GB/T 24621.1-2009

2009-11-30發(fā)布 2010-04-01實(shí)施

6 成套設(shè)備的性能

6.1 溫升

成套設(shè)備的溫升是最能確定成套設(shè)備的可靠性和長(zhǎng)期工作能力的驗(yàn)證項(xiàng)目之一。因?yàn)檫^(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致部件及絕緣的早期老化和最終故障。同時(shí)，接觸熱的蓋板或操作器件所帶來(lái)的安全問(wèn)題也同樣很重要。

成套設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮影響成套設(shè)備滿足本部分中溫升極限的諸多因素，對(duì)于成套設(shè)備各個(gè)部件的限值見(jiàn)表1。

從表1可清楚地看出，溫升限值是為外部接口如電纜端子、蓋板和操作手柄而設(shè)定的。在操作手柄和蓋板中，由于所用材料的不同使其最終的效果有一定的差別。例如塑料蓋板的溫升限值是40K（加上日平均溫度35℃），則塑料蓋板的最高允許溫度為75℃。在此溫度以下的情況，被認(rèn)為是可接受的。

對(duì)成套設(shè)備內(nèi)的其他部件，在溫度限值內(nèi)是不會(huì)產(chǎn)生有害的影響。這意味著如果不限制溫度，勢(shì)必會(huì)對(duì)成套設(shè)備的操作使用造成安全的隱患。制造商必須保證成套設(shè)備的溫度不超過(guò)部件、材料特別是絕緣材料的承受能力。

事實(shí)上，成套設(shè)備的電器部件在給定負(fù)載下的不同環(huán)境溫度中工作，每個(gè)部件在不同溫度下會(huì)有不同的容量。由于密集的接線，一個(gè)元件可能會(huì)把熱量傳到另一個(gè)元件上。同時(shí)，相鄰的電路也會(huì)產(chǎn)生一定的熱效應(yīng)。為此，應(yīng)采取合適的通風(fēng)措施。

另外，由于殼體防護(hù)等級(jí)的提高，過(guò)熱的可能性也隨之增加，為了克服上述問(wèn)題，部件可能需要降容。

如果需要確認(rèn)性能，可以采用計(jì)算或試驗(yàn)的方法來(lái)驗(yàn)證成套設(shè)備在規(guī)定負(fù)載條件下的溫升。應(yīng)按照GB/T 24276 2009或GB 7251.1 2005中8.2.1來(lái)驗(yàn)證成套設(shè)備的溫升是不可避免的。

進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)，成套設(shè)備內(nèi)的所有的電器元件應(yīng)像正常工作那樣閉合，控制電路應(yīng)施加額定電壓，試驗(yàn)電流加在進(jìn)線電路上，由出線電路分配電流。每個(gè)電路施加的負(fù)載電流等于其額定電流乘以實(shí)際的分散系數(shù)，如果沒(méi)有提供其他信息，可用GB 7251.1 2005中表1提供的額定分散系數(shù)。

溫升試驗(yàn)是時(shí)間的積累，試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間應(yīng)足以使溫度上升到穩(wěn)定為止（時(shí)間一般不超過(guò)8h）。通常采用熱電偶對(duì)溫升試驗(yàn)的最后幾小時(shí)的溫度予以監(jiān)視，溫度測(cè)量的部位是可接近的殼體和覆板、操作手柄、母線連接處、絕緣子、電纜端子、電器和/或內(nèi)部空氣溫度等。

為了說(shuō)明在成套設(shè)備內(nèi)的潛在功耗，表5列出了一些有關(guān)功耗的典型試驗(yàn)結(jié)果。

表5 典型的功率損耗

由表5可見(jiàn)，一個(gè)典型的抽出式電動(dòng)機(jī)控制柜可以散發(fā)約400W的熱量，由于各種因素的影響，可能會(huì)超出以上數(shù)據(jù)。如果所裝的電路會(huì)產(chǎn)生大量的熱或由于較高的環(huán)境溫度造成柜架散熱能力減小，問(wèn)題是相當(dāng)嚴(yán)重的。所以，如果柜架單元的自然通風(fēng)不充足，則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，例如：?qiáng)迫通風(fēng)。

