（大全集团有限公司 扬中 212211）
摘要：低压电器产品温升试验是很关键的试验项目，但标准中只是对温升目标值进行定义，没有详细说明温升试验具体怎么做。本文集合标准要求、多个实验室的方法总结及个人多年试验经验总结，具体从电源、环境、安装、测量点、热电偶、数据记录与处理等方面详细描述温升试验怎么做，及如何保证测量结果的有效性。
关键词：低压电器；低压断路器；温升试验；温升测量点
Low voltage switch gear temperature rise test investigation
Zhang Zhengjun，Wu Jie，Xu Lu
（Daqo Group Co.，Ltd.YangZhong 212211)
Abstract：low voltage switch gear temperature rise test is a critical test items，it only defined the target value of temperature rise in the standard，not detail specification how to do it.In this paper，the collection standard，multiple laboratory methods to summarize and individual test experience for many years，concrete from the power supply，environment，installation and measurement point，thermocouple，data recording and processing are described in detail in temperature rise test what to do，and how to ensure the validity of measurement results.
Key words：low voltage switch gear；low voltage circuit breaker；temperature rise test；temperature measurement points
0.引言
低压电器的温升试验是型式试验中重要的试验项目，同时也是研发阶段试前试后重要的试验指标，所以对于如何通过正确的过程来获得正确的温升试验数据，显得尤为重要。下面就温升试验过程在实际工作的基础上逐一讲解该过程。
1.电源要求
1.1电源的种类
一般实验室使用的电源分为传统电源和电子电源两种。传统电源的主要元器件有调压器、变压器、接触器或可控硅等组成，具有线性度好、输出波形失真小、造价低、电压调整速度慢、但稳流精度低等特点。电子电源通过高频开关技术，控制电源的电流及电压输出，再通过输出隔离变压器，得到低压大电流。电子电源具有响应速度快、输出精度高、价格高、但易受脉冲宽度调制（PWM）技术的高频信号影响等特点。目前检测实验室大都采用传统电源的方式，而企业实验室部分采用了电子电源的方式。
1.2稳流要求
为了保证温升试验结果的准确性，在试验过程中的电流应保持稳定。电流稳定性的影响因素有电源电压波动和载流回路发热时电阻的增加。由于在稳流过程中散热系数K不变，散热面积A也保持不变，发热处于平衡状态时发热体的温升正比于发热功率。显然，其温升的偏差亦近似为稳流精度误差的2倍，试验室要求稳流精度控制在1%~3%之间。根据CNAS-CL01和CNAS-CL11对实验室设备的要求，如果检测标准和检测规范中没有明确，则电压稳定度应保持在额定电压的±3%。
1.3电源精度
精度是指测量值与真值的接近程度，包含精密度和准确度两个方面，对于温升试验而言是指试验电源输出电流和电压的精度。目前国内对温升试验电源的精度并未作具体要求，笔者实验室参考检测实验室委员会CTL对电源的基本要求，选择精度为±1.5%或更优作为温升试验电源。
1.4电源容量
电源电压用U表示（单位V)，电流用I表示（单位A），则设备容量（单位VA）可依据下列公式来计算：
•单相电源容量 P=U*I
•三相电源容量 P=
*U*I
VA表示电器的视在功率。由于试验回路基本为阻性回路，功率因素基本等于1，所以额定功率近似等于视在功率。
温升试验前应根据不同试品选择不同的电源设备。由于低压电器试品大部分为阻性的，可依据欧姆定律来计算所需的电源设备。
U=RI
U——导体两端的电压（单位V）
R——导体的电阻（单位Ω）
I——导体中流过的电流（单位A）
