浅谈中压开关柜的环境认证试验

引言

船舶工业是国家实施海洋强国和制造强国战略的重要支撑。中压开关柜是船舶电力系统的重要组成部分,不同于其他行业应用环境,中压开关柜在海事行业有着特殊的技术挑战和应用难度。在风浪甚至台风的侵扰下,船舶在航行中会时常出现震动与颠簸,一旦出现共振,可能会使整个开关柜出现破裂:而当螺栓松动掉落后,则会引起电路短路,甚至出现爆炸,此外,船舱内其他设备环境,也会因此大受影响。因此,应用于海事领域的配电产品需要通过严苛的环境测试,才能确保在极端海况下船舶电力系统的安全可靠运行。

1交变湿热试验

湿热试验是依据国家标准1EC60068-2-30试验Db进行测试的,试验按照以下3个参数进行:

(1)温度:(55士2)℃:

(2)湿度:90%~95%:

(3)持续时间:2周期(每周期24h)。

1.1试验目的

验证在湿热影响下设备能否正常工作。中压开关柜在正常潮湿的环境下有时会出现凝露现象,这就是中压开关柜应用于船舶海事环境必须要通过湿热试验测试的原因,因为船舶实际运行都在海面上,湿度很大,加之夏天温度很高,所以整个湿热试验的运行条件就是基于船舶实际应用条件设计的。

1.2试验的具体方法步骤及判据

(1)在试验前,应按规定测量开关柜的绝缘电阻及进行性能测试。

1)绝缘电阻测试:对于中压开关柜来说,有一次主回路和控制回路,故按照试验要求,对每个回路进行测试:一次主回路绝缘电阻测试电阻值≥2000M0,控制和辅助回路绝缘电阻测试电阻值≥2MΩ。

2)性能测试:一般试验检测机构依据客户要求的性能测试标准进行测试,对于中压手车式开关设备,性能测试一般要求主要有:进行开关设备合分闸操作,进行断路器手车的摇进摇出,进行接地开关合分操作,进行控制和辅助回路合分闸操作,所有机械操作的二次指示灯均显示正确,所有五防联锁均满足标准安全操作要求等。

(2)开关设备推入试验箱内,先将温度设置为(25±3)℃,湿度设置为95%,在此条件下进行预处理,让开关设备达到温度稳定。

(3)按图1所示的试验周期进行两次循环试验。

(4)在第一个循环高温高湿时段前2h进行功能试验,开关设备分合断路器5次,断路器正常动作,并且断路器及接地开关指示灯显示正确。

在第二个循环高温高湿时段的最后2h进行功能试验,开关设备分合断路器5次,断路器正常动作,并且断路器及接地开关指示灯显示正确。

(5)试验结束后,从试验箱中取出开关设备,在标准大气下进行自然回温。

(6)在自然回温后按规定进行绝缘电阻测量和性能测试,试验结果应符合开关设备的标准要求。

2高温试验(干热试验)

