智能電力管廊傳感器環(huán)境適應(yīng)性和防護等級試驗研究

龐瑩，王婷婷，劉鑫

（1.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海 201114； 2.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司，廣州 510663）

引言

隨著城市的發(fā)展，電力管廊逐漸取代了傳統(tǒng)的架空線路，成為城市的超級大動脈，帶來從內(nèi)到外的活力[1]。電力管廊的投入迅速增長，使其維修難度加大[2]。為滿足城市電力電纜建設(shè)的需求，電力管廊監(jiān)測系統(tǒng)得到大力發(fā)展[3-5]。起初，國內(nèi)電纜的運行大都屬于粗放式管理模式，由于缺乏對電纜系統(tǒng)和隧道網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控，很難得到設(shè)備運行的準確狀況，無法實現(xiàn)電纜網(wǎng)絡(luò)和路徑資源的有效管控，威脅電力電纜的安全運行[6,7]。因此，電力管廊監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)刻不容緩。

智能傳感器的開發(fā)是電力管廊監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的重點之一。上世紀70年代開始，國外就已經(jīng)對電力管廊監(jiān)測進行分析和研究，并且許多發(fā)達國家都設(shè)置了監(jiān)測電力電纜的系統(tǒng)試驗點[8]。我國在上世紀90年代才開始對電力管廊的在線監(jiān)測系統(tǒng)進行研究，相比發(fā)達國家來說起步較晚。目前，智能電力管廊傳感器的生產(chǎn)廠家較多，但國內(nèi)外尚無相關(guān)的技術(shù)參數(shù)標準，造成產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊、市場混亂，電力管廊傳感器的基本性能、環(huán)境適應(yīng)性能、抗電磁干擾性能、絕緣性能、防護等級等方面不能滿足技術(shù)要求。因此，要想推動智能電力管廊監(jiān)測系統(tǒng)的健康發(fā)展，亟需對該系統(tǒng)內(nèi)傳感器的關(guān)鍵技術(shù)進行研究。本文開展了智能電力管廊傳感器環(huán)境適應(yīng)性試驗和防護等級試驗研究。

1 智能電力管廊監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 智能電力管廊傳感器

電力管廊系統(tǒng)內(nèi)的傳感器類別有人體感應(yīng)傳感器、有害氣體傳感器、氧氣傳感器、煙霧傳感器、燃氣體傳感器、位移傳感器、電纜運行狀態(tài)綜合傳感器、水位傳感器等。智能傳感器作為監(jiān)測系統(tǒng)的終端裝置，具有數(shù)據(jù)處理、控制和通信功能。通過高頻局放、接地電流、隧道機器人等在線監(jiān)測，對電力管廊本體狀態(tài)進行實時感知和分析診斷。通過水位、溫濕度、有毒有害氣體、結(jié)構(gòu)沉降、井蓋監(jiān)控和振動光纖等監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用，對電力管廊內(nèi)外部的環(huán)境進行實時監(jiān)控。

1.2 系統(tǒng)的監(jiān)測功能要求

系統(tǒng)的監(jiān)測功能應(yīng)滿足以下要求：

1）能對運行電纜及管廊的狀態(tài)量進行實時或周期性地采集和監(jiān)測；

2）信號采集單元應(yīng)具備狀態(tài)量自動采集、信號調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的預(yù)處理功能，應(yīng)具備定期發(fā)送、響應(yīng)召喚、主動報送等數(shù)據(jù)傳輸方式。

2 環(huán)境適應(yīng)性試驗

環(huán)境適應(yīng)性是產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)，對規(guī)定的貯存、運輸及使用環(huán)境等因素的適應(yīng)能力。通過環(huán)境試驗可以反映產(chǎn)品的設(shè)計、研制和選材等方面的環(huán)境適應(yīng)性問題。高、低溫試驗是環(huán)境試驗的常規(guī)測試項目。

2.1 試驗樣品和設(shè)備

本文選用位移傳感器和人體感應(yīng)傳感器進行高溫試驗和低溫試驗。試驗設(shè)備為可編程恒溫恒濕箱（EL-04KA）。試驗溫度見表1，每組試驗樣品數(shù)量為100個。