当其两端电压（或流过的电流)在相当大范围内变动时，电阻R几乎保持不变。这时电压与电流之间存在线性关系，满足欧姆定律。
1.5量程范围
量程是指度量工具的测量范围。一般温升试验为保证数据的准确性，推荐试验电流在电源量程的20%~100%范围内
1.6电源频率
周期性地改变方向的电流叫做交流电，电流发生1个周期性变化的时间叫做周期，每秒电流发生变化的次数做频率，单位是赫兹。交流电源的频率一般是50或者60Hz。中国大陆和欧洲大多数国家使用50Hz。根据趋肤效应的影响，
交变电流通过导体时，由于电流密度的分布不均匀，随着交变频率的增高，电流将趋向于导线表面附近，这种现象叫趋肤效应。趋肤效应在理论上可在电动力学中根据电磁场方程求解电流密度与深度的关系得出。
根据CNAS-CL11规定，如检测标准和检测规范中没有明确，频率应保持在额定频率的±2%。
1.7电源质量
电源质量主要影响因素是输出失真度。在电器温升试验的有关标准未对电流波形失真度大小提出要求，但是波形的失真或者畸变会导致不一样的发热功率，且会随着畸变率的增加而增大。当畸变率不大于5%是，对发热功率的增加不超过1%，根据牛顿冷却定律，当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，因此温升增加也不超过1%，对温升影响较小，在此实验室要求电流畸变率不超过5%。
2..环境因素：
2.1风速
外界气流的流速是影响温升的主要因素之一，这是因为电器温升试验，其本质就是导体的发热以及向周围介质散热。在散热的形式中，对流散热起着主要作用。而温升试验中的对流散热情况，就是有实验室内气流的状态决定的。
GB14048.2-2008《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》（以下简称GB14048.2-
2008）内对于环境风速要求的描述是“温度检测器应保证免受气流、热辐射影响和由于温度迅速变化产生的显示误差”，对量值并无明确规定。其他资料要求离被试电器1m范围内风速不大于0.1m/s，一般人员走动造成风速波动大于0.1m/s，所以温升实验室禁止被试电器1m范围内人员走动。
2.2环境温度
除非产品标准另有规定，温升试验一般可在周围空气温度为10～40℃的范围内进行，过程中变化不超过10k，当变化超过3k时应该应按电器的热时间常数用适当的修正系数对测得的部件温升予以修正。
环境温度的测试：至少用两只热电偶均匀的放置在被试电器周围，距被试电器表面的水平距离约1m，高度约为被试电器高度的一半处。实验室一般采用在标准要求的地方放置玻璃器皿（试管等）的可移动支架，于玻璃器皿中放置导热能力较强的润滑油，用于采集环境温度。
2.3环境湿度
最高温度为+40℃时，空气的相对湿度不超过50%，在较低的温度下可以允许有较高的相对湿度，例如+20℃时达90%。但是针对温度变化偶尔产生的凝露应采取特殊的措施。
2.4空间要求
房间面积一般不小于3m*3.5m
3.安装方法
3.1导线及铜排的选取
温升试验导线的选取，如若选取不当，会严重影响试验结果，导线尺寸选取偏小，导致温升值变大，尺寸选取偏大，不能真实还原样品实际工作状态下产生的温升。根据GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》（以下简称GB14048.1-
2012）要求使用单芯聚氯乙烯绝缘铜导线；对于铜排，GB14048.1-2012要求铜排应涂黑色无光漆，也不应叠加组成规定的尺寸。
根据GB14048.1-2012表11，本实验样品应选用100*5mm，2根。
3.2拧紧力矩的选取
拧紧力矩会直接影响接触电阻，间接影响温升实验结果。拧紧力矩过大，造成螺栓屈服，导致螺栓滑丝而失去紧固效果；拧紧力矩过小，导致接触面积偏小，接触电阻变大，温升偏高。
拧紧力矩由螺栓配合垫圈来完成。对于螺钉的要求是直径越大，材质越好，屈服强度越大。垫圈可以增加接触面积，降低接触电阻，实验室会使用平垫圈配合弹性垫圈一起使用。
4.测量点选择
温升测量点，一般选取以下测量点：
1.端子：温升试验时，试品的每一个端子都需布置热电偶进行测量。
2.易接近部件：易接近部件一般包括
人操作部件：手柄、按钮、拨盘、开关等
可触及但不能握住的部件：正常安装时暴露在空气中的外壳表面等
正常操作时无需触及的部件：一般指试品的背面，如果试品安装方式有特定的要求则需按照安装方式调整。
3.周围空气温度 选取至少两个点进行测量，放置在被试电器高度的1/2处，离开被试电器的距离约为1m。
4.控制及辅助电路 包括常开，常闭回路等
5.线圈和电磁铁的绕组 断路器的欠压脱扣器等
