低压成套开关设备温升测试及影响因素探析

低压成套开关设备温升测试及影响因素探析

马世军

宁波奥克斯高科技有限公司浙江宁波315000

摘要：低压开关设备温升超标后，将会出现接线融焊、绝缘性能下降等状况，是导致开关设备本体或内部设备提前老化的关键要素，对开关设备安全性与稳定性有着直接的影响。因此，低压成套开关设备设计过程中通常都需要经过温升试验考核。方法是通过额定电流使其自然升温，每小时温度变化不超过1K时，认为温度达到稳定状态，此时测量温升值不能超过国家标准规定的规定值。

关键词：低压成套开关设备；温升测试；影响因素；分析

一、低压成套开关设备温升测试

1.1低压成套开关设备温升测试标准

随着我国电力行业的不断发展，低压成套开关设备安全运行与管理工作执行标准有了新的变化，2013标准由原有的GB7251.1-2005升级为GB7251.1-2013，针对设备的众多运行工况管理提出了新的规定。其中，针对温升测试主要提出了以下规定，相应的测试方式包括以下几种：(1)温升试验测试；(2)额定数据推导检验；(3)工况参数计算。当前应用较多且更为贴合低压成套开关设备运行状况的模式为温升试验测试模式，GB7251.1-2013标准中提出了以下方法以供选择：（1）整个成套设备验证；（2）分别验证各功能单元和整个成套设备；（3）分别验证各功能单元、主母线、配电母线和整个成套设备。结合新标准中的试验要求来看，低压成套开关设备温升测试应全面覆盖设备的主要线路与配电环节，同时包括使用控制部件。从工况载荷标准来看，试验按照设备最大载流量实施，保证了多种工况下的测试有效性。

2.低压成套开关设备温升测试方案

低压成套开关设备温升试验方案的制定，应参考设备安装特点，同时根据环境因素与外壳条件等选择更为严苛的条件进行实验。在展开实际试验工作前，应首先进行安全防护与检查，保证设备能够在相应的安全防护等级下正常运作。低压成套开关设备外接导线应与设备内部功能单元和配线额定电流相匹配。温升试验的方案制定与温升试验回路特点相关。在单回路温升试验条件下，可将设备出线末端短接，导入额定电流进行温升测试。

二、影响温升的因素

1.电流不稳定的影响

在GB7251.1—2013中规定，在试验期间，实际进线试验电流的平均值应在预期值的0%～+3%之间，每相应在预期值的±5%范围内，但是在实际试验中电源电压难免有波动，低压成套开关设备中导体和连接导线在通电发热后其电阻值也难免要增大，这些都会使试验电流值发生变化。试验电流的变动对试品温升的影响是很敏感的，这是因为试品的发热与试验电流值的平方成正比。当每相实际试验电流上偏离标准规定值5%时，低压成套开关设备该相的温升就将增大10%，也就是说如果实际温升只有50K，因为电流有上偏差5%，测量的温升就有50+50×10%=50+5=55K,这样造成温升测量结果+5K的误差。而且按照标准的要求，判断温升是否达到稳定的规定是测量的所有点温升值之差不大于1K/h，如果实际温升为50K,在1h期间，电流偏差达到2%，电流偏差引起的温升偏差就达到1K，就不能以此确认温升达到稳定，因此严重影响温升的测量。

2.连接导线的影响

温升试验中连接导线对低压成套开关设备温升的影响是很明显的，这是因为连接导线可把样品所产生的热量通过导线传导到外面，也可以把外面的热量导入样品中。因此，标准中严格规定了温升试验中使用导线的截面积和长度规格，进行温升试验时应按标准的规定根据试验电流大小选用导线。有时即使使用标准要求的导线，因为导线的实际状况也会影响温升，例如使用铜排连接时，铜排上涂有的黑色无光黑漆容易因为年久产生脱落，影响其散热；使用绝缘导线时，因为实验室利用导线的频率高，使用久了之后导线的连接头会出现导线中铜丝断裂的现象，造成温升值升高，进而影响样品的实际测量温升。

3.空气流动的影响

空气的流动对样品和连接导线的散热都有一定的影响，从而影响试品的温升。在低压成套开关设备进行温升试验时，存在两种形式的空气的流动，一种是由于试品本身发热后引起周围空气的流动，称为空气的自然对流；另一种是有外界带入的如电扇或者空调直接吹风、试验场所密封不严密造成吹入自然风、或者人员频繁走动开、关门等引入风等情况。第二种情况的对流所引起的对流散热对于试品来说是额外的散热，会降低对于试品的考核，这在试验中是不允许的。

三、低压成套开关设备温升降低措施

1.常用散热技术

（1）自然对流散热.自然对流散热是一种常用的散热方式，其主要用在器件发热的热流密度不大的场合，此种散热方式通过柜体的空隙及机壳的热辐射、热传导和对流来实现散热的目的。该种散热方法的优点是外形结构简单，成本相对较低，稳定性高。缺点是热阻大，导热能力低，散热效率相对较差。

（2）热管技术。热管按结构形式区分可分为：普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等，其主要工作原理为：一般热管内部被抽成负压状态，并在其内部冲入适当的沸点低、易挥发的工作介质。热管有两端：热端和冷端。当热管的热端受热时，毛细管中的液体介质会迅速蒸发，在压力作用下流向冷端，并迅速散热变成液体。变成液态的冷却剂靠毛细力的作用流回热段，完成一个循环。

（3）强迫风冷散热技术。强迫风冷方式主要采用的是对流换热，其依靠风扇等使元器件周围的空气发生流动，从而将器件发出的热量带走，从而达到降温的目的。这种散热方式在热密度大于0.155W/cm2的场合应用较多。其相比普通的自然对流散热方式，具有散热效率相对较高（一般可达到自然对流散热方式的8~10倍），且成本相对较低。但此类散热方式由于需要增加风机等散热器件，噪声大，可靠性相对较低。

2.散热技术方案及试验

（1）散热器直接散热法。自然对流散热法由于其较低的成本，且稳定性相对较高，是比较经典的散热方法。本文涉及到的元器件电流密度并不是很大，因此本方案采用了较为常用的肋片散热器。为了增强散热器和接线端子的热传导性能，在散热器和接线端子之间采用热学钢网覆盖并匀力涂抹道康宁硅脂。

（2）接线端子面积增大法。由于企业在设计产品时，企业为了节约成本，往往减少产品的端子面积，与标准要求相比有一定差距。为了较少产热，增大散热效率，设计了人为增大接触导体面积。由于整个接触面积变大，也就相应增大了接线端子和自由空气的接触面积，加快了接线端子的散热速率，能适当降低导体的温升。

（3）强迫风冷散热法。强迫风冷散热法是采用风扇等部件，依靠风扇自身的导流作用，通过空气间冷热空气之间的热交换，将归体内的热量带走，从而降低柜体的整体内部温度以及各部件温升。强迫风冷散热法具有散热效率高，散热速率快的特点。经试验，散热风机功率越大，散热效果也就越好。但该种散热方式存在能量消耗，且散热效果、长久工作可靠性与稳定性都与风机有直接关系。

结束语

低压成套开关设备温升测试标准与方案的选择，对试验结果进行了探讨，对开关设备发热的原因与危害展开了分析，阐述了抑制温升的措施，为抑制低压成套开关温升超标提供了一个可行的解决思路。

参考文献

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