線纜線徑和壓線鉗對壓接端子熱性能的影響研究

李翔飛，黃召明，常杰，葛艷霞，康瑋

(中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111)

0 引言

隨著科技的不斷進步，電氣系統趨于復雜化，設備功能需求也更加多樣化，對電氣系統的安全可靠性要求也越發嚴格。壓接端子作為電氣系統的重要組成部分，應用范圍廣，數量龐大，若該部件出現問題，則會直接影響到整個電氣系統的可靠性和安全性[1～4]，尤其在軌道交通運輸過程中，可能會危及到旅客的安全。壓接端子的性能直接關系整個電氣系統的性能，而壓接端子在極端環境下的熱性能對壓接端子電氣性能影響頗大，為了保證壓接端子使用的安全可靠性，需要對壓接端子熱性能的影響因素進行研究。

1 性能影響分析

溫升變化是評價壓接端子熱性能的1個重要指標。溫升和熱循環2個試驗均會造成壓接端子在使用的過程中出現溫度升高的情況，2個試驗均可檢測壓接端子在極端環境下對熱應力的適應能力。溫度升高過多除了會對壓接端子的機械強度產生影響，還會加速端子金屬表面的氧化[5]，而生成的氧化物會使壓接電阻值增大；除此之外，溫度升高過多會使端子絕緣部分出現損傷，加速其老化[6～8]。溫升異常不僅會對端子造成損傷，還會造成配電網絡事故，引起電氣火災的發生，因此必須限制壓接端子的溫升。此外，壓接端子進行熱循環試驗之后，壓接電阻值會出現波動，若其溫度不超過與端子連接導線的溫度，保證壓接電阻值的穩定，則可判定壓接端子對極端環境和熱應力具有良好的適應能力，也可判定其具有良好的長期運行能力[9]。故本文主要通過溫升和熱循環2個試驗對壓接端子熱性能的影響進行研究。

2 試驗

2.1 試驗依據

對壓接端子的溫升和熱循環2個試驗測試依據Q/SF 25-077-2011《高速動車組用電線電纜訂貨技術條件》進行。室內環境溫度保持在20 ℃±15 ℃，相對濕度保持在45%～85%。試樣保持在自由氣流下，且溫度控制在15 ℃～30 ℃之內。

2.2 試樣制備

所用試樣電纜符合Q/SF 25-077-2011規定。端子材質采用GB/T 5231-2001《加工銅及銅合金化學成分和產品形狀》中規定的銅質材料，絕緣套采用硬質乙烯基類樹酯或聚酰亞胺類樹酯。線纜線徑分為1.25 mm2、2 mm2、3.5 mm2、5.5 mm2、8 mm2、14 mm2、22 mm2、38 mm2、50 mm2、80 mm2、100 mm2、150 mm2、200 mm213種。不同的線徑按照合理的壓接工具匹配采用不同規格的壓線鉗進行壓接處理，按推薦和需要使用了YNT-2216、YNT-1210S、YNT-1614、AK-15A、AKH-60N、AK-150S、HEX-300、E-4 8種壓線鉗進行壓接，共計31種匹配組以進行本次試驗，以研究不同的匹配關系對壓接端子熱性能的影響。

2.3 試驗儀器

a) 溫升試驗

1) CT-3004W-5V200A-NT直流電源供應器，供電范圍0～800 A，精度可達0.1 A；

2) DR130溫升記錄儀，測量范圍0～250 ℃，測量精度0.1 ℃；

3) 34401A數字多用表，測量精度10-6Ω；

4) RTD260CN扭力批，扭力范圍0～260 N·m，精度0.1 N·m。

b) 熱循環試驗

1) 1504500A50V交流恒流源，供電范圍0～1 500 A，精度可達0.1 A；

2) DR130溫升記錄儀，測量范圍0～250 ℃，測量精度0.1 ℃；

3) 34401A數字多用表，測量精度10-6Ω；

4) RTD260CN扭力批，扭力范圍0～260 N·m，精度0.1 N·m。

2.4 試驗內容

1) 溫升試驗

測試壓接端子通流后產生電流熱效應，記錄在循環通斷電的情況下，不同壓形壓接部位的溫升。試驗根據試樣類型分別按照Q/SF 25-077-2011規定進行連接。

測試過程中，測試電流保持恒定，直至測試點溫度達到穩定值，穩定溫值是指當溫升值每隔10 min測量1次，連續測量3次，且各次溫值相差≤1 ℃時的溫度值。測試點溫度值穩定后進行測量，溫升值為測試點溫值減去周圍溫值后的數值。

