薛 昊（天津市電工技術(shù)科學(xué)研究院，天津300232）

0 引言

低壓電氣中，用于各元件的電氣連接有很多方式，包括電線電纜連接、銅排連接和母線連接等，各種方式各有利弊。在實際使用中，電線電纜主要用于變壓器輸送到各用電場所的高壓開關(guān)柜，然后再從各工廠的配電室送至各種用電場所，這是由于電線電纜具有耐腐耐酸等特性。銅排輸電則主要用于工廠中的配電，主要是由于銅排具有機(jī)械強(qiáng)度，適合工廠環(huán)境。在試驗室內(nèi)的溫升試驗中，對大電流采用銅排連接，對小電流采用電線電纜連接。對于萬能斷路器的溫升試驗，一般情況下使用銅排連接進(jìn)行溫升試驗，但是有些特殊條件下必須使用軟銅線連接。本文將以比對方式驗證使用銅排連接和軟銅線連接進(jìn)行溫升試驗的準(zhǔn)確性。

1 溫升試驗

低壓電氣元件的溫升試驗尤為重要，在試驗中對檢測試品通以預(yù)定發(fā)熱電流，在一個特定的空間內(nèi)進(jìn)行不間斷試驗。在國家標(biāo)準(zhǔn)中，約定自由空氣發(fā)熱電流和約定封閉空間發(fā)熱電流之分，主要是考核試品能否在實際工作中承載工作電流而本身并不損壞。低壓電氣元件在實際使用中，有時需要較長時間通電。與此產(chǎn)品觸頭就會發(fā)熱，當(dāng)觸頭達(dá)到或者超過產(chǎn)品觸頭極限溫升時，其各項參數(shù)將發(fā)生改變。例如，對產(chǎn)品的物理特性而言，當(dāng)產(chǎn)品中的銅觸頭長時間通過超過自身能承載的大電流，會產(chǎn)生退火現(xiàn)象，銅觸頭會因為退火而易折斷或者變形。對產(chǎn)品的化學(xué)特性而言，由于長時間通電，觸頭溫度超過所允許溫升值，產(chǎn)品會發(fā)生加速氧化，易引發(fā)火災(zāi)。因此，對電氣元件等產(chǎn)品進(jìn)行溫升試驗非常重要。在實際工作中，所有的低壓電氣元件產(chǎn)品都會進(jìn)行溫升試驗。但是由于電氣元件產(chǎn)品種類眾多，其接線端也各不相同，因此在溫升試驗中會分別使用銅排連接或者軟線連接。本文主要探究在萬能式斷路器的溫升試驗中，使用銅排連接和使用軟線連接的差異。

影響低壓電氣元件產(chǎn)品最終溫升值的因素有很多。主要的外部原因，一是在銅排或者軟線連接處，由于采用螺絲固定導(dǎo)致連接處接觸面積和接觸電阻各不相同，從而導(dǎo)致溫升偏差過大，因此國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了每個固定螺絲的扭矩。本文所做試驗過程中，采用扭矩儀對每個螺絲進(jìn)行緊固。二是試驗產(chǎn)品所處的環(huán)境溫度也對試品的溫升值有一定影響。封閉空間和不封閉空間溫升值各不相同，夏季溫升值和冬季溫升值也各不相同。國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，為了避免環(huán)境溫度對于試品溫升的影響，采用數(shù)值K表示溫升值，如公式（1）所示。

式中，T1為實際測量溫度，℃；T2為環(huán)境溫度，℃；K為計算的溫升值，單位為K。在國家標(biāo)準(zhǔn)中，對于不同產(chǎn)品、不同部位、不同材質(zhì)分別規(guī)定了最大溫升值。

在本文所做對比試驗過程中，為了避免環(huán)境溫度對于試驗結(jié)果的影響，采用相同工位和時間段分別進(jìn)行試驗。溫升試驗采用T型熱電偶進(jìn)行測量，并用錫箔紙粘貼方式進(jìn)行溫升試驗。熱電偶的原理是兩種不同材料的金屬焊接在一起,當(dāng)參考端和測量端有溫差時,就會產(chǎn)生熱電勢,根據(jù)該熱電勢與溫度的單值關(guān)系就可以測量溫度。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單,響應(yīng)快,適宜遠(yuǎn)距離測量和自動控制的特點(diǎn),應(yīng)用比較廣泛[1]。產(chǎn)品試驗的溫升高低，取決于試驗產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)試品閉合時，試品的觸頭接觸閉合必然會產(chǎn)生接觸電阻，電流通過觸頭也會產(chǎn)生熱量。該熱量主要影響試品的溫升值。

在元件試驗時，有時使用銅排連接試驗設(shè)備,有時使用軟線連接。為了驗證兩種方法的準(zhǔn)確性,設(shè)計如下試驗方法。

比對試驗采用萬能斷路器為試驗產(chǎn)品，使用1 000、1 250、1 600、2 500、3 000 和 4 000 A 電流對試品進(jìn)行溫升試驗。溫升試驗主要針對產(chǎn)品約定自由空氣發(fā)熱電流(Ith),它是不封閉電器在自由空氣中進(jìn)行溫升試驗時的最大試驗電流值。約定封閉發(fā)熱電流（Ithe)由制造商規(guī)定，用此電流對安裝在規(guī)定外殼中的電器進(jìn)行溫升試驗[3]。對于低壓電氣元件，使用這個電流對試品進(jìn)行溫升試驗。為了更好地進(jìn)行比對，分別采用不同電流進(jìn)行試驗。

