电器的温升试验概论.doc

电器的温升试验概论 电器的温升试验，就是要测量电器的一些零部件在规定的工作条件下的温升值。“温升”是指电器零部件的工作温度与周围空气温度之差，将温升值加上电器的最高环境温度就是它的最高工作温度，为保证电器工作的可靠性和使用寿命，这个最高温度不应超过材料的允许极限值。一、电器的发热与允许温升电器在工作时，由于电流通过导体和线圈而产生电阻损耗；对交流，则由于交变电磁场的作用还会在铁磁体内产生涡流和磁滞损耗。所有这些损耗全部转变为热能，一部分散失到周围介质中；一部分加热电器使其温度升高。金属材料在温度高达一定数值后，其机械性能会显著下降，材料机械强度开始下降时的温度称为材料的软化点，以铜为例，长期发热时的软化点为100200。对于触头材料，除考虑机械强度外还要考虑其氧化问题，一般金属材料的氧化物电阻率都很高，触头氧化后的接触电阻会大大增高，氧化的速度还与触头温度有关。绝缘材料的绝缘强度也随温度的升高而逐渐降低，不同的绝缘材料耐热性能也有差别，当绝缘材料的温度超过极限温度时，材料急剧老化，温度越高老化越快，寿命也就越短。由于材料在温度超过一定范围后，上述性能降低，因此在电器设计中必须限制电器工作时的温度不能过高。为保证电器工作的可靠性和使用寿命，根据材料的绝缘及机械性能的条件，在GB/T14048.1-2000中，对电器发热零部件的温升允许极限值都做了明确的规定。二、试验依据在GB/T14048.1中对电器的发热部件规定了温升允许极限值，电器在规定条件下进行温升试验，其各部件所测得的温升应不超过以下有关的规定值。但是，电器部件在正常使用条件下的温升可能会与试验所得值有所不同，它取决于电器安装和连接导体等条件的差异。以下规定的温升极限适用于新的完好的电器。1、 接线端子的温升极限接线端子的温升不应超过表1的规定值。接线端子材料温升极限/K裸铜裸黄铜铜（或黄铜）镀锡铜（或黄铜）镀银或镀镍其他金属6065657065表1 接线端子的温升极限2、 易近部件的温升极限易近部件的温升不应超过表2的规定值. 表2 易近部件的温升极限易近部件名称温升极限/K手操作件：金属的非金属的1525可触及但不可握持的部件：金属的非金属的3040正常操作时不触及的部件：金属的非金属的40503、 线圈和电磁绕组的温升极限线圈和电磁绕组的温升不应超过表3的规定值。绝缘材料耐热等级电阻法测得的温升极限/K线圈在空气中线圈在油中AEBFH85100110135160606060/表3 绝缘线圈的温升极限4、其他部件的温升极限电器的其他部件（触头、弹簧及产品内部导体连接处等）的温升应不危及电器的载流部件和邻近部件为限。 三、试验方法：1、试验周围空气温度周围空气温度至少用两只温度检测器（温度计或热电偶）测量，应将它们均匀放置在距离电器1m远和电器本身高度1/2处。周围空气温度应在试验周期最后1/4时间内或1/4h内（取其小者）测量。应保证温度检测器免受气流和热辐射的影响以及由于温度迅速变化引起的显示误差。试验过程中，周围空气温度应在+10+40范围内变化，且其变化不应超过10K。试验过程中，周围空气温度变化超过3K时，可按电器的发热时间常数确定适当的修正系数对被试部件测得的温度修正，但制造厂同意也可免于修正。2、部件温度的测量（1）电器部件表面温度的测量 电器的接线端子、触头等部件的温升试验是测量它们不同部位的温度，尤其应测量很可能达到最高温度的部位。温度检测器可采用热电偶，在一定条件下也可采用温度计。但温度计读数不便、热惯性大且易损坏，而热电偶具有尺寸小、便于放置、热惯性小、对被测点温升影响小、制造和使用方便等优点，在电器温升试验中广泛用来测量温度。热电偶的基本测温原理：把温度的测量转化为热的电动势的测量，通过直流毫伏表测量电动势，再利用热电偶分度表，查对相应的被测点的温度值。