溫度會(huì)直接影響成套設(shè)備的使用壽命，較低的溫升是保證延長(zhǎng)成套設(shè)備壽命和可靠性的關(guān)鍵。

6.2 短路保護(hù)與短路耐受強(qiáng)度

6.2.1 可免除短路耐受強(qiáng)度驗(yàn)證的成套設(shè)備的電路

以下情況不要求進(jìn)行短路耐受強(qiáng)度驗(yàn)證：

a）額定短時(shí)耐受電流或額定限制短路電流不超過(guò)10kA的成套設(shè)備；

b）采用限流器件保護(hù)的成套設(shè)備，該器件在成套設(shè)備的進(jìn)線電路端最大允許預(yù)期短路電流時(shí)的截?cái)嚯娏鞑怀^(guò)17kA；

c）與變壓器連接的成套設(shè)備中的輔助電路，該變壓器二次側(cè)額定電壓不小于110V時(shí)，其額定容量不超過(guò)10kV·A?；蚨蝹?cè)額定電壓小于110V時(shí)，其額定容量不超過(guò)1.6kV·A，而且其短路阻抗不小于4%。

除上述情況（不包括保護(hù)電路）外，所有的其他電路都應(yīng)通過(guò)短路耐受強(qiáng)度的驗(yàn)證。

6.2.2 一般要求

成套設(shè)備應(yīng)具有耐受不超過(guò)額定值的短路電流所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和電動(dòng)應(yīng)力。制造商給出的短路耐受強(qiáng)度除采用試驗(yàn)驗(yàn)證外，還可以通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)則、計(jì)算來(lái)驗(yàn)證。

6.2.3 用設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行驗(yàn)證

用設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行驗(yàn)證是將需要驗(yàn)證的成套設(shè)備的情況與一個(gè)已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)證的成套設(shè)備作核查對(duì)比，其核查對(duì)比內(nèi)容見(jiàn)表6。

如果確定的驗(yàn)證與核查表的要求不一致，可使用6.2.4和6.2.5的方法之一進(jìn)行驗(yàn)證。

6.2.4 與基準(zhǔn)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較的評(píng)估驗(yàn)證

通過(guò)計(jì)算和應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)則，對(duì)成套設(shè)備及其電路的額定短路耐受電流進(jìn)行評(píng)估時(shí)，應(yīng)將此成套設(shè)備與已經(jīng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的成套設(shè)備或成套設(shè)備組件相比較。評(píng)估應(yīng)依據(jù)GB/T 24277 2009。此外進(jìn)行評(píng)估的成套設(shè)備的每一電路應(yīng)滿足表6中序列號(hào)為6、8、9和10的要求。

記錄所使用的數(shù)據(jù)、曾經(jīng)做過(guò)的計(jì)算和對(duì)比。

表6 用設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行短路驗(yàn)證的核查表

如果上列的任何一個(gè)或多個(gè)條款不滿足要求，則成套設(shè)備及其電路應(yīng)依據(jù)6.2.5進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

6.2.5 用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證

6.2.5.1 試驗(yàn)要求

應(yīng)按照GB 7251.1 2005中8.2.3的要求對(duì)成套設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，以考核成套設(shè)備耐受不超過(guò)額定值的短路電流所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和電動(dòng)應(yīng)力。試驗(yàn)應(yīng)在專門為此試驗(yàn)提供的成套設(shè)備上進(jìn)行，不必在所生產(chǎn)的每臺(tái)成套設(shè)備上重復(fù)進(jìn)行。為了對(duì)成套設(shè)備進(jìn)行完整的試驗(yàn)，有必要對(duì)電路和母線系統(tǒng)的每種設(shè)計(jì)選擇一個(gè)類型進(jìn)行試驗(yàn)。

典型的試驗(yàn)包括下述內(nèi)容：

a）出線電路

每個(gè)基本類型的出線電路，它包含事先未做過(guò)試驗(yàn)的部件（連接件可視為一種部件）應(yīng)依次通以故障電流（短路耐受電流）。

用于試驗(yàn)的電路應(yīng)閉合，并且應(yīng)在出線端子上進(jìn)行短路連接。試驗(yàn)電源應(yīng)具有輸送規(guī)定的短路電流的能力，此電源加在成套設(shè)備的進(jìn)線端上。試驗(yàn)電壓應(yīng)維持不應(yīng)少于10個(gè)周波的時(shí)間，直至被短路保護(hù)器件（熔絲或斷路器）切斷以消除故障。

b）進(jìn)線電路及主母線

通常進(jìn)線電路和主母線（加上帶有母線的柜架單元）要一同試驗(yàn)。試驗(yàn)電源連接至進(jìn)線端上，在所確定的母線系統(tǒng)的遠(yuǎn)端進(jìn)行短路連接。

