環境溫度對機車燈最高表面溫度影響的試驗研究

梁 博，陳凡東，陳碩鵬

（1.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122）

最高表面溫度試驗是GB 3836.1—2010規定的型式試驗，其試驗結果用來確定非金屬材料耐熱試驗和透明件熱劇變試驗的溫度值、劃分設備的溫度組別以及計算外殼開蓋時間[1-4]。現行國家標準規定最高表面溫度試驗應在電氣設備額定電壓的90%～110%之間，且設備達到最高表面溫度時最不利條件下進行，試驗時應保證設備周圍空氣處于靜止狀態，測定結果按最高環境溫度進行修正，所以該試驗沒有要求試驗時的環境溫度。因此檢驗中心通常在室溫下進行最高表面溫度試驗，并按照最高環境溫度對試驗結果進行修正，以修正的結果作為最高表面溫度的最終值。然而通過試驗發現環境溫度嚴重影響最高表面溫度試驗結果,為此研究了環境溫度對最高表面溫度試驗的影響，保證最高表面溫度試驗的準確性與嚴謹性。

1 試驗方法

試驗系統主要由HUT210P高低溫濕熱試驗箱、DGE18/24L礦用隔爆型LED機車燈（以下簡稱機車燈）、穩壓電源及GP20溫度記錄儀構成。為保證空氣處于靜止狀態，將機車燈放入特制的密閉箱內，再將密閉箱放入HUT210P高低溫濕熱試驗箱內[5-8]。機車燈基本參數為：①防爆型式：隔爆型；②額定功率：18 W；③額定電壓：24 VDC；④光源類型：LED；⑤環境溫度：-20～+40℃,因此試驗電壓為26.4 VDC。機車燈測點示意圖如圖1，依據標準需要測量電纜引入處、電纜分叉處、外殼、驅動、LED燈、膠粘劑以及玻璃的最高表面溫度，利用TIS20紅外熱成像儀尋找以上各位置溫度最高點后粘貼熱電偶[9-11]。當每一位置的溫升變化不超過2 K/h時，認為該試驗達到最終穩定狀態，記錄各測點的溫度。

圖1 機車燈測點示意圖

2 試驗結果

在室溫20.3℃時各測點溫度經過4 h后時間后達到穩定值。設置HUT210P高低溫濕熱試驗箱的溫度，分別獲得 39.2、30.2、10.2、1.9、-9.4、-19.2 ℃不同的環境溫度，在各環境溫度下按照試驗方法進行最高表面溫度試驗，不同環境溫度下各測點的試驗值見表1。

表1 不同環境溫度下各測點的溫度試驗值 ℃

對表1的各測點溫度按照式（1）進行修正：

式中：TX為修正后的最高表面溫度，℃；TC為測量的最高表面溫度，℃；TH為試驗進行時環境溫度，℃。

不同環境溫度下各測點的修正值見表2。

3 結果分析

1）非金屬材料最高溫度。非金屬材料最高溫度用來確定非金屬材料耐熱試驗數值，取同一環境溫度下電纜引入點、電纜分叉點以及膠粘劑3點最高溫度，非金屬材料最高溫度隨環境溫度的變化規律如圖2。從圖2可以看出，非金屬材料最高溫度隨著環境溫度升高而降低，最高為65.7℃，最低為56.7℃，最大誤差為9.0℃。室溫時，最高表面溫度為59.5℃，誤差為6.2℃。

表2 不同環境溫度下各測點的溫度修正值 ℃

圖2 非金屬材料最高溫度隨環境溫度的變化規律

2）外殼最高溫度。外殼最高溫度用來判斷外殼最高溫度是否大于150℃（Ⅱ類設備用來確定溫度組別），取同一溫度下外殼及玻璃2點最高溫度，外殼最高溫度隨環境溫度的變化規律如圖3。從圖3可知，外殼最高溫度隨著環境溫度升高而降低，最高為59.8℃，最低為52.4℃，最大誤差為7.4℃。室溫時，外殼最高表面溫度為54.7℃，誤差為5.1℃。

3）機車燈內部最高溫度。機車燈內部最高溫度用來確定外殼的打開時間，取同一環境溫度下驅動單元及LED燈2點最高溫度，機車燈內部最高溫度隨環境溫度的變化規律如圖4。從圖4可知，機車燈內部最高溫度隨環境溫度升高而降低，最高105.1℃，最低87.3℃，最大誤差17.8℃。室溫時，機車燈內部最高表面溫度為92.7℃，誤差為12.4℃。

圖3 外殼最高溫度隨環境溫度的變化規律

圖4 機車燈內部最高溫度隨環境溫度的變

4 結語

通過試驗證明，環境溫度對LED機車燈最高表面溫度試驗結果影響顯著，隨著環境溫度的升高，最高表面溫度呈下降趨勢；環境溫度影響最高表面溫度試驗測量結果，其造成試驗結果最大誤差為17.8℃；相對于室溫環境時，試驗結果最大誤差為12.4℃；為保證最高表面溫度試驗的準確性，LED機車燈應在其環境溫度的下限進行試驗。