淺談中壓開關柜的環(huán)境認證試驗

引言

船舶工業(yè)是國家實施海洋強國和制造強國戰(zhàn)略的重要支撐。中壓開關柜是船舶電力系統(tǒng)的重要組成部分,不同于其他行業(yè)應用環(huán)境,中壓開關柜在海事行業(yè)有著特殊的技術挑戰(zhàn)和應用難度。在風浪甚至臺風的侵擾下,船舶在航行中會時常出現(xiàn)震動與顛簸,一旦出現(xiàn)共振,可能會使整個開關柜出現(xiàn)破裂:而當螺栓松動掉落后,則會引起電路短路,甚至出現(xiàn)爆炸,此外,船艙內其他設備環(huán)境,也會因此大受影響。因此,應用于海事領域的配電產品需要通過嚴苛的環(huán)境測試,才能確保在極端海況下船舶電力系統(tǒng)的安全可靠運行。

1交變濕熱試驗

濕熱試驗是依據(jù)國家標準1EC60068-2-30試驗Db進行測試的,試驗按照以下3個參數(shù)進行:

(1)溫度:(55士2)℃:

(2)濕度:90%~95%:

(3)持續(xù)時間:2周期(每周期24h)。

1.1試驗目的

驗證在濕熱影響下設備能否正常工作。中壓開關柜在正常潮濕的環(huán)境下有時會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象,這就是中壓開關柜應用于船舶海事環(huán)境必須要通過濕熱試驗測試的原因,因為船舶實際運行都在海面上,濕度很大,加之夏天溫度很高,所以整個濕熱試驗的運行條件就是基于船舶實際應用條件設計的。

1.2試驗的具體方法步驟及判據(jù)

(1)在試驗前,應按規(guī)定測量開關柜的絕緣電阻及進行性能測試。

1)絕緣電阻測試:對于中壓開關柜來說,有一次主回路和控制回路,故按照試驗要求,對每個回路進行測試:一次主回路絕緣電阻測試電阻值≥2000M0,控制和輔助回路絕緣電阻測試電阻值≥2MΩ。

2)性能測試:一般試驗檢測機構依據(jù)客戶要求的性能測試標準進行測試,對于中壓手車式開關設備,性能測試一般要求主要有:進行開關設備合分閘操作,進行斷路器手車的搖進搖出,進行接地開關合分操作,進行控制和輔助回路合分閘操作,所有機械操作的二次指示燈均顯示正確,所有五防聯(lián)鎖均滿足標準安全操作要求等。

(2)開關設備推入試驗箱內,先將溫度設置為(25±3)℃,濕度設置為95%,在此條件下進行預處理,讓開關設備達到溫度穩(wěn)定。

(3)按圖1所示的試驗周期進行兩次循環(huán)試驗。

(4)在第一個循環(huán)高溫高濕時段前2h進行功能試驗,開關設備分合斷路器5次,斷路器正常動作,并且斷路器及接地開關指示燈顯示正確。

在第二個循環(huán)高溫高濕時段的最后2h進行功能試驗,開關設備分合斷路器5次,斷路器正常動作,并且斷路器及接地開關指示燈顯示正確。

(5)試驗結束后,從試驗箱中取出開關設備,在標準大氣下進行自然回溫。

(6)在自然回溫后按規(guī)定進行絕緣電阻測量和性能測試,試驗結果應符合開關設備的標準要求。

2高溫試驗(干熱試驗)