2) 熱循環試驗

壓接端子在循環通斷電的情況下，記錄不同壓形壓接部位的溫升。試驗根據試樣類型分別按照Q/SF 25-077-2011規定進行連接。

測試過程中，按照規定的時間通以試驗電流，再斷電，相同時間作為1次試驗循環，共需通電125次。測試點溫度值分別在第25次和第125次完成后5 min內測定，溫升值為測試點溫值減去周圍溫值后的數值。

3 試驗結果及分析

3.1 試驗結果

所得實驗數據用軟件Origin7.5處理后繪制成曲線圖，進行對比分析，溫升試驗曲線圖如圖1所示。圖中橫坐標為每種匹配關系試樣組的試樣量，縱坐標為壓接部位的溫升。

圖1 溫升試驗部分數據處理圖

按照Q/SF 25-077-2011中要求：根據規定的方法進行試驗后，壓接部位的溫升不超過30 K。但是根據圖1中可以看出有部分數據超限，超限部分在3.2節中討論。

由于壓接電阻是反映壓接端子電氣性能的主要指標，因此本文也將其作為其性能的評判依據。

熱循環試驗后溫升變化會引起壓接端子壓接電阻值的變化，為了能夠研究兩者之間是否有規律性的關系，將熱循環試驗溫升變化數據和試驗后壓接電阻變化率放在一起處理，直觀地展現出兩者間的關系，以便于進行分析。數據處理如圖2所示，圖2中橫坐標為每種匹配關系試樣組的試樣量，右邊縱坐標為試驗第125次后與第25次后的溫升差值，左邊縱坐標為熱循環試驗后壓接電阻變化率。

圖2 熱循環試驗溫升和試驗后壓接電阻變化率的數據處理

按照Q/SF 25-077-2011中要求：根據規定的方法進行試驗后，第125次熱循環時壓接部位的溫升不高于第25次熱循環的8 K，由圖2可以看出隨著溫升變化幅度增大，壓接電阻的變化率也更大。但可以看出也有部分數據超限，超限部分在3.2中討論。

3.2 結果分析

結合圖1和圖2中NH-WL1-5.5線型的試樣曲線來看，與YNT-1210S型壓接試樣的結果相比，AK-15A型壓接的試樣溫升變化大，試驗后壓接電阻變化率高而波動大，由此得知此種匹配關系壓接的試樣電氣性能并不理想，不適合在現場使用；從NH-WL1-14線型的試樣曲線來看，與AKH-60N型壓接試樣的結果相比，AK-150S型壓接的試樣溫升變化大，部分超限，試驗后壓接電阻變化率高而波動大，說明此種匹配關系壓接的試樣電氣性能并不良好，不適合在現場使用；而從線徑為50 mm2的試驗曲線來看，線纜型號相同而壓線鉗型號不同，溫升值全部超出標準所規定的30 K，熱循環試驗結果中只有HEX-300型壓接的試樣壓接電阻變化率高且波動大，部分超限，這種情況表明應重新選擇匹配關系，排除HEX-300型來壓接該型號的線纜，還應使用控制變量法來繼續研究其他匹配關系來得出最優方案；而由線徑為80 mm2的試驗曲線來看，同種壓線鉗而線纜型號不同，其溫升值也全部超出標準所規定的30 K，熱循環試驗結果卻全部符合標準規定，這種情況亦表明應重新選擇壓線鉗，繼續研究其他匹配關系以得出最優方案。

4 結語

由上述試驗數據及其分析可得如下結論：

1) 壓線鉗型號和線纜線徑對接線端子的熱性能有直接影響。

2) 在同種壓線鉗的情況下，對于線徑<5 mm的線纜，自承式線纜電氣性能優于非承式線纜；對于大線徑線纜，電壓等級越高，電氣性能越良好。

3) 在同種線纜線徑的情況下，對于線徑<5 mm的線纜， AK-15A型壓線鉗壓接的線纜性能較為良好；對于中等線徑的線纜，AKH-60N型壓線鉗壓接的線纜熱性能較為良好。

因此，為提高壓接端子的電氣性能，應該慎重選擇線纜線徑和壓線鉗型號的匹配關系等，以嚴格控制壓接端子的溫升，提高壓接端子的熱性能，保證動車組電氣系統的安全性和可靠性。