6.其他部分 其他上述未提及部分，包括客户另外提出的温升点位，例如灭弧罩，静触头，接触片，编织线，桥型触头等
5.热电偶
热电偶特点 热电偶是一种热电型的温度传感器，它将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量信号的仪表，便可以实现温度信号的转换和测量记录。热电偶温度计在测温领域应用非常广泛。热电偶具有明显的优点：（1)热电偶通常是由2种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，结构简单，制造方便，使用起来非常方便；（2)测温精确度较高，直接与被测对象接触，不受中间介质的影响，高温区的复现性和稳定性很好；（3)由于测温显示电信号，便于信号的远传和记录，也有利于集中检测和控制；（4)热电偶体积小，热容量及热惯性均小，能用来进行动态温度测量。基于上述优点，低压电器温升测量大多采用热电偶的方式。
热电偶选型 根据测试温度的不同，分别有K、E、S、B、T、J型等分度号，下表列举了常用热电偶的材质、测温范围等信息。根据断路器的实际温升情况及实用性，实验室一般选用T型或J型热电偶。
热电偶计量
热电偶粘贴方式 通常用以下四种方式固定：钻孔埋入法、铝铂纸粘贴法、锡焊固定法、胶粘固定法。（1）钻孔埋入法先在被测点上钻一小孔，孔的深度和直径略大于热电偶的工作端，然后将焊好的热电偶工作端放入孔中，四周用冲子冲挤固定或用导热性好的材料填充塞紧；（2）铝铂纸粘贴法 通过铝箔纸黏贴，保证热电偶与产品充分接触，同时铝箔纸不应裁剪过大影响其正常散热。（3）锡焊固定法用锡将热电偶工作端焊在被测点上，焊点不宜太大，表面要光滑，以盖住热电偶工作端免受气流影响为限；（4）胶粘固定法在热电偶上涂薄薄一层快干胶（目前普遍采用502胶)压在被测点上，待其固化后即可。在温升值不高于200℃的情况下，选用最便捷的胶粘固定法进行黏贴热电偶。胶粘固定法一般采用502胶，在热电偶上涂薄薄一层，黏贴时需要注意将热电偶紧贴着测试部位，减小因接触不充分导致的温升值变小的影响。
6.数据记录、处理
数据记录 按照标准定义试验应进行到足以使温升达到稳定值时为止，但不超过8小时。当每小时温升变化不超过1K时，可以认为温升达到稳定状态。所以数据记录基于标准要求一般检测机构是在通电后每小时记录一次温度；而研发性试验一般会采用数据采集器时时记录温度数据，并形成温度曲线或温升曲线，方便观察测量点是否完好、温度或温升的变化趋势等。
数据处理 每个测量点的温度值保留三位有效数字，然后用稳定的温度值减去环境温度值的平均值就是最终的温升值，在计数过程中采用奇进偶舍的方法。
试验过程监控 温升试验无需专人一直监控，试验人员每个小时记录数据是查看试验状态。一般需要监控的有试验电流波动；温升测量值是否正常，通过数据判断是否有温升点脱落或损坏；试品过热严重，产品外壳出现融化、冒烟等现象，应及时通知，协商是否继续进行试验。
7.结果判定
GB 14048.1-2012中规定测量电器各部件的温升需满足表2和表3所列要求（如下表），且该表格中的温升极限主要适用于全新的和完好的条件下进行试验的电器，相关产品标准对不同的试验条件可以规定不同的温升值，但不可超过上述温升值的10K，
基于上述规定，针对断路器产品GB 14048.2-2008中表7（如下表）温升要求则主要针对试后验证温升，所以相应的温升要求值增加了10K。
参考文献：
[1] IECEE OD-5012 IEC System of Conformity Assessment Schemes for Electro technical Equipment and Components “Laboratory procedure for acceptance，preparation，extension and use of Thermocouples”
[2]尹天文，何润华.低压电器技术手册
[3]陆建东.热电偶的测温原理及误差分析
[4] GB 14048.1-2012 低压开关设备和控制设备 第1部分：总则
[5] GB 14048.2-2008 低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器
作者介绍：
张正军（1984-），男，江苏南京，本科，工程师
论文作者:张正军,吴杰,徐路
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：热电偶论文; 电源论文; 电流论文; 测量论文; 温度论文; 测温论文; 电器论文; 《电力设备》2018年第21期论文;