溫升試驗分別采用不同電流進(jìn)行試驗。對幾個典型電流等級的萬能斷路器進(jìn)行不同電流試驗。本文僅對一項試驗電流進(jìn)行闡述。例如，對3 200 A殼體等級的萬能斷路器進(jìn)行2 500 A電流試驗。對于3 200 A殼體等級的萬能斷路器分別進(jìn)行2次接線，分別采用進(jìn)線銅排出線銅排和進(jìn)線軟線出線銅排,兩種接線方式。萬能斷路器采用下進(jìn)線、上出線連接方式，在進(jìn)線端分別連接銅排與軟線。試驗中連接線規(guī)格分別采用：進(jìn)軟線2 000 mm2，長度3 m，出銅排 4（100×5）mm2，長度 2 m；進(jìn)銅排 4（100×5）mm2，長度 3 m，出銅排 4（100×5）mm2，長度 2 m。分別記錄兩次試驗時的環(huán)境溫度。在溫度記錄的位置方面，為了保證試驗的客觀性，在兩次溫升試驗中分別在出線端ABC相布置3個溫度記錄點(diǎn)。萬能斷路器進(jìn)線端的溫度記錄點(diǎn)，分別記錄試品進(jìn)線端口的溫度，對于固定試品的螺釘也同樣采用Φ12型號。與此同時，采用扭矩力扳手以14Nm為力矩進(jìn)行固定。試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 試驗數(shù)據(jù)

2 不確定度分析

目前衡量檢測方法準(zhǔn)確度的方法是不確定度分析方法。影響不確定度分析方法有以下幾個方面需要考慮[2]：⑴對使用萬能式斷路器代替低壓電氣元件不夠全面；⑵萬能斷路器通過六個試驗電流不夠全面；⑶每個廠家的萬能式斷路器不同，不能全面體現(xiàn)萬能式斷路器這一系列元件；⑷對測量過程受環(huán)境影響的認(rèn)識不周全，或?qū)Νh(huán)境條件的測量與控制不完善；⑸各試驗人員操作試驗儀器的方法不相同；⑹試驗室溫升測試儀的準(zhǔn)確度；⑺試驗室不同時間環(huán)境溫度略有不同；⑻引用于數(shù)據(jù)計算的常量和其它參量不準(zhǔn)；⑼測量方法和測量程序的近似性和假定性；⑽在表面上看來完全相同的條件下，被測量重復(fù)觀測值的變化。

結(jié)合試驗室環(huán)境和現(xiàn)場設(shè)備，從以下幾方面考慮：⑴所用的參考標(biāo)準(zhǔn)和參考物質(zhì)；⑵所用方法和設(shè)備；⑶環(huán)境條件；⑷被檢測樣品的性能和狀態(tài)；⑸操作人員。

不確定度分析法對于試驗室檢測尤為重要，還會影響量化公式計算結(jié)果。為了縮短對比過程，本文忽略一些不重要的方面，僅從5個重點(diǎn)方面進(jìn)行分析，通過公式計算獲得最新量化數(shù)據(jù)，從而證明了試驗方法的可行性。不確定度分析有兩種評定方式，分別為A類評定方法和B類評定方法。這兩種方法沒有本質(zhì)的區(qū)別。A類評定方法是考慮多個不確定因素，同時進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立，最終列出測量不確定度一覽表。B類方法則是確定一個不確定函數(shù)，然后再進(jìn)行相應(yīng)的計算，從而得出不確定度。

也為了縮短試驗周期，此次檢測忽略了檢測標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境條件、被檢測樣品的性能和狀態(tài)，且目前主流方法為B類評定分量，最終確定B類不確定度公式，不確定度計算公式見公式2。

式中，xi為每次儀器上的顯示數(shù)據(jù)；xˉ為每次測量結(jié)果的平均值；n為測量次數(shù)；s為方差，方差結(jié)果越大，其不確定度則越大，反之結(jié)果越小，不確定度越小。

試品按照圖1方式進(jìn)行接線，并進(jìn)行大于4 h的溫升試驗，當(dāng)試驗溫升數(shù)值差小于5 K時，停止試驗并記錄試驗數(shù)據(jù)。

圖1 比對溫升試驗

3 結(jié)論

采用比對方法對兩種連接方式進(jìn)行分別試驗。為了使試驗值更加接近真值，采用3次試驗方法獲得試驗數(shù)據(jù)。為了比對兩種接線對于試驗數(shù)據(jù)的影響，運(yùn)用不確定分析公式對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，運(yùn)用公式（2）對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。將所得數(shù)據(jù)通過計算得出：采用進(jìn)線軟線、出線銅排的不確定度為0.1414；采用進(jìn)線銅排、出線銅排的不確定度為0.1224。通過比對兩種試驗方法的不確定度都屬于同一數(shù)量級，因此可以得出以下結(jié)論，對于低壓電氣元件的溫升試驗可以使用銅排與銅排連接，也可以使用銅排與軟線連接。兩種試驗方式所得試驗結(jié)果可以近似相等。