2.1试验目的

验证在高温的影响下设备能否正常工作。

2.2试验条件

(1)试验时,开关设备应在额定工作电压和频率下运行。

(2)试验温度:(55±2)℃:持续时间:16h。

2.3试验方法

(1)将开关设备推入高温试验箱内,开关设备通上电源并保持在合闸的工作状态,然后将试验箱温度调至(55±2)℃下保持16h。

(2)在(55±2)℃试验温度的最后1h内进行功能测试,开关设备分合断路器5次,断路器正常动作,并且断路器及接地开关指示灯显示正确。。

(3)在自然回温后按1.2进行开关设备的性能试验,试验结果应符合开关设备标准的有关规定。

3低温试验

3.1试验目的

验证开关设备在低温条件下能否正常运行:依据标准:IEC60068-2-1,按试验Ab进行。

3.2试验条件

(1)温度:(5士3)℃:时间:2h。

(2)设备断电进行试验。

(3)在试验的后1h内,在试验温度下进行功能试验。

(4)在自然回温后进行绝缘电阻测量和性能试验。

3.3试验方法

(1)进行试验前应按1.2的规定测试开关设备的绝缘电阻值。

(2)将开关设备推入温度试验箱的有效空间内,将试验箱内温度调整到(5士3)℃,并保持这一温度2h。

(3)在试验结束前1h内,在当前试验温度下进行功能试验,试验期间除进行功能试验外,开关设备断开工作电源,不在工作状态下进行试验。

(4)在自然回温后按1.2进行绝缘电阻测量和性能试验。

3.4试验结果

试验结果应满足开关设备标准的有关规定,绝缘电阻值须符合以下要求:

(1)一次主回路绝缘电阻测试电阻值≥2000MΩ:

(2)控制和辅助回路绝缘电阻测试电阻值≥2MΩ。

4振动试验

4.1试验条件

(1)在试验频率为2~13.2Hz时,振幅(按位移量)为士1mm:

(2)在试验频率为13.2~100Hz时,振幅(按加速度)为士0.7g。

振动的频率、位移、速度及加速度的对应关系如图2所示。

4.2试验方法和判据

(1)将开关设备按实际运行状态安装在振动台上,如图3所示,并通上工作电源。

(2)如果扫频后没有发现共振点,可选择在30Hz的频率下进行90min的耐振试验。

(3)在所有测到Q≥2的共振频率点都进行90min耐受振动试验。

(4)如果测到的多个Q≥2的共振频率较为接近,可采用扫频试验来替代离散频率的试验,但试验时间要改为120min,同时扫频频率不能超出临界频率的0.8~1.2倍之间。

试验前、试验中及试验后进行功能测试(开关设备通过遥控进行合分闸操作),试验后还需进行机械操作。在试验进行过程中和试验后,开关设备均应能正常工作。

5倾斜摇摆试验

5.1试验目的

验证在倾斜和摇摆的影响下设备能否正常工作。

5.2试验条件

(1)试验期间,开关设备在额定工作电压和频率下工作:

(2)前、后、左、右四个方向各倾斜22.59:

(3)纵向和横向两个水平轴向22.59摇摆,从一个位置摇摆到另一位置的时间为10s,两个水平轴的试验持续时间各为15min。

5.3试验方法

(1)将开关设备按实际使用状态安装在倾斜和摇摆试验设备上,如图4所示,并通上工作电源。

(2)将开关设备按前、后、左、右四个方向各倾斜22.59,每一倾斜位置的试验时间应能可靠评估开关设备的功能特性,试验持续时间不少于15min。

(3)将开关设备按前后、左右两个水平轴向22.59进行动态摇摆试验,一个位置摇到另一位置的时间为10s,试验持续时间不少于15min。

5.4试验判据

在试验前、试验中及试验后都进行功能测试(开关设备通过遥控进行合分闸操作),试验后还需进行机械操作。在试验进行过程中和试验后,开关设备应能正常工作,低压箱面板所有仪表应显示正常,开关设备内外部都无受损现象。

6设计注意事项

根据多次试验的经验,以下几个细节值得关注:

(1)柜内走线应注意防护及防割:

(2)柜前增加固定扶手和门档限位设计:

(3)柜体底部与基础的固定应分布在主框架上:

(4)柜体的零部件表面处理等级应达到C4-M的标准:

(5)各个小室均有独立的泄压通道,顶部需要设置共用的自熄式燃弧通道。

7结语

随着"安全第一,以人为本"的安全意识的不断加强,在各行各业特别是海事工程中,对中压开关柜安全性能的要求也在不断提高,这就要求技术人员对其设计、采购、制造、安装、调试及运行维护都要给予足够的重视,除消除安全隐患、功能缺陷外,还要提高设备的性能,保障设备的完整性,从而保证操作维护人员的人身安全,保证设备安全高效运行。

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