牟聿強(qiáng)，王姜驊，盧林，張文征，戴銘，高永樂(lè)

（1.天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所有限公司，天津300180；2.中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心，北京100070）

《GB 7251.1—2013/IEC 61439—1：2011 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第一部分：總則》［1］以及《GB 7251.12—2013/IEC 61439—2：2011 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第二部分：成套電力開(kāi)關(guān)和控制設(shè)備》［2］已于2013-12-31發(fā)布。其代替版本為《GB 7251.1—2005/IEC 60439—1：1999 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第一部分：型式試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)成套設(shè)備》［3］。本文第一部分?jǐn)⑹隽薌B 7251.12 針對(duì)替代版本中增加和變化的試驗(yàn)項(xiàng)目。根據(jù)各個(gè)試驗(yàn)的特點(diǎn)給出一種建議性的試驗(yàn)順序。本文的第二部分針對(duì)變化較大的溫升試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述并給出一個(gè)溫升試驗(yàn)案例。最后對(duì)影響溫升結(jié)論的各種因素進(jìn)行了分析并給出了優(yōu)化方案。（GB 7251.1—2013 有3 種驗(yàn)證方式，本文僅討論試驗(yàn)驗(yàn)證verification test）。希望得出的結(jié)論對(duì)廣大試驗(yàn)人員與成套設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)人員有所幫助。

1 GB 7251.12中的試驗(yàn)項(xiàng)目

GB 7251.1—2005 中的全部型式試驗(yàn)項(xiàng)目均包含于GB 7251.12—2013 中，GB 7251.12—2013對(duì)其替代版本進(jìn)行了試驗(yàn)的增加和變化。由于替代版本已施行多年，下面分別對(duì)增加和變化的項(xiàng)目進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)于相同的試驗(yàn)項(xiàng)目則不重述。

1.1 GB 7251.12新增的試驗(yàn)項(xiàng)目

GB 7251.12 對(duì)空殼體的要求與試驗(yàn)和IEC62208/GB/T 20641［4］基本等同，增加了針對(duì)殼體的以下試驗(yàn)：耐腐蝕、絕緣材料性能、耐紫外線、提升、機(jī)械碰撞、標(biāo)志。GB 7251.12 中也明確指出若殼體符合文獻(xiàn)［4］的要求并沒(méi)有進(jìn)行過(guò)降低外殼性能的更改則可免除材料方面的試驗(yàn)，事實(shí)上兩者之間有一定的差異。由于文獻(xiàn)［4］已發(fā)布并實(shí)施多年，下面敘述以上各項(xiàng)試驗(yàn)與文獻(xiàn)［4］的異同。

耐腐蝕性的嚴(yán)酷試驗(yàn)A與文獻(xiàn)［4］中9.12.1 a）相同。絕緣材料的外殼熱穩(wěn)定性試驗(yàn)與文獻(xiàn)［4］中9.8.1 相同。絕緣材料耐受非正常熱和著火的試驗(yàn)與文獻(xiàn)［4］中9.8.3 相同。提升試驗(yàn)與文獻(xiàn)［4］中9.4 相同。機(jī)械碰撞試驗(yàn)與文獻(xiàn)［4］中9.6相同。標(biāo)志試驗(yàn)與文獻(xiàn)［4］中9.2相同。

GB 7251.12中耐腐蝕試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)B為2個(gè)12 天合計(jì)24 天的存儲(chǔ)，每個(gè)12 天循環(huán)包含5 天濕熱循環(huán)與7 天鹽霧循環(huán)；文獻(xiàn)［4］中耐腐蝕為12 天濕熱循環(huán)和14 天鹽霧循環(huán)合計(jì)26 天的存儲(chǔ)。另外，GB 7251.12中絕緣材料耐紫外線的試驗(yàn)方法與文獻(xiàn)［4］中9.11 相同，不同處在于文獻(xiàn)［4］中9.11要求試驗(yàn)后增加灼熱絲試驗(yàn)。

1.2 有變化的試驗(yàn)項(xiàng)目

1.2.1 沖擊耐受電壓

關(guān)于沖擊耐受電壓GB 7251.12與文獻(xiàn)［3］在施加位置，可以用交流或直流代替方面是相同的。在試驗(yàn)電壓值方面有細(xì)微差別，比如：海平面當(dāng)額定沖擊耐受電壓為6 kV時(shí)文獻(xiàn)［2］的試驗(yàn)電壓為7.3 kV，而文獻(xiàn)［3］中為7.4 kV。表1給出了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)上的差別。