热电偶的使用：热电偶的测温范围很广，不同材料组成的热电偶适用的测温范围不同。常用的热电偶有铜-康铜、铂-铂铑、镍铬-镍硅等，铁-康铜在国外已使用，也是一种热电特性较好的热电偶材料。常用的热电偶测温范围见表4。表4 常用热电偶测温使用范围热电偶材料使用温度/允 许 误 差+-常 用短 时铂 铑镍 铬铜铁铂镍 硅康 铜康 铜60013004001000-200+200-100+60016001200300800600，0.4%t400，0.5%t-30100, 0.5%t100300, 0.5%t大部分电器产品的温升都在200以下，可采用铜-康铜热电偶，少数高于200的可采用镍铬-镍硅，铁-康铜热电偶。在电器的温升试验中，常用分度号为T的铜-康铜热电偶，要求精度1，应符合JB2386的规定。固定热电偶的热端时，应使其与被测部件表面之间有良好的热传导，且尽可能不影响被测处的温升，通常用以下三种方法固定：a.钻孔埋入法：先在被测点钻孔，略大于热电偶的热端，放入热电偶，四周冲挤固定或用导热性好的材料填充塞紧。此方法可用到200以下。b.锡焊固定法：用锡将热电偶热端焊在被测点上，焊点不能太大表面要光滑，盖住热电偶热端免受气流影响。此方法可用在焊锡的软化温度160以下。c.胶粘固定法：将热电偶热端焊在0.10.2mm小铜片上，并把被测点与小铜片清理干净，在小铜片上涂薄薄一层快干胶（一般采用502胶）压在被测点上，待其固化后即可。因502胶的耐热性较差，此法的测温范围一般在80以下,而且502胶的热阻使测出的温度偏低，故应按下式修正t2=1.025t1式中 t2-修正后的被测点温度t1-实际测出的温度。结果测量：最简单的方法将冷端放在空气中，直接把热电偶铜丝、康铜丝的端头接在电位计或直流毫伏计上读数，再利用热电偶分度表，查对相应的被测点的温度值。（2）线圈温度的测量电器线圈内部的温度分布是不均匀的，GB/T14048.1规定线圈的温度测量一般用电阻法，而只能测出其线圈平均温度，间接反映出线圈内部发热状况。电阻法测温原理：用电阻法测量线圈平均温度，是利用金属导体电阻随温度变化的现象而测量。线圈的热态温度T2可以用以下公式从冷态温度T1热态电阻R2与冷态电阻R1之比值的函数得到，T2= R2/ R1（234.5+ T1）-234.5式中：T1、 T2-摄氏温度，表示； R1 、R2-表示。 线圈电阻测量：线圈的电阻最常用的方法用直流电桥直接测量，双臂电桥能消除接线电阻和接触电阻对测量的影响，适用于测10以下的低值电阻；单臂电桥适用于测10106的中值电阻。线圈冷态电阻在温升试验开始前测量，线圈热态电阻应在温升试验结束后立即测量，测量准确度与测量速度有很大关系。（3）主电路的温升试验主电路就是指开关电器的主触头电路，用作闭合和断开电路的所有导电部分。试验条件：被试电器应按正常使用条件安装，试验前可以无载操作使触头接触正常。带外壳的电器应在外壳中进行试验。被试电器不应受外界非正常加热和冷却的影响。试验应在不受阳光照射或其他热辐射的影响且无外来气流的关闭房间内进行。试验电源：除非有关产品标准另有规定，主电路的温升试验应通以约定发热电流（Ith）或约定封闭发热电流（Ithe），在任何合适的电压下进行。对多相电流实验，每相电流应平衡，允差为5%。某些直流电器可以用交流电源进行温升试验，交流有效值等于直流试验电流值。具有各极相同的多极电器用交流电流进行试验时，若忽略电磁效应，可以将所有极串联起来通以单相电流来试验。具有中性极与其他各极不同的四极电器，温升试验应首先在三个相同极上通以三相电流进行试验；中性极与其相邻极串联通以中性极约定发热电流（或约定封闭发热电流），用单相电流进行试验。