)項(xiàng)目，GB/T 7251.6-2015《低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備第6部分：母線干線系統(tǒng)（母線槽）》第“10.10.1”中對(duì)母線槽溫升試驗(yàn)提出“應(yīng)驗(yàn)證母線干線系統(tǒng)不同部分的溫升極限不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的溫升極限”的要求，第“10.10.2.3.4”規(guī)定“試驗(yàn)時(shí)周?chē)諝鉁囟葢?yīng)在10 ℃～40 ℃之間”。隨著環(huán)境溫度的升高，導(dǎo)體的電阻率升高，絕緣材料的絕緣電阻減小，電氣性能發(fā)生變化。同時(shí)，母線槽殼體和導(dǎo)體將發(fā)生不同程度的熱膨脹，機(jī)械性能發(fā)生變化。很明顯，若母線槽在高溫環(huán)境下（超過(guò)40 ℃）工作，還需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行溫升試驗(yàn)，以驗(yàn)證其性能發(fā)揮仍然正常。但GB/T 7251.6-2015并未對(duì)高溫環(huán)境下（超過(guò)40 ℃）的溫升試驗(yàn)提供指導(dǎo)性建議，而且GB/T 2423“電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)”系列標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 2424“環(huán)境試驗(yàn)”系列標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)高溫環(huán)境試驗(yàn)也未對(duì)試驗(yàn)樣品溫升驗(yàn)證提出明確要求。

二、高溫環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵點(diǎn)

設(shè)備產(chǎn)品是否能確保在高溫環(huán)境下正常運(yùn)行，可依據(jù)GB/T 2423.2-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第 2 部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn) B：高溫》進(jìn)行檢驗(yàn)，因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高溫試驗(yàn)適用于非散熱和散熱試驗(yàn)樣品。該試驗(yàn)的目的是用來(lái)確定元件、設(shè)備或其他產(chǎn)品在高溫環(huán)境下使用、運(yùn)輸或貯存的能力，給出的試驗(yàn)方法通常用于試驗(yàn)期間能達(dá)到溫度穩(wěn)定的試驗(yàn)樣品。故可對(duì)此母線槽產(chǎn)品進(jìn)行針對(duì)性檢驗(yàn)，同時(shí)測(cè)量該產(chǎn)品的溫升情況，該標(biāo)準(zhǔn)所涉及的主要內(nèi)容有：

1.導(dǎo)則、概述和指南

GB/T 2424.1-2015《環(huán)境試驗(yàn) 第3 部分 :支持文件及導(dǎo)則 低溫和高溫試驗(yàn)》和GB/T 2421.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 概述和指南》這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被GB/T 2423.2-2008所引用，是電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)的綱領(lǐng)性文件，介紹了環(huán)境試驗(yàn)的基本概念和背景知識(shí)。

2.高溫環(huán)境溫度試驗(yàn)箱要求

高溫環(huán)境溫度試驗(yàn)箱是否符合要求是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。對(duì)于溫度試驗(yàn)箱的制造和確認(rèn)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2423.2-2008中“4.1”條款和“6.1”條款對(duì)溫度試驗(yàn)箱的要求，建議按照GB/T 2424.5-2006《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 溫度試驗(yàn)箱性能確認(rèn)》和GB/T 2424.7-2006《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 試驗(yàn)A和B（帶負(fù)載）用溫度試驗(yàn)箱的測(cè)量》規(guī)定進(jìn)行。

① 試驗(yàn)箱尺寸

GB/T 2424.2-2008 第“6.1”要求：“與散熱試驗(yàn)樣品的尺寸和數(shù)量相比，試驗(yàn)箱應(yīng)該足夠大”，GB/T 7251.6-2015要求試驗(yàn)樣品“總長(zhǎng)度至少為6 m的至少包含兩個(gè)連接點(diǎn)”，試驗(yàn)安裝要求“應(yīng)水平支撐在地面以上大約1 m處”。依據(jù)這些要求，同時(shí)考慮便于試驗(yàn)樣品安裝等因素，建議選擇內(nèi)部尺寸為 7 m×2.5 m×2 m（長(zhǎng) × 寬 × 高）的試驗(yàn)箱，因?yàn)槌叽邕^(guò)大會(huì)產(chǎn)生較大的功率損耗，增加內(nèi)部溫度參數(shù)的控制難度。

② 測(cè)量周邊環(huán)境

GB/T 2424.5-2006第“4.”對(duì)試驗(yàn)區(qū)環(huán)境的要求是“溫度試驗(yàn)箱周?chē)沫h(huán)境可能會(huì)影響試驗(yàn)箱內(nèi)的條件。溫度試驗(yàn)箱性能的確定應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行”。

另，還需注意：不應(yīng)直接暴露于陽(yáng)光下和電磁干擾環(huán)境中，水平放置在不受機(jī)械振動(dòng)和聲振干擾的地方。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，相關(guān)問(wèn)題應(yīng)引起足夠的重視，避免產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。

