GBT25840-2010规定电气设备部件(特别是接线端子)允许温升的导则.pdf 41页

'ICS29．120．01K30a垦中华人民共和国国家标准GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009规定电气设备部件(特别是接线端子)允许温升的导则GuidaⅡceconcerningthepermissibletemperatureriseforpartsofelectricalequipment，inparticularforterminals2010—12—23发布(IEC／TR60943：2009，IDT)2011—05—01实施宰瞀鳃鬻瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会“1” 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／ⅢC／TR60943：2009目次前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IgI言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅱ1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12关于电接触的性质和触头欧姆电阻计算及测量的一般考虑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23触头和连接端子的老化机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯64导线、触头和连接端子的温升计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125允许温度和温升值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯156确定允许温度和温升应遵循的一般程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22附录A(资料性附录)理论运用的数字举例和其他数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24附录B(资料性附录)金属和合金的物理特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26附录c(资料性附录)流体介质的物理特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯28附录D(资料性附录)触头金属与气体反应资料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29附录E(资料性附录)接线端子附近通过辐射和对流冷却的导线温升⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30附录F(资料性附录)本标准使用的符号表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36附录G(资料性附录)参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38 www.bzfxw.com前言GB／T25840一2010／IEC／TR60943；2009本标准等同采用IEc／TR60943：2009《规定电气设备部件(特别是接线端子)允许温升的导则》(2．1版)。为便于使用，本标准作了下列编辑性修改：——删除国际标准的前言；——根据GB／T1．1的要求，删除国际标准中设置的篇以及标准中有关篇的论述和注；一一将“本报告”改为“本标准”；——表9中以和日。位置有误，将它们按表8格式进行位置互换；——5．2．3．3中“如果温升△Te增加6．5K”，其中“△Te”有误，改为“△L”；——表E1及表E2中K值和K’值1．o下原有“条件规定于4．3．1”的说明。由于标准中无4．3．1条款，所以将其删去；——图E．1的下图中“丁”有误，改为“T。”。本标准的附录A、附录B、附录c、附录D、附录E、附录F和附录G为资料性附录。本标准由中国电器工业协会提出。’本标准由全国熔断器标准化技术委员会(sAc／Tc340)归口。本标准负责起草单位：上海电器科学研究所(集团)有限公司。本标准参加起草单位：宁波开关电器制造有限公司、厦门宁利电子有限公司、中国质量认证中心、上海电器设备检测所。本标准主要起草人：吴庆云。本标准参加起草人：张寅、苏毅镇、赖文辉、郎建才、陈建兵。 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009Ⅱ引言a)电气成套设备中的温升是由导线、触头、磁路等内部的各种损耗引起，随着设备的运行和结构新技术的发展，温升问题显得日益突出。在成套设备中，温升问题越来越引起重视。在这些设备中，许多耗能元件(接触器、熔断器、电阻器等)、特别是一些模块化电器组装在由合成材料制成的外壳中，其中一些外壳散热性很差。温升引起了构成电接触的基本元件相对高的温度：高温加速接触界面的氧化，电阻增加，由此导致进一步发热，结果产生更高的温度。如果触头的构成材料无适当或足够的保护，在设备预期的使用寿命前，触头可能受到无法修复的损坏。温升也影响到接线端子和所连接的导线，为了保证导线的绝缘在设备寿命期间保持完好，应限制温升的影响。b)考虑到上述问题，本标准的目的如下：——分析触头、接线端子和该接线端子连接的导线(根据它们的环境和布置)发生的各种发热和氧化现象；——向产品委员会提供基本规则，使他们能规定允许的温度和温升。c)当各元部件一起装在同一个外壳中时，应对它们采取预防措施。用户特别要注意如下事实：由各开关设备标准规定的接线端子允许温升是从型式试验的约定条件下得出的。这些条件可能与实际运用遇到的条件相差很大。在实际运用中还应特别注意到正常情况下与接线端子连接的导线的绝缘允许温度。d)应关注如下事实：在相关的产品标准中外部接线端子的允许温度和温升是在约定型式试验中测得的，因此它们可能没反映出正常使用中的实际情况。应采取适当的防护措施，防止元件接线端子附近的材料暴露在可能影响其寿命的温度之下。考虑到上述情况，关键是将“外部周围温度”与“围绕元件的流体温度”概念区别开来，前者主要指外壳外部的温度，后者为外部周围温度加上元件产生的内部温升之和。这些概念以及其他补充概念(如外壳的热阻)规定于第5章，并且通过数字举例加以说明。为了便于完整的计算，本标准通过引入“填充系数”的概念将围绕元件的流体温度与外部周围温度结合起来，并在数字举倒(5．2．3．2)中规定了几个实际应用的填充系数的值。由于触头表面的物理条件和污染程度不同，涉及计算触头集中电阻的参数变化很大。仅靠计算所得的触头电阻的精确度几乎等于一个数量级。由于实际场合经常出现难以计算的劣变机理占主导地位，因此较精确值可在电气设备的零件上直接测量获得。本标准不用以指导元件的降容处理。本标准特别建议在使用本标准资料解决实际问题之前，先研究附在标准后面的参考文献。 www.bzfxw.com1概述GB／T25840—2010／IEC／TR60943；2009规定电气设备部件(特别是接线端子)允许温升的导则1．