表1 沖擊耐受電壓試驗(yàn)要求比較Tab.1 Comparison of impulse withstand voltage test requirement

GB 7251.12 中提出了當(dāng)電氣間隙測(cè)量值大于要求值1.5 倍時(shí)可免除沖擊耐受電壓，同時(shí)可以用交流或直流電壓試驗(yàn)代替沖擊耐受電壓試驗(yàn)。文獻(xiàn)［5］指出固體絕緣耐受電壓應(yīng)力的能力必須通過(guò)電壓試驗(yàn)驗(yàn)證。固體絕緣對(duì)不同電壓有不同的耐受特性，而且不同電壓的傳播方式不同。本文認(rèn)為用沖擊耐受電壓試驗(yàn)進(jìn)行的絕緣配合是較優(yōu)的。

1.2.2 工頻耐受電壓

GB 7251.12 的工頻耐受試驗(yàn)電壓值與GB 14048系列標(biāo)準(zhǔn)一致。表2為兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)上的差別。

表2 工頻耐受電壓試驗(yàn)要求比較Tab.2 Comparison of power frequency withstand voltage test requirement

1.2.3 防護(hù)等級(jí)

對(duì)于IPX1 而言GB 7251.12 放寬了試驗(yàn)條件，允許以移動(dòng)滴水箱代替轉(zhuǎn)動(dòng)試品。文獻(xiàn)［3］嚴(yán)格按IEC 60529/GB 4208的要求不允許移動(dòng)滴水箱。

1.2.4 機(jī)械操作

GB 7251.12 對(duì)于機(jī)械操作的次數(shù)由文獻(xiàn)［3］的50次變?yōu)?00次。

1.2.5 電磁兼容

GB 7251.12 中電磁兼容對(duì)兩類(lèi)環(huán)境的試驗(yàn)進(jìn)行了區(qū)分且試驗(yàn)比GB 7251.1—2005中都有增加。增加項(xiàng)目為IEC 61000—4—6，8，11。

1.3 建議性的試驗(yàn)順序

GB 7251.12中并沒(méi)有對(duì)試驗(yàn)順序進(jìn)行要求，考慮到某些試驗(yàn)的要求本段給出一個(gè)建議性的試驗(yàn)順序簡(jiǎn)述如下。

GB 7251.12 中的絕緣配合試驗(yàn)包括沖擊耐受電壓、工頻耐受電壓、電氣間隙爬電距離測(cè)量，這些試驗(yàn)均以文獻(xiàn)［5］為依據(jù)。文獻(xiàn)［5］中規(guī)定在進(jìn)行試驗(yàn)前要對(duì)試品進(jìn)行溫度、濕度、機(jī)械沖擊等試驗(yàn)以模擬其可能處于的工作條件及運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行等情況。而溫升、材料與部件強(qiáng)度、機(jī)械操作試驗(yàn)滿(mǎn)足了上述要求。短路試驗(yàn)由于其破壞性應(yīng)安排在最后一項(xiàng)。溫升試驗(yàn)?zāi)M試品正常工作條件下應(yīng)該考慮到抽出式單元?jiǎng)屿o觸頭由于抽插情況帶來(lái)的磨損并導(dǎo)致接觸電阻變化對(duì)溫升的影響。最后防護(hù)等級(jí)未達(dá)要求的溫升試驗(yàn)被視為是無(wú)效的。

綜上，把所有試驗(yàn)分為4組，第1組為材料性能、機(jī)械操作、防護(hù)等級(jí)；第2組為溫升；第3組為絕緣配合；第4 組為短路。試驗(yàn)順序也按此排序?yàn)橐?。至于保護(hù)接地由于某些試驗(yàn)試前試后均需進(jìn)行則按各個(gè)試驗(yàn)要求進(jìn)行。

2 溫升試驗(yàn)

GB 7251.12 中增加了代表性功能單元與母線單元的定義以便于溫升方案的選擇。在外接導(dǎo)線方面增加了3 150～4 000 A 導(dǎo)體的尺寸。明確了溫升應(yīng)在控制電路線圈和主回路均達(dá)到平衡時(shí)測(cè)量。給出了電流的允差進(jìn)線試驗(yàn)電流的平均值應(yīng)在預(yù)期值的-0%和+3%之間。每相應(yīng)在預(yù)期值的±5%范圍內(nèi)。