2.1試驗目的

驗證在高溫的影響下設備能否正常工作。

2.2試驗條件

(1)試驗時,開關設備應在額定工作電壓和頻率下運行。

(2)試驗溫度:(55±2)℃:持續(xù)時間:16h。

2.3試驗方法

(1)將開關設備推入高溫試驗箱內,開關設備通上電源并保持在合閘的工作狀態(tài),然后將試驗箱溫度調至(55±2)℃下保持16h。

(2)在(55±2)℃試驗溫度的最后1h內進行功能測試,開關設備分合斷路器5次,斷路器正常動作,并且斷路器及接地開關指示燈顯示正確。。

(3)在自然回溫后按1.2進行開關設備的性能試驗,試驗結果應符合開關設備標準的有關規(guī)定。

3低溫試驗

3.1試驗目的

驗證開關設備在低溫條件下能否正常運行:依據(jù)標準:IEC60068-2-1,按試驗Ab進行。

3.2試驗條件

(1)溫度:(5士3)℃:時間:2h。

(2)設備斷電進行試驗。

(3)在試驗的后1h內,在試驗溫度下進行功能試驗。

(4)在自然回溫后進行絕緣電阻測量和性能試驗。

3.3試驗方法

(1)進行試驗前應按1.2的規(guī)定測試開關設備的絕緣電阻值。

(2)將開關設備推入溫度試驗箱的有效空間內,將試驗箱內溫度調整到(5士3)℃,并保持這一溫度2h。

(3)在試驗結束前1h內,在當前試驗溫度下進行功能試驗,試驗期間除進行功能試驗外,開關設備斷開工作電源,不在工作狀態(tài)下進行試驗。

(4)在自然回溫后按1.2進行絕緣電阻測量和性能試驗。

3.4試驗結果

試驗結果應滿足開關設備標準的有關規(guī)定,絕緣電阻值須符合以下要求:

(1)一次主回路絕緣電阻測試電阻值≥2000MΩ:

(2)控制和輔助回路絕緣電阻測試電阻值≥2MΩ。

4振動試驗

4.1試驗條件

(1)在試驗頻率為2~13.2Hz時,振幅(按位移量)為士1mm:

(2)在試驗頻率為13.2~100Hz時,振幅(按加速度)為士0.7g。

振動的頻率、位移、速度及加速度的對應關系如圖2所示。

4.2試驗方法和判據(jù)

(1)將開關設備按實際運行狀態(tài)安裝在振動臺上,如圖3所示,并通上工作電源。

(2)如果掃頻后沒有發(fā)現(xiàn)共振點,可選擇在30Hz的頻率下進行90min的耐振試驗。

(3)在所有測到Q≥2的共振頻率點都進行90min耐受振動試驗。

(4)如果測到的多個Q≥2的共振頻率較為接近,可采用掃頻試驗來替代離散頻率的試驗,但試驗時間要改為120min,同時掃頻頻率不能超出臨界頻率的0.8~1.2倍之間。

試驗前、試驗中及試驗后進行功能測試(開關設備通過遙控進行合分閘操作),試驗后還需進行機械操作。在試驗進行過程中和試驗后,開關設備均應能正常工作。

5傾斜搖擺試驗

5.1試驗目的

驗證在傾斜和搖擺的影響下設備能否正常工作。

5.2試驗條件

(1)試驗期間,開關設備在額定工作電壓和頻率下工作:

(2)前、后、左、右四個方向各傾斜22.59:

(3)縱向和橫向兩個水平軸向22.59搖擺,從一個位置搖擺到另一位置的時間為10s,兩個水平軸的試驗持續(xù)時間各為15min。

5.3試驗方法

(1)將開關設備按實際使用狀態(tài)安裝在傾斜和搖擺試驗設備上,如圖4所示,并通上工作電源。

(2)將開關設備按前、后、左、右四個方向各傾斜22.59,每一傾斜位置的試驗時間應能可靠評估開關設備的功能特性,試驗持續(xù)時間不少于15min。

(3)將開關設備按前后、左右兩個水平軸向22.59進行動態(tài)搖擺試驗,一個位置搖到另一位置的時間為10s,試驗持續(xù)時間不少于15min。

5.4試驗判據(jù)

在試驗前、試驗中及試驗后都進行功能測試(開關設備通過遙控進行合分閘操作),試驗后還需進行機械操作。在試驗進行過程中和試驗后,開關設備應能正常工作,低壓箱面板所有儀表應顯示正常,開關設備內外部都無受損現(xiàn)象。

6設計注意事項

根據(jù)多次試驗的經驗,以下幾個細節(jié)值得關注:

(1)柜內走線應注意防護及防割:

(2)柜前增加固定扶手和門檔限位設計:

(3)柜體底部與基礎的固定應分布在主框架上:

(4)柜體的零部件表面處理等級應達到C4-M的標準:

(5)各個小室均有獨立的泄壓通道,頂部需要設置共用的自熄式燃弧通道。

7結語

隨著"安全第一,以人為本"的安全意識的不斷加強,在各行各業(yè)特別是海事工程中,對中壓開關柜安全性能的要求也在不斷提高,這就要求技術人員對其設計、采購、制造、安裝、調試及運行維護都要給予足夠的重視,除消除安全隱患、功能缺陷外,還要提高設備的性能,保障設備的完整性,從而保證操作維護人員的人身安全,保證設備安全高效運行。

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