1范围和目的本标准用于指导电气设备在稳定运行条件下估算其元部件的温度和温升允许值。本标准适用于电气连接和电气连接附近的材料。本标准涉及通过连接的电流所产生的热效应，因此没有电压应用的限制。本标准仅当被适当的产品标准引用时才适用。各技术委员会负责在标准中使用本标准内容的范围和方式。本标准中的“允许”值是指相关产品标准的允许值。本标准包括如下内容：——电接触的结构及其欧姆电阻计算的综合数据；——触头的基本老化机理；——触头和接线端子的温升计算；——各种元件(特别是触头、接线端子和接线端子连接的导线)的最大“允许”温度和温升；——产品委员会规定允许温度和温升应遵循的一般程序。1．2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB／T4797．1—2005电工电子产品自然环境条件温度和湿度(IEc60721—2—1：2002，MOD)GB／T11021—2007电气绝缘耐热性分级(IEc60085：2004，IDT)GB／T11022—1999高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求(eqvIEc60694：1996)GB／T11026．1—2003电气绝缘材料耐热性第1部分：老化程序和试验结果的评定(IEC60216—1：2001，IDT)GB14048．1—2006低压开关设备和控制设备第1部分：总则(IEc60947—1：2001，MOD)GB16895．2—2005建筑物电气装置第4—42部分：安全防护一一热效应保护(IEc60364—4—42：2001，Ⅱ)T)IEc60050(441)：1984国际电工词汇(IEV)第“1章：开关设备和控制设备和熔断器IEc60890：1987低压开关设备和控制设备部分型式试验组合装置用的外推温升评估方法1．3术语和定义本标准所用术语和定义见国际电工词汇(IEV)外，下列术语和定义适用本标准：1．3．1周围空气温度姗bi蚰tairtempenture以在规定条件下确定的围绕整个电器的空气温度[IEV441—11—13]。注：对安装在外壳内的电器，此温度是指外壳外部的空气温度。1．3．2(机械开关电器的)触头c∞tact(ofam∞h∞jcalswitchingdevice)当接触时构成电路接通的导电部件，操作时由于触头的相对运动而断开或闭合电路，或靠触头的转】 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840一2010／IEc／TR60943：2009动或滑动保持电路的接通[IEv441—15一05]。注：不能与“IEV441—15一06触头(件)：构成触头导电部件的一部分”相混淆。1．3．3(用螺栓或相似物进行的)连接∞∞∞ti∞(boJted"theeqⅡival∞t)通过螺钉、螺栓或相似物向两根或多根导线施力并将它们结合在一起，以保持电路永久接通。[GB／T11022—1999，定义3．5．10]1．4符号本标准使用的符号一览表见附录F。2关于电接触的性质和触头欧姆电阻计算及测量的一般考虑2．1电接触和连接端子电接触以它最简单和最一般的形式从两件导电材料(通常是金属材料)之间建立的接触得来；而连接端子指接线端子本身和与该接线端子连接的导线。电接触发生在触头的“界面”，该界面是电流从一个触头件通过另一个触头件的区域。触头电阻在此区域内产生，并通过焦耳效应引起发热；同时也在此区域内通过与周围大气发生化学反应出现老化现象。2．2电接触性能当一个金属件施加至另一个金属件时，接触并不发生在整个触头砸上，而仅发生在称为“基本触头”的某几个点上。如果忽略触头界面可能存在的杂质(灰尘等)，接触的有效总截面积等于有效接触面积s。”。通常还存在空气或氧化薄层，这些薄层对触头电阻的影响将在后文(见2．3)探讨。为便于计算和更好理解接触机理，下面作简单的假定：在表面接触面积内存在n个基本触头，这些触头均匀分布，平均恒定半径为n(见图1)，它们之间的平均距离为z。有效接触面积为：S．一n丁【口2本倒中有效接麓面积为S。相当于平均半径为d的4个基本触头点上蚀头下触头图1表面接触和有效接触面积图例接触面积s。取决于触头互相加压的程度(即所施加的力)、触头表面状态和触头所使用的材料硬度。接触面积实际指在触头面上施力(指电工技术中通常使用的力)达到触头材料的极限强度(以该材料的“硬度”表示)的那部分面积。1)本标准使用的符号说明见附录F。线!蓦—．1llL www.bzfxw.comGB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009事实上，由于触头表面的预处理，触头在接触之前，其表面上的微粒很小(1／100mm数量级)，甚至o．1N数量级的力即能压碎。假定施加在接触面积上的压力等同于金属的接触硬度(H)，于是得到下式：晏一舛S．⋯然而，此式仅适用于接触力F≥50N的情况，实际上；一。F5·一“矿一西式中}取决于接触表面状态的无量纲“平面度系数”；在正常力情况下，该系数通常在o．3与o．6之间；但在接触表面互相作剧烈摩擦后系数可能会变得很小。结果，基本触头的半径n由式(1)给出：基本触头的数量n可有式(2)近似得出：n一”kHo625P+2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)式中”-≈2．5×10“(标准国际单位制)。上述公式仅给出基本触头数的数量级。m值可能与估算的值相差很大，如在o．5×10-5与30×10_5(标准国际单位制)之间。2．3触头电阻的计算触头电阻由两部分组成：a)集中电阻，该电阻由通过基本触头的电流线汇集在一起而产生；b)薄膜电阻，该电阻与氧化薄膜或在界面处吸收分子形成的薄膜有关。2．3．1集中电阻的计算设想一个半径为n的理想的基本触头(见图2)。如果导体远大于基本触头，则电流线为焦点位于基本触头直径端部的双曲线，而等电位面为相同焦点的扁平的椭圆面。等电位面{椭脚面)图2基本触头点处的等电位面和电流线 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／砸C／TR60943：2009触头点(图2中粗虚线)和主半轴的半椭圆面z(z为相临基本触头之同的平均距离，p为金属的比电阻)之间电阻Rc。m为触头电阻的一半，表示为：‰一赤arctan迈专蔓如果z远大于n(大多此情况)，则：乩mc一一，5￡由于集中电阻是两个半个触头电阻之和，所以；Rc。一乞⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“(3)对于一个包含n个分布相对广的基本触头点的实际触头，其集中电阻为：Re一赤2．：3。拳t篝簟氇矗的计算～掣o*誊奉麓头点通常壬孽有腐蚀界面，任何初态纯金属表面均覆盖一层氧气分子层，数分钟后形成数毫微米蔫嚣浚盘薯氧化层．如果此层足够致密和均匀，它可保护金属不再氧化，该金属则被称为“钝化”。这特别是铝和不镑钢在常温下遇到的情况。对于其他金属(处于氧气中的铜、镍和锝，处于亚硫气体中的银)，由氧化或腐蚀产生的第一层反应物减慢了后续反应的速度，即使反应仍在继续，但越来越慢。还有一些金属(铁)，由于表面没有形成的反应层的保护，“氧化”速度或多或少是恒定的。不同金属表面化学反应的主要公式规定于附录D中。公式以形成的厚度s作为时间t和热力温度T的函数表示。