與文獻(xiàn)［3］相比GB 7251.12增加了溫升試驗(yàn)方案為3 種，下面分別對(duì)這3 種方案進(jìn)行說(shuō)明并給出一個(gè)案例。對(duì)于影響溫升的因素進(jìn)行分析并給出一些解決方案。

2.1 3種溫升試驗(yàn)方法

3 種溫升試驗(yàn)方法為：整個(gè)成套設(shè)備的驗(yàn)證——方法a）；分別驗(yàn)證各功能單元和整個(gè)成套設(shè)備——方法b）；分別驗(yàn)證各功能單元，主母線，配電母線和整個(gè)成套設(shè)備——方法c）。由于方法b）包含于方法c）中，故先介紹方法c）。

圖1 為某開(kāi)關(guān)設(shè)備的1 次系統(tǒng)圖，各個(gè)功能單元以矩形表示代表一種或多種電器元件的組合，其額定電流標(biāo)于框內(nèi)。表3給出了完成溫升驗(yàn)證所需的各種測(cè)試電流方案。假定額定分散系數(shù)0.8。

圖1 例1主回路接線圖Fig.1 Example1 main circuit wiring diagram

2.1.1 方法c）

1）主母線通以其額定電流，電流流過(guò)主母線全長(zhǎng)并包含所有連接點(diǎn)；進(jìn)行測(cè)試9。

2）配電母線在與出現(xiàn)單元隔離情況下通以額定電流，電流流過(guò)配電母線全長(zhǎng)，當(dāng)主母線額定電流大于配電母線額定電流時(shí)，應(yīng)輸出附加電流保證兩者連接點(diǎn)達(dá)到主母線額定電流；進(jìn)行測(cè)試7，8。

表3 例1溫升試驗(yàn)電流值Tab.3 Example1 test current of temperature rise

3）每個(gè)功能單元單獨(dú)通以額定電流，當(dāng)主母線或配電母線額定電流大于功能單元額定電流，應(yīng)輸出附加電流保證兩者連接點(diǎn)達(dá)到主母線或配電母線額定電流；進(jìn)行測(cè)試3，4，5，6。

4）進(jìn)線電路通以額定電流，各出線功能單元通以它的額定電流乘以額定分散系數(shù)。進(jìn)行測(cè)試2。

2.1.2 方法b）

按2.1.1中3），4）進(jìn)行。

2.1.3 方法a）

成套設(shè)備的進(jìn)、出電路通以額定電流；進(jìn)行測(cè)試1。

2.1.4 出線電路試驗(yàn)電流之和大于進(jìn)線電流

上邊的例子沒(méi)有考慮到出線試驗(yàn)電流之和大于進(jìn)線試驗(yàn)電流的情況。圖2為一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備的試驗(yàn)方案，方框中為其試驗(yàn)電流。此時(shí)無(wú)論是方法c）的4）還是方法a）均需要分解為若干測(cè)試進(jìn)行。分解的方法為出線回路根據(jù)進(jìn)線或配電母線額定電流分為幾組至少保證一個(gè)分組包含了所有不同的功能單元。具體的測(cè)試電流見(jiàn)表4。

圖2 例2主回路接線圖Fig.2 Example 2 main circuit wiring diagram

表4 例2溫升試驗(yàn)電流值Tab.4 Example2 test current of temperature rise

2.2 溫升試驗(yàn)方法的評(píng)價(jià)

方法a）要求的測(cè)試次數(shù)最少，但試驗(yàn)安排會(huì)比需要的更嚴(yán)酷。方法b）考慮了出線電路負(fù)載的分散系數(shù)適用于多數(shù)場(chǎng)合。然而，如方法a），結(jié)果只適用于成套設(shè)備特殊布置。方法c）要求比方法a）和b）進(jìn)行更多的試驗(yàn)，它的優(yōu)勢(shì)在于可以驗(yàn)證模塊化系統(tǒng)而不是成套設(shè)備的特殊布置。

測(cè)試1，2 的負(fù)載施加在了水平位置，也可以施加在2個(gè)垂直母排處。要指出的是無(wú)論負(fù)載如何進(jìn)行選擇，測(cè)試1，2 均不會(huì)如測(cè)試7，8 那樣驗(yàn)證整個(gè)配電母線的額定電流，它們只能使配電母線的一部分達(dá)到其額定電流。