如果進(jìn)線電路包含有短路保護(hù)器件，如同上述出線電路那樣，故障電流（短路耐受電流）可以在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)被分?jǐn)?。另外，?duì)于大容量的成套設(shè)備，其故障電流應(yīng)持續(xù)一個(gè)確定的時(shí)間。如果成套設(shè)備內(nèi)包含有不同的母線設(shè)計(jì)（平行的和垂直的），應(yīng)逐一進(jìn)行試驗(yàn)。

c）成套設(shè)備的主母線和出線功能單元電源側(cè)的連接導(dǎo)體帶有短路保護(hù)器件的，每種類型的電路都要進(jìn)行附加的試驗(yàn)。

將導(dǎo)體連接到單獨(dú)出線單元的母線上，用螺栓連接實(shí)現(xiàn)短路時(shí)，短路點(diǎn)應(yīng)盡量靠近出線單元母線側(cè)的端子。短路電流值應(yīng)與主母線相同。

d）如果電路中包含中性母線，要考慮在中性母線及最靠近中性母線的相線上進(jìn)行一次試驗(yàn)，其預(yù)期故障電流應(yīng)是三相值的60%。

如果中性母線與相母線的形狀和截面積相同，而且：

中性母線與相母線的支撐方式相同，沿母線長(zhǎng)度的支撐距離不大于相母線的支撐距離；

中性母線與最近的相母線的距離不小于相母線間的距離。

中性母線與接地母線的距離不小于與相母線的距離。則可不必對(duì)中性母線進(jìn)行試驗(yàn)。

e）對(duì)保護(hù)電路的短路試驗(yàn)要求見(jiàn)本部分6.3.3的規(guī)定，6.2.1的規(guī)定對(duì)本條不適用。6.2.5.2 試驗(yàn)結(jié)果

短路試驗(yàn)后，只要電氣間隙和爬電距離仍符合5.3的規(guī)定，母線和導(dǎo)體的變形是允許的。如對(duì)電氣間隙和爬電距離有疑問(wèn)，則應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。

絕緣材料性能應(yīng)能保證設(shè)備的機(jī)械和介電性能滿足相關(guān)規(guī)定的要求。母線絕緣件或支撐件或電纜固定件不應(yīng)分為兩段或多段。此外，支撐件不應(yīng)出現(xiàn)裂紋或破裂，包括表面的裂紋、支撐件的變形等。在對(duì)成套設(shè)備的絕緣性能有疑問(wèn)的情況下，應(yīng)依據(jù)GB 7251.1 2005的8.2.2以2倍Ui加最少1000V的電壓下進(jìn)行附加的工頻試驗(yàn)。導(dǎo)體的連接部件不應(yīng)松動(dòng)，而且，導(dǎo)線不應(yīng)從端子上脫落。母線或成套設(shè)備結(jié)構(gòu)的任何影響其正常使用的變形，可移式部件的插入或移動(dòng)的任何變形，應(yīng)視為故障。

由于短路引起的殼體或內(nèi)部隔板、擋板和屏障的變形是允許的，只要其防護(hù)等級(jí)沒(méi)被破壞，電氣間隙和爬電距離值沒(méi)有減少到規(guī)定值以下。

另外，短路耐受強(qiáng)度試驗(yàn)后，被試成套設(shè)備應(yīng)能承受6.4的介電試驗(yàn)。試驗(yàn)電壓值見(jiàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。試驗(yàn)部位如下：

a）在成套設(shè)備所有帶電部件和成套設(shè)備的裸露導(dǎo)電部件之間；

b）在每個(gè)極和為此試驗(yàn)被連接到成套設(shè)備裸露導(dǎo)電部件的所有其他極之間。

如進(jìn)行上述a）和b）項(xiàng)試驗(yàn)，則應(yīng)更換熔斷器并閉合開(kāi)關(guān)器件。

應(yīng)檢查成套設(shè)備的內(nèi)裝元件是否符合有關(guān)的規(guī)定。檢測(cè)器件不應(yīng)顯示出有故障電流。

6.3 保護(hù)電路的有效性

6.3.1 一般要求

成套設(shè)備內(nèi)適宜的保護(hù)電路是必不可少的。其主要功能是當(dāng)非載流部件一旦意外地變?yōu)閹щ姇r(shí)，對(duì)人身進(jìn)行保護(hù)。

一般情況，成套設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成其基礎(chǔ)保護(hù)電路。對(duì)于多柜架單元，一般不要求必須具備金屬結(jié)構(gòu)，可以配置一個(gè)貫穿成套設(shè)備整個(gè)長(zhǎng)度的保護(hù)導(dǎo)體（接地排）。

