探討高溫環境下母線槽溫升試驗

文 /張 軼 滕成龍

母線槽屬于低壓成套開關設備和控制設備，是高效輸送較大電流的配電設備。由于具有較好的安全可靠性和經濟適用性，在各類配電系統中得到了廣泛的應用。隨著國家“一帶一路”倡議的落實，國內母線槽產品迅速走出國門，其中不少是應用于高溫、高濕、鹽霧、蒸汽和振動等各類特殊環境中，尤其是高溫環境，需要通過附加的試驗來驗證其安全性和可靠性。按照國家標準GB/T 7251.1-2013《低壓成套開關設備及控制設備 第1部分：總則》規定，當工作環境溫度超過40 ℃時，屬于特殊使用條件，用戶應向成套設備制造商提出，雙方簽定專門的協議。本文針對高溫環境下母線槽溫升試驗展開討論，指出了正常使用條件下母線槽溫升試驗標準中的局限，介紹了電工電子產品高溫環境試驗的相關標準，歸納了高溫環境下溫升試驗對設備的要求，提出了高溫環境下母線槽溫升試驗方法，為相關試驗提供參考方案，從而為確保母線槽在高溫環境下的正常使用提供指導。

一、母線槽溫升試驗標準中的局限

溫升試驗是母線槽的關鍵性安全試驗項目，GB/T 7251.6-2015《低壓成套開關設備及控制設備第6部分：母線干線系統（母線槽）》第“10.10.1”中對母線槽溫升試驗提出“應驗證母線干線系統不同部分的溫升極限不應超過規定的溫升極限”的要求，第“10.10.2.3.4”規定“試驗時周圍空氣溫度應在10 ℃～40 ℃之間”。隨著環境溫度的升高，導體的電阻率升高，絕緣材料的絕緣電阻減小，電氣性能發生變化。同時，母線槽殼體和導體將發生不同程度的熱膨脹，機械性能發生變化。很明顯，若母線槽在高溫環境下（超過40 ℃）工作，還需要在高溫環境下進行溫升試驗，以驗證其性能發揮仍然正常。但GB/T 7251.6-2015并未對高溫環境下（超過40 ℃）的溫升試驗提供指導性建議，而且GB/T 2423“電工電子產品環境試驗”系列標準和GB/T 2424“環境試驗”系列標準中相關高溫環境試驗也未對試驗樣品溫升驗證提出明確要求。

二、高溫環境試驗標準和關鍵點

設備產品是否能確保在高溫環境下正常運行，可依據GB/T 2423.2-2008《電工電子產品環境試驗 第 2 部分：試驗方法 試驗 B：高溫》進行檢驗，因為該標準規定的高溫試驗適用于非散熱和散熱試驗樣品。該試驗的目的是用來確定元件、設備或其他產品在高溫環境下使用、運輸或貯存的能力，給出的試驗方法通常用于試驗期間能達到溫度穩定的試驗樣品。故可對此母線槽產品進行針對性檢驗，同時測量該產品的溫升情況，該標準所涉及的主要內容有：

1.導則、概述和指南

GB/T 2424.1-2015《環境試驗 第3 部分 :支持文件及導則 低溫和高溫試驗》和GB/T 2421.1-2008《電工電子產品環境試驗 概述和指南》這兩個標準被GB/T 2423.2-2008所引用，是電工電子產品環境試驗的綱領性文件，介紹了環境試驗的基本概念和背景知識。

2.高溫環境溫度試驗箱要求

高溫環境溫度試驗箱是否符合要求是關鍵環節之一。對于溫度試驗箱的制造和確認，根據國家標準GB/T 2423.2-2008中“4.1”條款和“6.1”條款對溫度試驗箱的要求，建議按照GB/T 2424.5-2006《電工電子產品環境試驗 溫度試驗箱性能確認》和GB/T 2424.7-2006《電工電子產品環境試驗 試驗A和B（帶負載）用溫度試驗箱的測量》規定進行。

