探讨高温环境下母线槽温升试验

文 /张 轶 滕成龙

母线槽属于低压成套开关设备和控制设备，是高效输送较大电流的配电设备。由于具有较好的安全可靠性和经济适用性，在各类配电系统中得到了广泛的应用。随着国家“一带一路”倡议的落实，国内母线槽产品迅速走出国门，其中不少是应用于高温、高湿、盐雾、蒸汽和振动等各类特殊环境中，尤其是高温环境，需要通过附加的试验来验证其安全性和可靠性。按照国家标准GB/T 7251.1-2013《低压成套开关设备及控制设备 第1部分：总则》规定，当工作环境温度超过40 ℃时，属于特殊使用条件，用户应向成套设备制造商提出，双方签定专门的协议。本文针对高温环境下母线槽温升试验展开讨论，指出了正常使用条件下母线槽温升试验标准中的局限，介绍了电工电子产品高温环境试验的相关标准，归纳了高温环境下温升试验对设备的要求，提出了高温环境下母线槽温升试验方法，为相关试验提供参考方案，从而为确保母线槽在高温环境下的正常使用提供指导。

一、母线槽温升试验标准中的局限

温升试验是母线槽的关键性安全试验项目，GB/T 7251.6-2015《低压成套开关设备及控制设备第6部分：母线干线系统（母线槽）》第“10.10.1”中对母线槽温升试验提出“应验证母线干线系统不同部分的温升极限不应超过规定的温升极限”的要求，第“10.10.2.3.4”规定“试验时周围空气温度应在10 ℃～40 ℃之间”。随着环境温度的升高，导体的电阻率升高，绝缘材料的绝缘电阻减小，电气性能发生变化。同时，母线槽壳体和导体将发生不同程度的热膨胀，机械性能发生变化。很明显，若母线槽在高温环境下（超过40 ℃）工作，还需要在高温环境下进行温升试验，以验证其性能发挥仍然正常。但GB/T 7251.6-2015并未对高温环境下（超过40 ℃）的温升试验提供指导性建议，而且GB/T 2423“电工电子产品环境试验”系列标准和GB/T 2424“环境试验”系列标准中相关高温环境试验也未对试验样品温升验证提出明确要求。

二、高温环境试验标准和关键点

设备产品是否能确保在高温环境下正常运行，可依据GB/T 2423.2-2008《电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 B：高温》进行检验，因为该标准规定的高温试验适用于非散热和散热试验样品。该试验的目的是用来确定元件、设备或其他产品在高温环境下使用、运输或贮存的能力，给出的试验方法通常用于试验期间能达到温度稳定的试验样品。故可对此母线槽产品进行针对性检验，同时测量该产品的温升情况，该标准所涉及的主要内容有：

1.导则、概述和指南

GB/T 2424.1-2015《环境试验 第3 部分 :支持文件及导则 低温和高温试验》和GB/T 2421.1-2008《电工电子产品环境试验 概述和指南》这两个标准被GB/T 2423.2-2008所引用，是电工电子产品环境试验的纲领性文件，介绍了环境试验的基本概念和背景知识。

2.高温环境温度试验箱要求

高温环境温度试验箱是否符合要求是关键环节之一。对于温度试验箱的制造和确认，根据国家标准GB/T 2423.2-2008中“4.1”条款和“6.1”条款对温度试验箱的要求，建议按照GB/T 2424.5-2006《电工电子产品环境试验 温度试验箱性能确认》和GB/T 2424.7-2006《电工电子产品环境试验 试验A和B（带负载）用温度试验箱的测量》规定进行。

① 试验箱尺寸

GB/T 2424.2-2008 第“6.1”要求：“与散热试验样品的尺寸和数量相比，试验箱应该足够大”，GB/T 7251.6-2015要求试验样品“总长度至少为6 m的至少包含两个连接点”，试验安装要求“应水平支撑在地面以上大约1 m处”。依据这些要求，同时考虑便于试验样品安装等因素，建议选择内部尺寸为 7 m×2.5 m×2 m（长 × 宽 × 高）的试验箱，因为尺寸过大会产生较大的功率损耗，增加内部温度参数的控制难度。