此类公式由下述一般公式导出[见式(5)]：s—x·ex。(一蠢芋)·矗如果激化能w以电子伏特表示，则w必须乘以1．6021×10-19J／eV。x是个常数，^是波耳兹曼(Boltzmann)常数。上述的氧化薄层对于通过的电流并不呈现一个可被下述公式测算的纯欧姆电阻值：￡丕量廑截面积事实上，由于“隧道效应”机理电子可以通过该薄层。表征该薄层传导特性的“隧道比电阻”a。(表面比电阻)由n·m2表示(典型值见表1)。隧道比电阻取决于氧化层(或与大气反应的其他生成物)的性质及其厚度(厚度一般不超过10nm)。如果“氧化”层均匀地覆盖在实际接触面积s。上，两接触表面之间的表面电阻R．为：Rt一蛩在具有n个半径为n的基本触头的情况下，由于界面上的氧化层，R；可由式(6)表示 www.bzfxw.comGB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009表1隧道比电阻的典型值咖金属状态o·m2新的2×10一12～3×10一“铜经氧化10一10镀锡10一12～4×lO一“4．6×10一13～4×10一12银特殊至2．5×10-11铝7×1011～10—9新触头值低。银金属的最低值4．6×10_13对应于两层吸纳单分子氧气层的极限厚度，即2×O．272nm—O．54nm。2．3．3触头总电阻的表示触头电阻R。是集中电阻R。[式(4)]和薄膜电阻R。[式(6)]之和，即R。一上+』0_2n口nⅡ口。如果式(7)中的n和n分别由各自的值代入：”一nkH“625P2，式中m≈2．5×10。(标准国际单位制)n一^／—笔，式中}一o．458一^／磊酉’瓦甲f刮‘曲得到R。下列的表达式：R。一詈√罢m⋯5r06+m耐F_1此式适用于不同的触头金属，式中给出了示于表2的^。和^。值。如果一种金属薄层涂于另一种金属之上，则硬度以涂层的硬度计算，比电阻以基础金属的比电阻计算。在触头由不同金属材料组成的情况下，总电阻则为使用各金属常数计算得到的电阻的平均值。表2触头电阻常数的典型值，用于相对清洁表面的计算(用以代人：R。一点。F川6+点：咖r1)集中电阻^。薄膜电阻t：金属×10一6×106铜90247黄铜360450铝130135铝镁合金150135银81225锡40022．5镍420585镀银铜88225镀锡铜5722．5镀锡铝9322．5～镀银黄铜310225镀锡黄铜20022．5 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／巩c／TR60943：20092．3．4新触头的电阻与其他触头相比，镀锡铜触头的电阻值理论上为最低。但此要成为现实需符合两个条件：锡的涂层应足够薄，以防止涉及它的比电阻；然而又要足够厚，以致涉及的硬度实际上应以锡来计算。现实是新的涂锡触头的比电阻与镀银铜触头的比电阻相比相差不大，但与铜的比电阻相比稍许低一些。然而柔性型的镀锡触头或承受震动的镀锡触头必须考虑锡涂层的“摩擦腐蚀”现象(见3．5)。锡和镍的集中电阻特别高，因此，不采用这些处于固态的材料。镍和镀镍铜的薄膜电阻高，考虑到腐蚀气体中(电池室、含有H：s的气体等)镍的良好的耐腐蚀性，某些情况下可采用这些材料。2．3．5触头电阻的测■触头电阻测量既可用于产品研发性试验，也可用于常规试验(即通过与进行过温升试验的样品进行比较来检查产品质量)。触头电阻一般通过在接合处通以直流电流(以此避免电感影响)并测量接合处的电压降而获得。为了便于比较，电压降应在规定处测量。如用远低于正常使用的标称电流测量触头电阻可能得出错误的值，特别是当弹簧加载触头运行在“无载”情况下。此外，为了击穿任何可能的表面薄层，试验电源的电压应足够大，但不应超过被试设备的工作电压。还应注意避免因热电效应引起的误差。3触头和连接端子的老化机理3．1概述没有受到电弧腐蚀的闭合的电气触头的老化(特别是接线端子情况)主要是由于金属与触头界面周围环境的反应而引起。此反应可能是下述原因引起：——电化学原因(腐蚀)：如具有不同电化学电势的双金属触头处在高湿度(>50％相对湿度)环境中；——化学原因：由于周围介质(空气中的氧、类似H：s或sO：的亚硫蒸气)引起的氧化。本标准包含了这两种情况。此外还存在热机影响，包括应力松弛、蠕变和尺寸变化(这些现象也由发热而引起)，结果降低了触头力，增加了触头电阻。但本标准不包含此类情况。由于此类复杂的衰变过程取决于设计和制造材料，一般不容易建立模型。对于某些电器，如接触器，此类影响复杂多变，基本不存在通常简单的因温度而衰变的曲线。3．2不同金属的触头如果符合下列条件，不同金属M。和M。的触头将发生腐蚀：a)不同金属——端面A和B之间电化学的电势差在接触前必须是o．35v或以上；b)存在电解质——触头表面因吸收周围潮湿环境中的水分而形成的薄膜可能起电解质作用；c)存在氧化剂——此处“氧化”具有传输电子的一般意义，为了将形成的电池去极化并让电流通过，氧化剂是必需的。氧化剂在周围的空气中是足够的；d)为了通过腐蚀电流，触头应闭合。图3中触头分开时出现在M，和Mz触头表面的电势差见表3。质№图3处于潮湿环境中的不同金属之间的触头(吸水性) GB／T25840一2010／IEc／TR60943：20097缸如嘲敷珏如娟箨毋举鹾翠毕釜如悄荏辎舔罹爿秘露划举捌窟采赠墼璀龚型罐瑷裤●士啦襄趔蛊删臻寰韫诞举器倒拭旺缸摹趟窟嗣恤翠靶宙缸摹商}最霹{驶龚鲻神曜髅璋客臻昌苍胡幕2件’V匪曹幂娟警趔髂器如含窭训磷证爬璀件’腔曜gX趔o含，{{世0乏U剥●嚯宴●●●害相0龚踞●举栈畦删《娴捌划}加举器举密磋《舔抽啦如加曜驻曝榧枢k罐疆罐掘士H纂艘驻鹾辎站嚣蟛％鹾嚣曜幕礤粒蚓基御采堪哥龃脚雹餐碘畚姐姆曩娴癸岸m琳www.bzfxw.com www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2们0／mc／TR60943：2009为避免腐蚀应选择合适的组合，其电势差应低于350mV；越低越好。从表3中可以发现，除了银一锡和银一铝组合外，在主要触头材料的不同触头之间形成的电势差是低的。应避免银一锡和银一铝组合，特别是在腐蚀气体环境中应避免此类组合。3．3由氧化引起的老化机理每个接线端子或触头实际上是由许多小的基本触头点组成。正是在这些基本触头点上，腐蚀机理在起作用。存在两种氧化过程，两者可同时发生：——基本触头点的侧面逐渐被侵蚀，由此减少了导电截面积；——表面比电阻为m的氧化层逐渐变厚。以下分析此两种机理。3．3．1基本触头的截面减少在非氧化的触头上设想一个半径为n的基本触头点(见图4)。图5基本触头点的氧化实际上，此类氧化引起的截面减少过程相当慢。即使处在高温下，此过程要使该触头发生大的劣变需要几十年。然而经验表明实际情况并非如此。因为在此期间出现了其他物理现象。事实是触头由承受电流循环引起的劣变比承受恒定电流引起的劣变快得多。这些循环引起了触头表面的不同热扩张，由此导致了触头表面的相对微小移动。由于这些相对微小移动(这些移动也有可能通过电气振动或机械冲击引起)，图5所示的接触宽度8黝 GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009AA’可能减少至叻7(见图6)。AD和D’A’表面(最初是受保护的)现在受到了腐蚀的影响。当触头回复到初始位置时，触头的非氧化区域变得非常小。图6相对微小移动对于基本触头氧化的影响显然，这一现象极大地增加了氧化对接触点的影响。