6.3.2 成套設(shè)備的裸露導(dǎo)電部件與保護(hù)電路之間的有效連接由以下兩部分完成保護(hù)電路（接地排）的功能：

6.3.2.1 成套設(shè)備的結(jié)構(gòu)是否能使保護(hù)電路的有效性得到滿足：

a）大于50mm×50mm可以被觸及的所有裸露導(dǎo)電部件應(yīng)有效地連接到保護(hù)電路上；

b）操作手柄等被有效地連接到保護(hù)電路上或進(jìn)行適宜的絕緣；

c）一個(gè)部件從成套設(shè)備上移出而不切斷其他部件的保護(hù)電路；

d）門和蓋板不應(yīng)被密封墊完全絕緣；

e）保護(hù)電路的尺寸是按照標(biāo)準(zhǔn)確定的，而且能夠承受預(yù)期保護(hù)電流。

6.3.2.2 要求裸露導(dǎo)電部件和進(jìn)線保護(hù)導(dǎo)體端子之間的電阻要足夠低，此值不應(yīng)超過(guò)0.1Ω。如有疑問(wèn)應(yīng)進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證。

6.3.3 成套設(shè)備保護(hù)電路的短路強(qiáng)度

成套設(shè)備外殼及其保護(hù)電路（接地系統(tǒng)）應(yīng)能夠耐受額定短路電流所造成的熱和電動(dòng)應(yīng)力。

確定成套設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)的電器元件的額定值是很重要的。一般需要考慮以下因素：

接地母線的短路額定值；

出線保護(hù)導(dǎo)體端子和接地母線之間的連接。實(shí)際上，除對(duì)一相和保護(hù)接地電路之間的短路試驗(yàn)外，成套設(shè)備保護(hù)電路的短路試驗(yàn)還包括對(duì)中性保護(hù)電路短路試驗(yàn)的重復(fù)進(jìn)行。而且，如果沒(méi)有其他要求，用于預(yù)期短路電流值應(yīng)是成套設(shè)備三相短路耐受試驗(yàn)的預(yù)期短路電流值的60%。

6.4 介電性能

6.4.1 一般要求

成套設(shè)備的每個(gè)電路都應(yīng)能承受：

暫時(shí)過(guò)電壓；瞬態(tài)過(guò)電壓。

成套設(shè)備用施加工頻耐受電壓的方法驗(yàn)證成套設(shè)備的暫時(shí)過(guò)電壓的能力及固體絕緣的完整性；用施加沖擊耐受電壓的方法驗(yàn)證成套設(shè)備絕緣配合所選取的電氣間隙能否承受規(guī)定的瞬態(tài)過(guò)電壓的能力。本部分給出了介電性能試驗(yàn)的選擇。

6.4.2 沖擊耐受電壓

如果制造商已標(biāo)明了成套設(shè)備的沖擊耐受能力，則要進(jìn)行沖擊耐受電壓試驗(yàn)。GB 7251.1 2005附錄G中的表G.1給出了系統(tǒng)中規(guī)定電壓和部位的適當(dāng)值。

采用加強(qiáng)絕緣的成套設(shè)備應(yīng)比對(duì)應(yīng)于基本絕緣確定的額定沖擊耐受電壓高一級(jí)的值來(lái)確定，如果基本絕緣要求的沖擊耐受電壓不是優(yōu)選值，則加強(qiáng)絕緣應(yīng)按能承受基本絕緣要求的沖擊耐受電壓的160%來(lái)確定。

對(duì)具有雙重絕緣的成套設(shè)備，在基本絕緣和附加絕緣不能分開(kāi)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，則該絕緣系統(tǒng)可考慮如同加強(qiáng)絕緣。

6.4.3 工頻耐受電壓

對(duì)成套設(shè)備實(shí)施工頻介電試驗(yàn)，即通常的“工頻耐壓試驗(yàn)”，它包括在所有的帶電部件之間和帶電部件與成套設(shè)備的裸露導(dǎo)電部件之間施加規(guī)定的試驗(yàn)電壓。

GB 7251.1 2005的8.2.2.4.1和 8.2.2.4.2中給出了規(guī)定的試驗(yàn)電壓值。例如，對(duì)于主電路，當(dāng)成套設(shè)備的額定絕緣電壓在300～690V時(shí)，介電試驗(yàn)電壓應(yīng)為交流2500V。輔助電路施加的試驗(yàn)電壓最小為1500V。要求試驗(yàn)電壓具有正弦波形，且頻率在45Hz和62Hz之間。

施加試驗(yàn)電壓時(shí)，開(kāi)始施加時(shí)的試驗(yàn)電壓不應(yīng)超過(guò)上面給出值的50%。然后在幾秒鐘之內(nèi)將試驗(yàn)電壓平穩(wěn)地增加至上述規(guī)定值并維持5s，出廠試驗(yàn)的試驗(yàn)電壓持續(xù)時(shí)間是1s。應(yīng)該注意，不管出現(xiàn)任何漏電流，交流電源都應(yīng)保證能夠維持試驗(yàn)電壓。

6.4.4 試驗(yàn)結(jié)果

如果沒(méi)出現(xiàn)擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象，則認(rèn)為通過(guò)了試驗(yàn)。

（待續(xù)）

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