② 测量周边环境

GB/T 2424.5-2006第“4.”对试验区环境的要求是“温度试验箱周围的环境可能会影响试验箱内的条件。温度试验箱性能的确定应在标准大气条件下进行”。

另，还需注意：不应直接暴露于阳光下和电磁干扰环境中，水平放置在不受机械振动和声振干扰的地方。在实验过程中，相关问题应引起足够的重视，避免产生较大的测量误差。

③ 温度传感器

GB/T 2424.5-2006第“4.”对温度传感器的要求是：一般来说，传感器应当是电阻型的（符合IEC 60751-2016《工业铂电阻标准》）或是热电偶型的（符合 GB/T 16839.1-2018《热电偶 第 1 部分:电动势规范和允差》）。传感器在空气中的50%响应时间应在10 s～40 s之间。整个系统的响应时间应当小于40 s，否则会导致系统的周期性波动。在-200 ℃～+200 ℃温度范围内，电阻型传感器的测量不确定度应当达到IEC 60751-2016中等级A的要求。

在试验箱每个角和工作空间中心应放置至少9个温度传感器。对于2 000 L以上的温度试验箱，应当在每个箱壁中心的正前方放置至少15个传感器。针对7 m×2.5 m×2 m 尺寸的试验箱，建议参照GB/T 2424.5-2006第“4.4”中的图4要求，设置23个传感器，在每个2.3 m长度方向的中心切面位置增加上下前后4个传感器。测量系统部分不应影响空载试验箱的温度分布。

④ 测量系统要求

GB/T 2424.7-2006第“4.”对测量系统的要求是：湿度传感器尽可能地放在工作空间的中心。湿度传感器的测量不确定度不大于3%RH，以避免湿度波动对测量结果的影响。

所安装的气流传感器要能测量出冲击负载的最大气流速度。气流传感器的测量不确定度要符合GB/T 2423.2-2008的容差要求，气流速度传感器的响应时间要大于5 s，以避免气流波动的影响。

其他关于温度的要求与GB/T 2424.5-2006的要求基本相同。

上述标准中的相关要求是设计、制造和验证高温环境温度试验箱及其测量系统的重要依据。它们与GB/T 7251.6-2015一起构成了高温环境下母线槽温升试验的基础依据。

三、母线槽产品高温环境温升试验流程设计

对于母线槽产品，所有温度测量点的变化都不超过1 K/h时，可以认为温度达到稳定。经过试验验证，母线槽是散热的，温升试验过程中通电，根据GB/T 2423.2-2008选择试验Be，结合GB/T 7251.6-2015和GB/T 2423.2-2008，设计试验程序如下：

首先，按照GB/T 7251.6-2015第“10.10.2.3”的要求，将试验样品安装于温度试验箱内，连接试验导体和供电电源，在试验样品上布置测温点；

其次，按照GB/T 2423.2-2008第“6.5”要求，选择温度和持续时间严酷等级；

再次，将试验样品在额定电流下运行，记录环境条件和样品温升变化情况；

从次，持续时间到或试验样品温度测量点的变化都不超过1 K/h时，按照GB/T 2423.2-2008第“6.10”和“6.11”要求，进行线性降温和恢复；

最后，对试验样品进行目视检查，按照GB/T 7251.6-2015中相关条款，进行绝缘和电气性能检查等。

四、结 论

母线槽的工作环境温度超过40 ℃时，属于特殊使用条件，高温环境下温升试验是母线槽的关键性安全试验项目。本文介绍了电工电子产品高温环境相关试验标准，总结了高温环境温度试验箱的要求，探讨了高温环境下母线槽温升试验方法，设计了试验程序，为相关试验提供了一种参考方案。目前，经多次验证改进后的产品在高温环境下使用正常，收到了良好的效果。