③ 溫度傳感器

GB/T 2424.5-2006第“4.”對(duì)溫度傳感器的要求是：一般來(lái)說(shuō)，傳感器應(yīng)當(dāng)是電阻型的（符合IEC 60751-2016《工業(yè)鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)》）或是熱電偶型的（符合 GB/T 16839.1-2018《熱電偶 第 1 部分:電動(dòng)勢(shì)規(guī)范和允差》）。傳感器在空氣中的50%響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在10 s～40 s之間。整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)小于40 s，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的周期性波動(dòng)。在-200 ℃～+200 ℃溫度范圍內(nèi)，電阻型傳感器的測(cè)量不確定度應(yīng)當(dāng)達(dá)到IEC 60751-2016中等級(jí)A的要求。

在試驗(yàn)箱每個(gè)角和工作空間中心應(yīng)放置至少9個(gè)溫度傳感器。對(duì)于2 000 L以上的溫度試驗(yàn)箱，應(yīng)當(dāng)在每個(gè)箱壁中心的正前方放置至少15個(gè)傳感器。針對(duì)7 m×2.5 m×2 m 尺寸的試驗(yàn)箱，建議參照GB/T 2424.5-2006第“4.4”中的圖4要求，設(shè)置23個(gè)傳感器，在每個(gè)2.3 m長(zhǎng)度方向的中心切面位置增加上下前后4個(gè)傳感器。測(cè)量系統(tǒng)部分不應(yīng)影響空載試驗(yàn)箱的溫度分布。

④ 測(cè)量系統(tǒng)要求

GB/T 2424.7-2006第“4.”對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的要求是：濕度傳感器盡可能地放在工作空間的中心。濕度傳感器的測(cè)量不確定度不大于3%RH，以避免濕度波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

所安裝的氣流傳感器要能測(cè)量出沖擊負(fù)載的最大氣流速度。氣流傳感器的測(cè)量不確定度要符合GB/T 2423.2-2008的容差要求，氣流速度傳感器的響應(yīng)時(shí)間要大于5 s，以避免氣流波動(dòng)的影響。

其他關(guān)于溫度的要求與GB/T 2424.5-2006的要求基本相同。

上述標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求是設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)證高溫環(huán)境溫度試驗(yàn)箱及其測(cè)量系統(tǒng)的重要依據(jù)。它們與GB/T 7251.6-2015一起構(gòu)成了高溫環(huán)境下母線槽溫升試驗(yàn)的基礎(chǔ)依據(jù)。

三、母線槽產(chǎn)品高溫環(huán)境溫升試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

對(duì)于母線槽產(chǎn)品，所有溫度測(cè)量點(diǎn)的變化都不超過(guò)1 K/h時(shí)，可以認(rèn)為溫度達(dá)到穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，母線槽是散熱的，溫升試驗(yàn)過(guò)程中通電，根據(jù)GB/T 2423.2-2008選擇試驗(yàn)Be，結(jié)合GB/T 7251.6-2015和GB/T 2423.2-2008，設(shè)計(jì)試驗(yàn)程序如下：

首先，按照GB/T 7251.6-2015第“10.10.2.3”的要求，將試驗(yàn)樣品安裝于溫度試驗(yàn)箱內(nèi)，連接試驗(yàn)導(dǎo)體和供電電源，在試驗(yàn)樣品上布置測(cè)溫點(diǎn)；

其次，按照GB/T 2423.2-2008第“6.5”要求，選擇溫度和持續(xù)時(shí)間嚴(yán)酷等級(jí)；

再次，將試驗(yàn)樣品在額定電流下運(yùn)行，記錄環(huán)境條件和樣品溫升變化情況；

從次，持續(xù)時(shí)間到或試驗(yàn)樣品溫度測(cè)量點(diǎn)的變化都不超過(guò)1 K/h時(shí)，按照GB/T 2423.2-2008第“6.10”和“6.11”要求，進(jìn)行線性降溫和恢復(fù)；

最后，對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行目視檢查，按照GB/T 7251.6-2015中相關(guān)條款，進(jìn)行絕緣和電氣性能檢查等。

四、結(jié) 論

母線槽的工作環(huán)境溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，屬于特殊使用條件，高溫環(huán)境下溫升試驗(yàn)是母線槽的關(guān)鍵性安全試驗(yàn)項(xiàng)目。本文介紹了電工電子產(chǎn)品高溫環(huán)境相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)了高溫環(huán)境溫度試驗(yàn)箱的要求，探討了高溫環(huán)境下母線槽溫升試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)程序，為相關(guān)試驗(yàn)提供了一種參考方案。目前，經(jīng)多次驗(yàn)證改進(jìn)后的產(chǎn)品在高溫環(huán)境下使用正常，收到了良好的效果。