微小移动的影响在此情况下相当于加速氧化。该现象在电气上闭合的触头(见1．3．2)上比在紧固的连接端子上显得更加严重。3．3．2触头界面处氧化层的增加第2个老化机理如下(见图7)。假设由于触头移动(应力、振动、冲击)和两个表面(1)及(2)的空隙的扩大，氧气触及了部分表面，在触头的两个部分之间产生了附加的氧化薄膜，由此增加了界面氧化层的表面比电阻，结果增加了触头电阻。，＼图7触头相对表面的氧化如果假设触头表面自由地暴露于周围空气，既使触头温度在非常低的情况下，触头电阻将很快(几个小时内)到达过高的值。显然，触头表面互相提供的保护会降低氧化速度，在此情况下，氧分子扩散的速度非常慢。3．3．3两种老化过程的讨论和综合触头接触面积的减少和表面比电阻的增加是两种老化现象，它们可能同时发生。老化取决于：——通常情况是触头的结构及其周围气体的性质；——特殊情况是：·导致微小移动的应力(如由于电流循环或电动力变化和振动引起的热应力)强度，·触头周围气体中的氧化物的密度。 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／皿c／TR60943：2009实践中识别老化是由两个现象中的哪个现象引起有些困难，而分析时一次只能考虑一种机理。然而无论触头或接线端子的老化以哪种形式显示，每个假设的结果很接近，基本能得出一个共同的结论。3．4有关铜触头老化的结果当铜的老化机理是由空气中的氧气产生的氧化起主要作用时，有可能建立一个数学模型，用来表示作为时间函数的触头特性。此模型通过短时的实验便可实现。从分析该模型得出的主要结果如下：一般来说，有可能将两种影响分开，即将流过触头之间的实际电流引起的温升影响与周围温度(围绕触头的流体温度)的影响区分开来。其他衰变机理也可能显著地影响老化速率。但目前它们不适于作数学处理，因此下述分析不予考虑。下述方法用于初步研究。但应强调，有必要进行深入的研究性试验，因为在许多情况下其他机理起主要作用。3．4．1温升影响如果仅受空气氧化作用的触头或接线端子温升增加△，(K)，则它的寿命将减少一半。△。是初始温升的函数(此估算经实验结果证实，见图8)。△Ti是相对于周围流体的元件温升。通常当触头或接线端子的温升从△Tn升至△丁j时，其寿命应乘以老化系数K，。当△T，。和△死之间的差值适度时，K。表示为：K；一2。，式中z一垒学倍常数蚁《杰融b脚黪旗芍喇∥《Q，量FO’盯温升／K100国8作为温升函数的倍常数厶(铜触头的经验结果)例如：设想一个空气中初始温升为35K的铜触头，其倍常数△i接近6K。如果使该触头超载，则其初始温升变为45K。当其他条件相同时，触头寿命将按下列系数减少：2气’一0．315即触头寿命应除以3．2(近似值)。注；根据对经验数值区域外的结果使用外推法进行计算是不可靠的。3．4．2周围温度的影响当其他条件相同时，如果围绕触头或接线端子周围的介质温度上升△e(K)，则触头或接线端子的寿命将减少一半。图9中给出了作为初始温升函数的经验结果△。。通常当围绕触头或接线端子的流体温度从Te。升至T0，触头和接线端子的寿命应乘以老化系数K。。K。表示为：K。一2，，式中y一生÷生 GB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009L—一‘2———一0102030405060708090100110120麓头温升／K图9作为触头温升A瓦的函数、用所要求的周围流体温升表示的倍常数d。(触头材料：铜；流体：空气)注：根据对经验数值区域外的结果使用外推法进行计算是不可靠的。例如，对于温升△Ti为35K的铜触头，当周围空气温度增加厶一8K时，铜触头的寿命将减少一半。3．4．3触头温升和周围流体温升的组合影响当触头或接线端子的温升和周围介质温度同时变化时，这两个影响组合起来，总的老化系数Kn见(9)：KA一2[1+d⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(9)3．5触头材料的使用殛采取的预防措施裸铜容易随时间和温度的增加发生显著的劣变。下列情况是不利的：温度超过60℃～85℃(具体值按触头使用的金属和周围气体的性质而定)，以及将该材料用于在额定发热电流下长期闭合的触头(如输入断路器的情况)。对于后者，推荐使用镀银铜，因为该铜在非亚硫气体中老化缓慢。作为一个重要的例子，我们可以计算铜、镀镍铜、镀锡铜和镀银铜触头在触头力10N和暴露在周围空气中1000h后时的电阻(计算公式见2．3．2)。计算结果如下：表4触头电阻比较值电阻材料mn裸铜20镀镍铜35镀锡铜6．8镀银铜O．3从表4中可看出，镀锡铜或镀银铜优点明显。镀镍铜仅用于不适合镀银铜的受污染的气体中。下面更详细地考虑各种可能性：a)镀镍铜适合于腐蚀气体或高温中的触头，经常用于发电站或铁路运输设施；b)镀锡铜和镀锡铝是优先用于低压的材料。锡的硬度低，具有低的触头电阻。但它不能用于经常断开和接通的触头，这样会损害锡镀层。镀锡金属一般用在熔断器的触头之中，被更换的熔断体(为了恢复熔断器动作后的供电)提供了新的触头表面。当锡的温度超过105℃应特别注意，特别是当镀锡触头与镀银触头配对时，因为在此温度之上会出现蠕变现象；11 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／Ⅲ“TR60943：2009c)承受震动的柔性连接或螺栓连接的镀锡触头可能在锡镀层上产生“摩擦腐蚀”现象，即使比额定值低的电流情况下，此现象也会导致触头很快损害。在此情况下优先使用裸铜、镀银铜或镀镍铜触头；d)银是优良的触头材料，除了在含有亚硫烟雾的气体中之外，它的老化速度缓慢；e)不使用铝作触头材料，除非用油脂或制造商推荐的其他特殊处理方法将绝缘的氧化铝层刷去。4导线、触头和连接端子的温升计算4．1符号表示作为理论上的举例，图10显示了沿着形成平接接触的两根导线的温度变化。在实际接触的情况下(如通向接线端子的导线)，沿着导线的温度变化通常是不对称的。宴际值9oB√1Lj||／苦／么日△以_，／，，，图10用于温度和温升的符号表示；举例选择：平接接触图11显示了接线盒内熔断器的实际情况。 A／＼／——Ⅱ／一／l／lI；—b匕工|／——亡，；／；、＼／；／GB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009图11含有熔断器的接线盒内、沿着AA，轴线的温度和温升设定相关触头或元件最大温度口中各主要参数的定义。最大温度日是下列各项之和：日一巩+△L+△L+△T。+△T。式中：以——外部周围温度，标准定义见1．3．1；△Te——围绕相关触头或元件的空气温升，它与周围空气以有关；如果元件在外壳内，则围绕元件的空气温度为：以一日。+△Te△T。——触头不存在时导线实际温升(温度以(℃)或T。(K))。大多数情况下触头和导线通过辐射和自然对流进行冷却，有些时候通过强制对流进行冷却(空气速度大于o．3m／s～o．4m／s，如架空线或室外导线)；】3 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009△To——触头附近处的温升。事实上由触头电阻的焦耳效应产生的焦耳热沿着导线的周边逸散，呈现出降低的温度分布态势，如图10中曲线BA和B’A’部分所示。当z接近零时温升为最大；△瓦——基本触头点处的附加温升，该值由基本触头点问界面发出的热流线面引起，数值通常比上述几项值小。