2.2 試驗步驟

2.2.1 高溫試驗驗證

按照GB/T 2423.2規(guī)定的試驗要求和試驗方法，將試驗樣品放入試驗箱中，然后分別將溫度調(diào)節(jié)到表1規(guī)定的高溫溫度60 ℃、70 ℃和80 ℃。當試驗樣品溫度達到穩(wěn)定后在該條件下暴露16 h，然后對樣品進行測試。

2.2.2 低溫試驗驗證

按照GB/T 2423.1規(guī)定的試驗要求和試驗方法，將試驗樣品放入試驗箱中，然后分別將溫度調(diào)節(jié)到表1規(guī)定的低溫溫度-25 ℃、-40 ℃和-50 ℃。當試驗樣品溫度達到穩(wěn)定后在該條件下暴露16 h，然后對樣品進行測試。

表1 考核適用溫度（單位為℃）

2.3 試驗過程

1）試驗前（如圖1）

圖1 試驗前的樣品

2）試驗中（如圖2）

圖2 試驗過程中

3）試驗后（如圖3）

圖3 試驗后的樣品

2.4 試驗結(jié)果

經(jīng)測試，在高、低溫試驗后仍能正常工作的傳感器數(shù)量如圖4所示。

由圖4可以看出，經(jīng)過60 ℃、70 ℃和80 ℃的高溫試驗后，仍能正常工作的位移傳感器和人體感應(yīng)傳感器樣品數(shù)量分別為100、99、76和100、98、73。經(jīng)過-25 ℃、-40 ℃、-50 ℃的低溫試驗后，仍能正常工作的位移傳感器和人體感應(yīng)傳感器樣品數(shù)量分別為100、98、87和99、98、85。因此，由以上結(jié)果可以得出兩類傳感器能承受的高溫溫度為70 ℃，低溫溫度為-40 ℃。此結(jié)果可以為兩種傳感器的標準體系制定提供依據(jù)。

圖4 高、低溫試驗結(jié)果

3 防護等級試驗

隨著電子電氣產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)企業(yè)對產(chǎn)品的外觀設(shè)計越來越看重。由于產(chǎn)品在使用過程中會受沙塵、雨水等外界環(huán)境影響，因此，在進行產(chǎn)品外觀設(shè)計時同時要考慮產(chǎn)品對外界環(huán)境的防護能力，外殼防護等級試驗研究變得尤為重要。

3.1 試驗樣品和設(shè)備

本文選用溫度傳感器進行防塵試驗和防水試驗研究，每組試驗樣品數(shù)量為50個。試驗設(shè)備包括沙塵試驗箱（WH-Sc800）、直徑1.0 mm試具和浸水箱。

3.2 試驗步驟

3.2.1 防塵試驗

按照GB 4208中規(guī)定的試驗要求和試驗方法進行。

3.2.2 防水試驗

按照GB 4208中規(guī)定的試驗要求和試驗方法進行。

3.3 試驗環(huán)境（見圖5、圖6）

圖5 防塵試驗環(huán)境

圖6 防水試驗環(huán)境

3.4 試驗結(jié)果

由圖7可以得到，經(jīng)過防塵試驗，12個樣品目視檢查樣品內(nèi)無灰塵進入（圖8（a）所示），且仍能正常工作；其余38個樣品有灰塵經(jīng)外殼空隙進入，樣品在試驗后工作異常。防水試驗中，僅5個樣品目視檢查無水進入（圖8（b）所示），其余45個樣品外殼內(nèi)均有進水且工作異常。因此，該類傳感器應(yīng)在無塵無水的環(huán)境下工作，其外殼防護等級應(yīng)符合IP68的要求。

圖7 防塵試驗和防水試驗結(jié)果

圖8 試驗后仍正常工作樣品圖片

4 總結(jié)

本文開展了智能電力管廊傳感器的環(huán)境適應(yīng)性和防護等級試驗研究。對位移傳感器和人體感應(yīng)傳感器開展了溫度試驗驗證，包括高溫試驗、低溫試驗。兩類傳感器能承受的高溫溫度為70 ℃，低溫溫度為-40 ℃。對溫度傳感器進行了防護等級試驗研究，包括防塵試驗和防水試驗，該傳感器的外殼防護應(yīng)符合IP68的要求，即經(jīng)防護等級試驗后，樣品內(nèi)應(yīng)無灰塵和水進入。本文的環(huán)境適應(yīng)性和防護等級試驗的研究，不僅為智能電力管廊傳感器的標準體系建立提供了數(shù)據(jù)支撐，并為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用提供重要的技術(shù)支持。