智能电力管廊传感器环境适应性和防护等级试验研究

庞莹，王婷婷，刘鑫

（1.上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114； 2.中国电器科学研究院股份有限公司，广州 510663）

引言

随着城市的发展，电力管廊逐渐取代了传统的架空线路，成为城市的超级大动脉，带来从内到外的活力[1]。电力管廊的投入迅速增长，使其维修难度加大[2]。为满足城市电力电缆建设的需求，电力管廊监测系统得到大力发展[3-5]。起初，国内电缆的运行大都属于粗放式管理模式，由于缺乏对电缆系统和隧道网络的监控，很难得到设备运行的准确状况，无法实现电缆网络和路径资源的有效管控，威胁电力电缆的安全运行[6,7]。因此，电力管廊监测系统建设刻不容缓。

智能传感器的开发是电力管廊监测系统建设的重点之一。上世纪70年代开始，国外就已经对电力管廊监测进行分析和研究，并且许多发达国家都设置了监测电力电缆的系统试验点[8]。我国在上世纪90年代才开始对电力管廊的在线监测系统进行研究，相比发达国家来说起步较晚。目前，智能电力管廊传感器的生产厂家较多，但国内外尚无相关的技术参数标准，造成产品的质量参差不齐、市场混乱，电力管廊传感器的基本性能、环境适应性能、抗电磁干扰性能、绝缘性能、防护等级等方面不能满足技术要求。因此，要想推动智能电力管廊监测系统的健康发展，亟需对该系统内传感器的关键技术进行研究。本文开展了智能电力管廊传感器环境适应性试验和防护等级试验研究。

1 智能电力管廊监测系统

1.1 智能电力管廊传感器

电力管廊系统内的传感器类别有人体感应传感器、有害气体传感器、氧气传感器、烟雾传感器、燃气体传感器、位移传感器、电缆运行状态综合传感器、水位传感器等。智能传感器作为监测系统的终端装置，具有数据处理、控制和通信功能。通过高频局放、接地电流、隧道机器人等在线监测，对电力管廊本体状态进行实时感知和分析诊断。通过水位、温湿度、有毒有害气体、结构沉降、井盖监控和振动光纤等监测技术应用，对电力管廊内外部的环境进行实时监控。

1.2 系统的监测功能要求

系统的监测功能应满足以下要求：

1）能对运行电缆及管廊的状态量进行实时或周期性地采集和监测；

2）信号采集单元应具备状态量自动采集、信号调理、模数转换和数据的预处理功能，应具备定期发送、响应召唤、主动报送等数据传输方式。

2 环境适应性试验

环境适应性是产品在寿命周期内，对规定的贮存、运输及使用环境等因素的适应能力。通过环境试验可以反映产品的设计、研制和选材等方面的环境适应性问题。高、低温试验是环境试验的常规测试项目。

2.1 试验样品和设备

本文选用位移传感器和人体感应传感器进行高温试验和低温试验。试验设备为可编程恒温恒湿箱（EL-04KA）。试验温度见表1，每组试验样品数量为100个。

2.2 试验步骤

2.2.1 高温试验验证

按照GB/T 2423.2规定的试验要求和试验方法，将试验样品放入试验箱中，然后分别将温度调节到表1规定的高温温度60 ℃、70 ℃和80 ℃。当试验样品温度达到稳定后在该条件下暴露16 h，然后对样品进行测试。

2.2.2 低温试验验证

按照GB/T 2423.1规定的试验要求和试验方法，将试验样品放入试验箱中，然后分别将温度调节到表1规定的低温温度-25 ℃、-40 ℃和-50 ℃。当试验样品温度达到稳定后在该条件下暴露16 h，然后对样品进行测试。

表1 考核适用温度（单位为℃）

2.3 试验过程

1）试验前（如图1）

图1 试验前的样品

2）试验中（如图2）

图2 试验过程中

3）试验后（如图3）

图3 试验后的样品

2.4 试验结果

经测试，在高、低温试验后仍能正常工作的传感器数量如图4所示。

由图4可以看出，经过60 ℃、70 ℃和80 ℃的高温试验后，仍能正常工作的位移传感器和人体感应传感器样品数量分别为100、99、76和100、98、73。经过-25 ℃、-40 ℃、-50 ℃的低温试验后，仍能正常工作的位移传感器和人体感应传感器样品数量分别为100、98、87和99、98、85。因此，由以上结果可以得出两类传感器能承受的高温温度为70 ℃，低温温度为-40 ℃。此结果可以为两种传感器的标准体系制定提供依据。

图4 高、低温试验结果

3 防护等级试验

随着电子电气产品的广泛应用，生产企业对产品的外观设计越来越看重。由于产品在使用过程中会受沙尘、雨水等外界环境影响，因此，在进行产品外观设计时同时要考虑产品对外界环境的防护能力，外壳防护等级试验研究变得尤为重要。

3.1 试验样品和设备

本文选用温度传感器进行防尘试验和防水试验研究，每组试验样品数量为50个。试验设备包括沙尘试验箱（WH-Sc800）、直径1.0 mm试具和浸水箱。

3.2 试验步骤

3.2.1 防尘试验

按照GB 4208中规定的试验要求和试验方法进行。

3.2.2 防水试验

按照GB 4208中规定的试验要求和试验方法进行。

3.3 试验环境（见图5、图6）

图5 防尘试验环境

图6 防水试验环境

3.4 试验结果

由图7可以得到，经过防尘试验，12个样品目视检查样品内无灰尘进入（图8（a）所示），且仍能正常工作；其余38个样品有灰尘经外壳空隙进入，样品在试验后工作异常。防水试验中，仅5个样品目视检查无水进入（图8（b）所示），其余45个样品外壳内均有进水且工作异常。因此，该类传感器应在无尘无水的环境下工作，其外壳防护等级应符合IP68的要求。

图7 防尘试验和防水试验结果

图8 试验后仍正常工作样品图片

4 总结

本文开展了智能电力管廊传感器的环境适应性和防护等级试验研究。对位移传感器和人体感应传感器开展了温度试验验证，包括高温试验、低温试验。两类传感器能承受的高温温度为70 ℃，低温温度为-40 ℃。对温度传感器进行了防护等级试验研究，包括防尘试验和防水试验，该传感器的外壳防护应符合IP68的要求，即经防护等级试验后，样品内应无灰尘和水进入。本文的环境适应性和防护等级试验的研究，不仅为智能电力管廊传感器的标准体系建立提供了数据支撑，并为企业的产品设计、生产和应用提供重要的技术支持。