上述几项值的计算公式如下。4．2相对于周围介质温度L的导线温升AL水平放置在与周围温度有关的自由空气中的无限长单芯导线的温升一般可表示为如下关系：注：全部温度值T以开氏温度表示。用于上述公式的无量纲努塞尔(Nusselt)数N。取决于冷却方式。如是自然对流，对于室内触头和接线端子的一般情况，N。可表示为：N。一0．8(GP。)“帖+O，35(GfP，)“盯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11a)式中：G，P，一丝丝型≥墼口d^通常，从式(10)计算所得的温升正比于电流J的1．5和2之间的次方。具体取决于表面条件(平均值1．67用于下面的示范计算中)。如是强制对流，对于室外触头和接线端子的情况(如输送线或变电所的连接)，N。可表示为：N。一O．65REo2+O．23REo61⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(12a)式中：R。一丝!垒(雷诺(Reyn01ds)数)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(12b)_￡￡d温升与电流的平方成正比。计算△L应注意，公式的两边均有该项。计算时取△T。为任意值，通过连续逼近法求得公式的解。收敛非常快，一般重复几次足可使得到的△L值至少在1K之内。用于计算的数值见附录B和附录c。注1：在计算GP，乘积时，数量!堕!罡鱼仅取决于流体(以及g)．如在空气中，可用近似经验公式[3]表示：“d^3．912×10”(273．15+反)叫69注z：相似地，在计算雷诺数时，效量苎可用下式表示：口d1．644×109(273．15+巩)1”4．3触头附近处的温升ATa：连接端子的温升使用辐射和自然对流方式冷却的计算公式见附录E。4．4基本触头点的温升最后，在基本触头处还存在一个附加温升，它是由基本触头的界面发出的热流量线而引起，数值通常比上述几项值小，可表示为；式中14△Tp一赤(寺+豢)△Tp一蠹瓦(寺+》)n一唇n一”kH。f525P。2攀 GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009nk一2．5×10“(标准国际单位制)5允许温度和温升值5．1周围空气温度0。周围空气温度的定义见1．3．1。周围空气温度的分布见GB／T4797．1—2005。注：对于加热的室内装置(假设恒温器的开关门限设定在10℃)年平均温度接近15℃。这些值(特别是年平均温度值)对于正确估算触头老化非常有用。应考虑的值：对于总体装置，除了“极端干热气候”，IEc标准经常考虑的正常周围温度条件钆如下；a)周围温度不超过40℃。然而某些国家标准规定年平均周围温度不超过20℃；b)产品标准也考虑最低值，但对于允许温升并不重要；c)上述温度极限适用于海拔不超过2000m的场合，海拔超过2000m时，可考虑下述观点：如果在2000m和4ooom之间的海拔处使用由空气冷却的设备，在海拔2000m以下正常试验中测得的温升应不高于表6相应的降低值(按设备所处海拔超过2000m每100m降低1％的值)。此修正通常没有必要，因为某海拔处由于空气冷却效果降低引起的较高的温升通过该海拔处降低的最大周围温度得到了补偿(见表5)。结果，最终温度在给定的电流情况下相对来说没有改变。表5最大周围空气温度海拔最大周围空气温度m℃0～2000402000～3000303000～400025d)关于太阳辐射的意见：如果设备安装在室外，必须考虑太阳辐射的影响。如有必要应采取适当的措施(屋顶保护、强迫通风等)；此举并不排除设备在任何阳光条件下连续通以正常发热电流时超过某些发热极限。5．2各种设备元件的温度和温升5．2．1温升值基本因数表6值适用于在连续的额定值条件下稳定运行的设备，且按下述方式进行评估；a)对于允许的温升值(见表6，A栏)：——根据相应于20年～40年正常寿命的长期试验，以及此后经验确认的值；——或根据使用高的额定值进行的短期试验，正常额定值时的寿命从3．4．1和3．4．2规定的老化规则中导出。在此情况下，围绕元件的空气平均温度日。相应于20℃标准平均周围温度。b)对于不应超过的最大温度(见表6，B栏)，考虑到材料和元件的特性(如超过105℃时锡将发生蠕变)，采用的周围温度为最大温度钆一40℃。上述考虑的值仅作为评估的指导和起点。确定更精确的值需考虑下述因素；——运行条件(长期工作制、循环工作制、8小时工作制等等)及元件的发热时间常数；——特殊运行模式(可能达到高温的双金属片，接近熔断器的触头，等等)；——安装方式(装在一个或多个外壳内)；——与5．1规定不同的周围温度范围(例如赤道带周围温度可至50℃)；——使用方式，特别是导线一接线端子的连接。】5 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009表6温升和温度极限的典型值’A栏B栏最大温升最大温度元件名称备注K。(乳一20℃)(钆一40℃)铜和铜合金，无镀层——OG‘中35’——NOG‘中754弹簧——油中40OGt、NOGt、油中‘“镀锡50触头镀银“‘或镀镍‘——OGt中或NOGt中759——油中50油中接触器105油的劣变铜、铝及它们的合金，无镀层触头——OG’中604性质““。——NoG‘中754螺栓OG’或NOG‘中镀锡‘105锡的蠕变点连接镀银“。或镀镍。——OG‘或NOGt中754——油中100油的劣变油中接触器105油的劣变通过螺钉或螺栓与外部导线连接接线无镀层604端子““2镀锡‘105锝的蠕变点镀银或镀镍。754其他触头材料绝缘等级‘：绝缘老化Y90A105E120与绝缘B130金属部件F155材料接触H180搪瓷：油基100合成物120起弹簧作用的部位，永久劣变锅焊1000破裂用于油浸式开关装置的油““90油的劣变除触头外，全部金属部件或全部绝缘材料制成的与油接触部件4100电动机和电阻器16 表6(续)GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009A栏B栏最大温升最大温度元件名称备注Ku(p。一20℃)(d。一40℃)手动控制元件GBl6895．Z——金属55——非金属65在正常运行中能触及但不持久握在手中表面。——金属70——非金属80可接近，但正常运行时不会触及——金属80——非金属908对于真空中连接单元，此温度和温升极限值不适用于真空中的元件。对于其他元件，不能超过表6规定的温度和温升值。由于NOGt中不存在氧气，所以在NOG’中最大可接受温升值对镀银铜、镀镍铜和裸铜均相同。6下列触头视为银触头：实心银触头、具有镶嵌银带的触头，镀银触头。通常对于全部电镀金属，电镀质量必须如此：经过下列试验后保护层仍保持在接触区域内：1)接通和分断试验后(如有)；2)允许的短期电流试验后；3)机械试验后。并应符合材料的技术规范。如果不符合要求，触头视为。裸”触头。对于镀镍触头，如果温升保持在规定极限内，触头电阻和触头寿命与银触头相当。通过提高触头力可达到此目的。。当啮合部件具有不同镀层，或其中一个部件为裸金属，则允许温度和温升应是：1)对于弹簧触头。具有表6允许的最低值的表面材料相应值；2)对于螺栓连接，具有表6允许的最高值的表面材料相应值，6螺钉紧固力矩值由合适的产品标准给出，如GB14048．1—2006中表4。。