① 試驗箱尺寸

GB/T 2424.2-2008 第“6.1”要求：“與散熱試驗樣品的尺寸和數量相比，試驗箱應該足夠大”，GB/T 7251.6-2015要求試驗樣品“總長度至少為6 m的至少包含兩個連接點”，試驗安裝要求“應水平支撐在地面以上大約1 m處”。依據這些要求，同時考慮便于試驗樣品安裝等因素，建議選擇內部尺寸為 7 m×2.5 m×2 m（長 × 寬 × 高）的試驗箱，因為尺寸過大會產生較大的功率損耗，增加內部溫度參數的控制難度。

② 測量周邊環境

GB/T 2424.5-2006第“4.”對試驗區環境的要求是“溫度試驗箱周圍的環境可能會影響試驗箱內的條件。溫度試驗箱性能的確定應在標準大氣條件下進行”。

另，還需注意：不應直接暴露于陽光下和電磁干擾環境中，水平放置在不受機械振動和聲振干擾的地方。在實驗過程中，相關問題應引起足夠的重視，避免產生較大的測量誤差。

③ 溫度傳感器

GB/T 2424.5-2006第“4.”對溫度傳感器的要求是：一般來說，傳感器應當是電阻型的（符合IEC 60751-2016《工業鉑電阻標準》）或是熱電偶型的（符合 GB/T 16839.1-2018《熱電偶 第 1 部分:電動勢規范和允差》）。傳感器在空氣中的50%響應時間應在10 s～40 s之間。整個系統的響應時間應當小于40 s，否則會導致系統的周期性波動。在-200 ℃～+200 ℃溫度范圍內，電阻型傳感器的測量不確定度應當達到IEC 60751-2016中等級A的要求。

在試驗箱每個角和工作空間中心應放置至少9個溫度傳感器。對于2 000 L以上的溫度試驗箱，應當在每個箱壁中心的正前方放置至少15個傳感器。針對7 m×2.5 m×2 m 尺寸的試驗箱，建議參照GB/T 2424.5-2006第“4.4”中的圖4要求，設置23個傳感器，在每個2.3 m長度方向的中心切面位置增加上下前后4個傳感器。測量系統部分不應影響空載試驗箱的溫度分布。

④ 測量系統要求

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

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

其他關于溫度的要求與GB/T 2424.5-2006的要求基本相同。

上述標準中的相關要求是設計、制造和驗證高溫環境溫度試驗箱及其測量系統的重要依據。它們與GB/T 7251.6-2015一起構成了高溫環境下母線槽溫升試驗的基礎依據。

三、母線槽產品高溫環境溫升試驗流程設計

對于母線槽產品，所有溫度測量點的變化都不超過1 K/h時，可以認為溫度達到穩定。經過試驗驗證，母線槽是散熱的，溫升試驗過程中通電，根據GB/T 2423.2-2008選擇試驗Be，結合GB/T 7251.6-2015和GB/T 2423.2-2008，設計試驗程序如下：

首先，按照GB/T 7251.6-2015第“10.10.2.3”的要求，將試驗樣品安裝于溫度試驗箱內，連接試驗導體和供電電源，在試驗樣品上布置測溫點；

其次，按照GB/T 2423.2-2008第“6.5”要求，選擇溫度和持續時間嚴酷等級；

再次，將試驗樣品在額定電流下運行，記錄環境條件和樣品溫升變化情況；

從次，持續時間到或試驗樣品溫度測量點的變化都不超過1 K/h時，按照GB/T 2423.2-2008第“6.10”和“6.11”要求，進行線性降溫和恢復；

最后，對試驗樣品進行目視檢查，按照GB/T 7251.6-2015中相關條款，進行絕緣和電氣性能檢查等。

四、結 論

母線槽的工作環境溫度超過40 ℃時，屬于特殊使用條件，高溫環境下溫升試驗是母線槽的關鍵性安全試驗項目。本文介紹了電工電子產品高溫環境相關試驗標準，總結了高溫環境溫度試驗箱的要求，探討了高溫環境下母線槽溫升試驗方法，設計了試驗程序，為相關試驗提供了一種參考方案。目前，經多次驗證改進后的產品在高溫環境下使用正常，收到了良好的效果。