2.3 溫升影響因素

溫升的過(guò)程由發(fā)熱與耗熱兩方面決定。試驗(yàn)中發(fā)熱由試驗(yàn)電流產(chǎn)生熱量，一部分使導(dǎo)體溫度升高；另一部分散失到周?chē)諝庵薪?jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定。降低溫升的方法在于減小導(dǎo)體產(chǎn)生熱量或增加散失的熱量。

2.3.1 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱

溫升過(guò)程導(dǎo)體發(fā)熱為I2Ract，I為試驗(yàn)電流，試驗(yàn)中為恒定值，t為時(shí)間，Rac為導(dǎo)體交流電阻?？梢?jiàn)減小導(dǎo)體發(fā)熱的方法為降低發(fā)熱電阻。Rac由以下幾個(gè)部分組成：導(dǎo)體直流電阻、集膚效應(yīng)附加電阻以及導(dǎo)體連接處接觸電阻。對(duì)于常用的矩形導(dǎo)體，從文獻(xiàn)［6］中可知對(duì)同截面積導(dǎo)體長(zhǎng)寬比越大集膚系數(shù)越低，即Rac越小。

載流部件間的電氣連接有螺栓連接和壓板連接兩種。螺栓連接可靠性和適用性強(qiáng)。其不足是需要在導(dǎo)體上鉆孔，從而造成電流線畸變。與壓板連接方式相比其接觸壓力不規(guī)則，但仍被大量采用；壓板連接可使接觸壓力非常均勻，接觸面也平整，連接處的加緊裝置；因加大了散熱面積而利于冷卻。不足是費(fèi)用較高。

導(dǎo)體的接觸面應(yīng)清潔以避免氧化導(dǎo)致接觸電阻增加。實(shí)際中有些廠家將導(dǎo)體表面的麻面進(jìn)行處理，增加了接觸面積，減小了接觸電阻。在導(dǎo)體表面清潔之后，若在連接面涂抹導(dǎo)電膏后進(jìn)行連接，可有效增加接觸面積，降低接觸電阻。施加在接觸面的壓力越大接觸電阻越小，但當(dāng)壓力大于導(dǎo)體、螺栓、壓板的彈性極限時(shí)，由于發(fā)熱時(shí)導(dǎo)體與連接件的膨脹系數(shù)不同會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體變形。

2.3.2 熱量的散失

電熱量的散失主要為對(duì)流換熱和輻射換熱。同一安裝水平面上，矩形截面導(dǎo)體豎放的散熱要優(yōu)于橫放，但機(jī)械強(qiáng)度相反［6］。合理設(shè)計(jì)的通風(fēng)孔以及加裝風(fēng)扇都可以改善對(duì)流環(huán)境。涂有黑色無(wú)光澤油漆導(dǎo)體的輻射系數(shù)高于裸導(dǎo)體，其散熱速度快。導(dǎo)體之上加裝散熱片同樣可加快散熱。

影響溫升結(jié)果的因素有很多，諸多因素間又相互制約。降低溫升應(yīng)從設(shè)備全局統(tǒng)一考慮，在設(shè)備設(shè)計(jì)、選材、裝配等方面有探索和改進(jìn)的空間。

3 結(jié)論

本文介紹了GB 7251.12—2013 的試驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)比其代替版本GB 7251.1—2005給出了新增和有變化的試驗(yàn)內(nèi)容。按照各個(gè)試驗(yàn)的特點(diǎn)給出了一種建議性的試驗(yàn)順序。詳細(xì)介紹了溫升試驗(yàn)的方法并給出一個(gè)試驗(yàn)方案，對(duì)影響溫升的因素進(jìn)行了分析并給出了改進(jìn)建議。

［1］GB 7251.1—2013/IEC 61439—1：2011 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第一部分：總則［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［2］GB 7251.12—2013/IEC 61439—2：2011 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第二部分：成套電力開(kāi)關(guān)和控制設(shè)備［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［3］GB 7251.1—2005/IEC 60439—1：1999 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分：型式試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)成套設(shè)備［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［4］GB/T 20641—2006/IEC 62208：2002 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備空殼體的一般要求［S］.北京：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［5］GB/T 16935.1—2008/IEC 60064—1：2007 低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第一部分：原理、要求和試驗(yàn)［S］.北京：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［6］范錫普.發(fā)電廠電器部分［M］.第2 版.北京：中國(guó)電力出版社，1995.