对于熔断器，考虑到热量从熔体传到触头的匀称性，温升可能增加。对这些元件应参考适当的技术规范。2与接线端子连接的导线即使没有覆盖层保护，温度和温升值仍然有效。8当使用非表6所列材料时，应考虑这些材料的特性。“以不损害周围部件为限。1绝缘等级由GB／T11021—2007规定。3温度不应达蓟使材料的弹性降低的值。2当焊接作为连接两个部件的主要方式时此值适用。否则，极限可升高至110℃。1温度必须在油的上面部分中测量。m当使用低闪点的油时，需特别注意油的汽化和氧化。“按现行规定。o对安装在外壳内的手动控制元件(当打开外壳时能接近该元件，但不经常使用)，允许更高的温度。金属和非金属表面的区别取央于表面的热导率。镀层和清漆不改变表面的热导率。此外，某些塑料覆盖层可能明显地降低金属表面的热导率，这些金属表面可视为非金属表面。本规则对某些材料不适用，即这些材料所符合的标准对可接近表面规定的温度和温升极限是固定的。17 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009表6(续)元件名称A栏最大温升Ku(口。一20℃)9此极限可增加至：45K——用于位于仪表盒或上级主线的下级低压电源设备；——用于连续工作制的接触器；65K——用于8h工作制、断续工作制或短时工作制的接触器，此时使用条件应符合合适的产品标准。9以不损害相邻部件(特别是触头的绝缘)为限。’对预期与绝缘的导线连接的接线端子见5．3．2。3对于一些低压工业设备。温升仅以不损害周围部件为限。‘NoG一非氧化气体；0G一氧化气体。“如果符合注q要求，并且下述条件成立，允许更高值：——产品标准规定了更高值，或——制造商能证明触头的性能一贯良好。在此情况下，用户和{}i造商对可接受值宜达成协议。5．2．2最大温度和允许温升有必要区别两组值：A栏——该值对应于容易老化的元件，但对造成这些元件快速破坏的温度是相对高的。例如铜触头的温升被限制在35K，尽管它们能耐受差不多150℃的温度也不会立即损坏。很明显，在这种情况下元件在寿命其间所处的周围温度是平均温度，即在多数情况下为20℃。——对于容易老化的元件(如触头)，正常寿命周期取决于标准规定的温升，以及围绕元件温度为20℃的介质温度日。。B栏——该值对应于温度决不能超过某个值的元件，超过该温度，元件将会发生快速(如不是立即)损坏：在这种情况下，所考虑的周围温度为40℃。此适用于如某些绝缘材料、镀锡触头(锡的蠕变点：105℃)、弹簧等。表6给出的是用于开关和熔断器装置标准的典型值。注意区别在巩一钆一20℃时最大允许温升和以。一40℃时最大允许温度的差异。由于各单独元件的特殊需要，表6中设备的个别元件值可能稍许不同。如需精确的值，可参考合适的产品标准。5．2．3围绕元件的介质温度变化的影响如果直接在元件附近的温度以发生变化：——无论是由使用在不同于5．1．1规定的气候下引起，——或由于元件使用在外壳内引起，都必须考虑：——新的允许温升值，——或新的额定发热电流值。采取新的值应考虑如下的因数：18注备度℃嚣℃一 GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009a)元件不应超过其最大温度(见表6，B栏)；b)元件可超过其最大温升，条件是在允许老化的范围内存在一个可接受的增加值(见表6，A栏)。从下列假设中导出式(14)：——温升与电流的次方户成正比，根据表面(通过辐射和自然对流冷却1’)的辐射率，p在1．5和2．o之间，平均值1．67已用于本标准的某些计算；——考虑的一种情况是：如果温升△Ti增加6．5K，触头的老化速率乘以2；——考虑的另一种情况是：如果围绕触头的介质平均温度以增加8．5K，老化速率乘以2。换句话说，在周围以下运行1h(此时温升为△Ti)代表了在正常条件钆下运行K“小时。△T。、Km由下式给出：，d。—‘。At—AT．、K，h一2、—Ⅳ’—日一7⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(14)附录A使用式(14)的数值举例显示了短时超温效应并不能通过以降低的负荷在较低的温度下运行相同的时间得到补偿。5．2．3．1含有在最大周围温度0。=40℃时可能达到最大允许标准温度0。元件的设备条件在此情况下，对于任何较高的周围温度巩，设备的额定发热电流J’m应该为：17m—k(安三暴)”’如果以>40℃⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(15)式中1．5<户<2．o取决于表面辐射率。表7规定了相对于各种周围温度和最大允许温度的修正系数cm值(声取标称值：声一1．67)。表7用于额定电流的修正系数(ci)泌556570758090100105450．78O．87O．90O．910．92O．94O．95500．520．740．78O．82O．840．87O．900．90550．00O．580．660．71O．750．8lO．84O．85所使用的温度以是元件(该元件具有相关设备规范中的最低值)的最大允许温度。显然，选择时应考虑设备的主要元件，而不是辅助元件(按钮，可触及的易近部件等)。对于辅助元件可采取特殊预防措施。5．2．3．2设备闭封时，如前假设设备含有在以=40℃时可能达到最大允许温度0．的元件如果设备装入壳内空气温度为以的外壳中，连续工作的最大电流rm将为：I’m—k(磬三％)“’如果以>40℃⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(16)考虑8。：以取决于壳外周国温度以(通常离壳壁1m处测得)、由内部热源通过辐射和对流传导的热功率、以及外壳的通风。对于只有少量通风或无通风的外壳，以和以之间的关系可由下式表示：日。一日。+X△占式中：△口一较高热源和周围空气温度以之间的温度差；1)在通过辐射和强制对流冷却的情况下，温升大致与电流平方成正比。 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEC／TR60943；2009x——代表壳内器材密集度的填充系数。经验显示，重要的热源(母线、熔断器)温度通常达到100℃，相对于正常的填充，x=o．25，这些条件导致外壳的空气温升为20K(相对于周围温度)。根据上述条件：以一以+x(100～以)，x等于一o．25根据上述假设计算修正系数c。。用于壳内的此设备的额定电流(I’。)可从下式得到：I’m=Cm×k式中：c。一(￡％翌；产型)“9⋯⋯⋯⋯⋯⋯㈨，表8和表9给出了修正系数cm值，该值作为靠和以的函数，用于x—o．25和x—o．3(取p—1．67标称值)两种场合。表8当x=0．25时标称电流修正系数(c。)淡556570758090100105O1．521．331．281．241．211．171．141．13101．281．171．141．1Z1．111．091．07201．OO1．001．OO300．66O．81O．840．87O．880．910．92O．9340——O．580．66O．71O．75O．81O．84O．8545——0．440．56O．63O．68O．75O．80O．8250——O．250．44O．54O．61O．700．750．7755——0．290．440．530．640．710．73也可使用相关产品标准中所考虑的设备最低值以。但小元件除外，这些元件(按钮、可接近表面等)的最大允许温度低，应采用其他措施进行防护。