具有短路保护装置（SCPD）的电器应按有关产品标准的要求进行温升试验。试验连接导体:温升试验的连接导体应根据试验电流按以下规定选取。a 试验电流值不大于400A 连接导线应采用单芯聚氯乙烯（PVC）绝缘铜导线，其截面按下表5的规定。连接导线应置于大气中，导线间的间距约等于电器端子间的距离。温升试验中，从电器的端子至另一端子或至试验电源或至星形接点的连接导线长度规定为：导线截面为35mm2 及以下时，长度1m；导线截面大于35mm2 时，长度2m。b试验电流值大于400A，但不超过800A 连接导线应采用单芯聚氯乙烯（PVC）绝缘铜导线, 其截面按下表6规定，或采用等效铜排，见下表7规定。温升试验中，从电器的端子至另一端子或至试验电源的任何连接导体之间的最小长度为2m，而至星形接点之间的最小长度可以减少到1.2m。连接导体间的间距约等于电器端子间的距离；每个端子接多个铜排，铜排隔开间距应约等于铜排厚度；铜导体或铜排不应叠加组成规定的尺寸；铜排应涂黑色无光漆。c 试验电流值大于800A，但不超过3150A 连接导线应采用铜排，其尺寸见下表7规定。温升试验中，从电器的端子至另一端子或至试验电源的任何连接导体之间最小长度为3m，如果连接导体在电源端的温升低于连接导体长度中间（约长度的1/2处）的温升，且温差不超过5K，则连接导体的长度允许减少到2m，端子连接至星形接点之间的最小长度为2m。d 试验电流值大于3150A 温升试验的所有有关项目，如电源、相数、频率、连接导体的尺寸和根数及布置等，都应由制造厂和用户协商，并应详细记录在试验报告中。表5 试验电流为400A及以下的试验铜导线试验电流范围/A连接导线截面/ m m2试验电流范围/A连接导线截面/ m m2试验电流范围/A连接导线截面/ m m20I88I1212I2020I2525I3232I501.01.52.54.06.01050I6565I8585I115115I150150I175175I225162535507095225I250250I275275I350350I400120150185240试验电流范围/A导 线根 数尺 寸/ m m2400I500500I630630I800222150185240表6 试验电流大于400A而不超过800A的试验铜导线试验电流范围/A铜 排根 数尺 寸/ m m2400I500500I630630I800800I10001000I12501250I16001600I20002000I25002500I315022222234330540550560580510051005100510010表7 试验电流大于800A而不超过3150A的试验铜排（4）控制电路和辅助电路的温升试验控制电路的温升试验应采用规定的电流种类，在交流情况下应在额定频率下进行，控制电路应在其额定电压下进行试验。预定持续运行的控制电路，试验应进行足够长的时间直至温升达到稳定值。断续周期工作制下的控制电路应按产品标准的规定进行温升试验。辅助电路以同样的条件，但可以在任意合适的电压进行试验。（5）电磁铁线圈的温升试验在主电路通电的条件下，线圈和电磁铁的绕组应在额定电压下，对交流在额定频率下进行温升试验。试验应进行足够的时间直至温升达到稳定值。当主电路和电磁铁线圈的温升都达到热平衡时，应测量温度。断续周期工作制下的电器，应按产品标准的规定进行温升试验。当主电路、控制电路、辅助电路及其附件的发热相互会影响温升时，则它们的温升试验应同时进行。四、试验线路温升试验时，按照被试电器的极数和试验电流的相数可以采用不同的试验电路。 1、仪表要求：电流表满度电流5A，要求精度0.5%。电流互感器要求精度0.5%。电压表要求精度0.5%。直流电桥要求精度0.1%，读数不少于4位数。电位差计或直流毫伏计要求精度0