注1：对于装得非常满的外壳(特别出现在低压情况下)，可取x=o．3，由此得出下列值表9当x=0．3时标称电流修正系数(c。)汰55657075809010010501．361．221．191_161．141．121．101．09101．121．071_061_051．041．0320O．83O．900．920．93O．94O．950．96O．96300．45O．71O．760．800．82O．860．89O．8940——O．47O．58O．65O．700．77O．810．8245——0．310．47O．56O．630．71O．770．7950——0．00O．34O．47O．56O．66O．72O．7555——O．170．36O．470．60O．69O．71注2：仅当实际电流值(根据此电流值得到允许温度巩)在未知情况下，才宜系统地使用修正系数cm。实际电流值可能高于设备的额定电流值。 GB／T25840—2010／IEC／TR60943：20095．2．3．3含有在以=40℃时未达到最大允许温度元件的设备在此情况下，如果平均周围温度长期超过20℃，有可能增加最大允许温升，但相关元件的老化不会显著增加。假设全部其他条件与前述相同：——如果温升△Ti增加6．5K，铜触头的老化速率乘以2；——如果温度以增加8．5K，老化速率乘以2；——总温升包括内部气体的温升△Te加上与此气体相关的元件温升△Ti。于是得到下式：△T一△T。+△Ti如果△L增加成为△T’。，必须减少△Ti至△T7，。此减少的值如小于增加的值△丁e，结果新的值△T(△T’一△T’。+△T’．)最终可能是增加的。附录A中一个数字举例计算了运行在有较高内部周围温度外壳内的触头可接受的总温升增加值。5．3连接电气设备的导线温度和温升5．3．1推荐用于温升试验的连接导线原则上，连接导线应按正常使用情况进行布置和连接。导线截面积应不会引起被试设备元件(特别是它们的连接端子)的额外加热或冷却。推荐用于温升试验的合适导线可按相关产品标准规定。计算围绕壳内触头的空气温度更常用的规则见适当的产品标准(如IEc60890)。5．3．2温升和温升对有机绝缘材料的影响多数有机材料加热时发生劣变。劣变程度取决于温度绝对值和在此温度下经受的时间。根据阿伦尼乌斯(Arrhenius)化学反应速率定律，材料在适当的温度范围内，其劣变速率可表示为绝对温度倒数的对数函数：^Iog(绝缘寿命)一A’+西i；}可式中：A、A’——特定劣变反应常数；T．——绝缘摄氏温度。如果存在多个劣变过程，公式将更为复杂。绝缘材料的既定类型根据长期运行的经验分级，但目前引入并使用了各种聚合物。按GB／T11026．1—2003规定的程序可确定任何特定合成物材料的阿伦尼乌斯发热劣变曲线，并且确定该材料的寿命。应注意如下几点：a)聚合物的特性由其成分确定。为了保证聚合物特性的稳定，需对全生产过程进行控制，仅使用已知成分的化合物；b)聚合物劣变过程可能受到与之接触的材料和物体(聚合物应用于该物体)形状的影响。确定绝缘材料的阿伦尼乌斯曲线的实验推荐使用适当的样品，如数根绝缘被覆的母线；c)温度和湿度可能影响某些聚合物绝缘的机械性能。在高温时一些聚合物绝缘呈柔性，能耐受机械冲击；但在低温时，同样的材料在承受机械冲击(如与短路有关的机械冲击)时呈脆性，可能断裂；d)聚合物在模塑或固化过程中应考虑导线的任何退火现象；e)绝缘寿命也可能受到机械应力，振动和周围环境的影响。5．3．3平行排列的母线当多根母线平行排列时，由于交流的集肤效应和邻近效应，母线表面总比电阻增加。21 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009表10给出了典型的修正系数值。为了得到多根母线(有数根边对边排列的基本母线组成)的允许电流，应将表10中系数乘以流过单根母线的电流(50Hz～60Hz)，如此多根母线的温升与单根母线相同。表10修正系数；边对边平行排列的母线(母线间距与母线厚度接近相同)单位为毫米母线尺寸厚度平行母线数量50mm80mm100mm160mm6．3106．310166．310166．310162I．771．72I．721．651．611-701_601．50I．60I．49I．4532．272．252．242．122．032．172．021．902．021_951_8042．932．702．692．602．422．642．402．242．402．202．10注：其他尺寸的相似表可从国际铜发展协会处获得，铝修正系数可从铝母线供应商处获得。5．4电气设备连接端子的温度和温升——对所连接的导线的影响5．4．1从上述理论得到的有用公式接线端子的温升理论见E．1。然而用于多数情况(如E．1中通过辐射和自然对流进行冷却)的公式通常对实际应用来说太复杂，除非如E．2中建立计算机模型。5．4．2数字举例数字应用举例见附录A。6确定允许温度和温升应遵循的一般程序对于一个给定的设备元件，通常根据它自身的特性和工作条件(环境、电流、额定值和工作制)来确定它使用的最佳条件。6．1基本参数使用设备应考虑下列基本参数：——设备参考标准中规定的设备额定特性；——设备的工作制(适当的产品标准中规定的连续工作制，断续工作制等)和可能的预期寿命；——环境条件：有关元件是否处在热气体中?是否装在一个或多个外壳内?周围介质是否被污染?6．2确定最大允许温度和温升应遵循的方法一般采取的方法见图12。 GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009图12确定最大允许温度和温升流程图 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009附录A(资料性附录)理论运用的数字举例和其他数据A．1使用式(14)计算短期过热温度的影响考虑艮一20℃和△L一50K情况。如果日。一40℃和△L一65K，得到Km一25．3。与正常条件相比，在新的条件下，触头的寿命运行1h将减少25．3h。显然上述减少的寿命不能在同样时间内通过低负载和低温度的运行得到补偿。如口。一o℃和△丁l一35K，得到Kn—o．04。在此条件下运行1h相当于正常运行o．04h(约2min)。与上述减少的寿命25．3h相比，寿命仅增加了58min。因此仅需考虑的是周围温度或温升高于正常允许值的情况。A．2对运行在有较高内部周围温度外壳内的触头进行总温升可接受的增加的数字计算举例根据5．2．3．3的论证得到如下结果：如果△T。增加8．5K，△Ti减少6．5K，△T(一△T。+△Ti)由此增加2K，对元件的老化没有影响。在最通常的情况下计算温升变化：假设：以外壳内周围温度；△Ti与日。有关的元件温升；∥。新的内部周围温度；△rt新的温升。根据式(14)计算老化系数如下：K沪2(譬+生学)假定△t+△Ti一△L是标准温升。令z一△r。一△Te为外壳内气体的温升增加值，便可求得带有Km常数的允许标准温升的增加值，一(△r。+△T’i)一△了-。结果得出下式：y一△T，。+△T，．一△L一△r。+△T，。一(△t+△T1)一￡+(△T7。一△Ti)于是：△rj一△Ti—y—z最后为：K。b一2(忐+嚣)此式可表示为：e[1nKn2zy一6‘31矿十孤上式的图示见图A．1。 20lOGB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009／／／／jt／／．／／一／∑／，，／一i．／／／一—一r。。。。。。’。。1D。。’。。。。～2!：■—一。。3{一．／rv=最大标准温升的允许增加值[K]z=周围温度的增加值[K]注：此明显的不合逻辑的结论由下述情况产生：由于一个较小的电流通过触头产生了一个温升值，该值对于外部周围温度附加了4．7K，但作为内部周围温度(此值高于20K)之上的温升值将为较低值(20～4．7)K。图A．1，=，(z)。具有65K允许标准温升的触头举例：如果温度以(指外壳的温度，触头安装在此外壳中)上升20K，触头的允许温升可增加4．7K而不会改变它的老化速率如果触头的老化速率允许增加一倍，则它的温升可增加11．1K25 GB／T25840—2010／IEC／TR60943；200926，吉；?，划曼《鱼墨鬈ib姐邑塞葛蓁罨辇守螺p蚕蟠i翠邑脚星群邑脚邑篁丹璐盏Ⅱ]薜珀椭籁输{长囊誉!^蕞＼}：：丑h量惹二量器8霉萎萎兽皇嚣咕嚣器量毒d耐一一。寸d耐∞耐萋雪?誊墨；；哆器窘器善器雩N∞矗d一d一∞呐冒一Ho一一__oH一一。心≤董罱百甚蓉矗吾匹蓉；；赠N∞p。￡：昌。品。品：g。￡：∞日卜∞剖山俐群鱼岍?∞d一蓑蓍p蓑簧pm蓉壹H’籁隆使Z塌Nt∞d删2舀H’U苫巨U罱曲卜d皿f"鲁二靶U《^捌袈鲁鑫g《加^赠啜非宣錾§曜g粗器疆S掣球斟霉窖娴姐品晖娴一噼蓝掣窭娟一盅麒普标准分享网www.bzfxw.com免费下载 端V懈GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009相《dⅡ捌窖赠州拭H’盎龟湘姐翻柏晕林葵喧艇l谈懈崩心臻水幂皇Trr蠕蓬墨篁碍耳盏n]癣蹈稍籁靳长羹言i辏＼：：=丑h彗藿立蠹曼萋i?∞苫2∞占dg越赠p。￡。￡8州。。d魁击∞d善oNⅫ酗羔∞一萎簧p墓嚣pn嚣墨H’籁鬟隧恤譬∞蛹兰蜀s蛙mU曜誉占∞罐心曲坷靶《Z器胡如描跟幂翘鲻璀骧臻躁27 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／皿C／TR60943：2009附录C(资料性附录)流体介质的物理特性压力温度密度热导宰动力粘度压缩率比热(巴)日G备注105Pa℃Kkg／m3W／(m·K)10—5Pa·s10—3K1J／(kg·K)空气1—23．152501_41330．022271_5994．0171005．40273．151．2928O．024191．7283．671005．620293．151．2050．025851_8223．401006．346．853201．10330．027791．9393．1311007．3SFs1_320293．157．95O．013551．523．33655六氟320293．1518．65O．013551_5Z3．33655指示性值化硫587．5360．6525．3O．01421．822．78766液体20293．151371O．15029．17．11557油120293．158700．13260．7641880指示性值28 GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009附录D(资料性附录)触头金属与气体反应资料例子反应金属所得氧化公式单位的备注资料来源温度形成的厚度／×10-1。m物产品℃1000h后100000h后铜大气C“zO一以z+‘．。(“d霉。)j，⋯埃A。R6nnquist，由中氧(jo≈20A金属H01m引用(电20Z1．737气上随即形成的氧接触，sp血lger5535170化层厚度)出版社)6039210l一时间，小时8587690Tc=开氏温度1001501300(热力温度)铝大气A1203在铝上形成的AkO；氧化层厚度不超过50A，50A(不处理不能用作触头中氧几秒钟后形成的初态氧化层可达20A，该薄层材料)气是绝缘的。为了实现电接触，必须击碎该薄层才能使电流通过。水蒸气的存在能促进薄层的增长，时间可达数月之久，但增长很慢。锡大气SnoF5．22ln47t．e(，。z一弩)s：埃A。，Bdtton和Bright，204261中氧I：小时，冶金学，第56期55103146气Tc：开氏温度(1957年)，第60114162(轧≈15A)163页85188260100250360镍大气Nio一√∥+。．。(“”弩)s：埃A·，Pilling和2015．5150中氧￡：小时，Bed、∞rth，由5521210气L：开氏温度Holm引用(电6022220(轧≈10A)接触，spdnger8527270出版社)10034340银H2S和A勘St<40。，：60∥。e(275一弩)在20℃时的饱Fdschmeister和取决于亚硫蒸气的浓度。亚硫和潮湿空气中含Drott，冶金学危险限值大约为1／109(体40≤t<70。5蒸气有2％体积的硫报，第7卷积)一o．121产s，e(275一警)化氢(1959年12月)，f≥70。第777页F3750一”e(ns一弩)臭氧A＆0剩余层很薄(<10A)，200℃<10A时分解，它的存在不影响接触大气AgzS一√，。z+。．。(”一弩)s：埃A·，根据w．E．不取决于湿度，但取决于空中硫t：小时，camp_bell，电接气流通速度。相对于H：St：开氏温度触，第Ⅲ卷，或sOz，自由硫s的作用更(如≈16A)1972年，第185耍明显*1A一10—lom29 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009附录E(资料性附录)接线端子附近通过辐射和对流冷却的导线温升注1：当公式编号前没有“E”字母时，此公式取自正文中同样编号的公式。注2：为了充分理解本附录内容，应研究附录G中参考虑文献[3]、[4]和[5]。E．1接线鞴子附近近辽疆射和目然对丽挣邳的导线盈升的万程式阳分析推导由于热流率密度尹可表示为9一尬T。。，微分方程可由式(E．1)表示：硒等一徊△tko⋯⋯⋯⋯⋯⋯(E1)计算后上述方程特殊解(对于△T。一。满足极限条件警一o)为：△TI一——尘_『fz+C)日热}篙：△To一(w√丢专；啬)⋯缸一(e孚一·)c此式可由式(E．4b)表示：△z一(e孚一1)×堑墨学×蒜⋯⋯⋯⋯⋯⋯(E．4b)0—1rvH、mW≈或一K×忐法(徊)赢W鬲K作为a函数取自表E．1中规定值：表E．1作为6函数的K值dK1．O1．11．0501_151．0741．201．0981．251．1221．31．146 从方程式可以导出于是有和△To一4C卉，，A、孚。一I瓦J△TI一齑}+(盒)号]“上式可由式(E．4c)表示GB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009士!]荷’△T0孚l—c毋叫，彘√警告苫△T07。VLd—lJ。y廿K7作为8函数由表E．2给出一，墨表E．2作为6函数的K7值占K’1．O1_O1．11．0511．151．0771．201．1031．251_1301．31．157E．2模拟发热型式E．2．1引言作为描述电气设备内发热过程的分析法或数字方程法的一种替换方式，也可使用既有效又相对简单的工具——模拟网络型式法。此方法以下述事实为基础，即以相同型式的微分方程描述热流和电流现象。例如，用于热传导的公式完全等同于欧姆定律：．dT．dvq一如忑骨厂‘五由此发热量如比热流g和温度T分别相当于电气量的电流密度』和电压V。一些元件如热阻器和电阻器也以类似的表示法进行描述。在模型中，实际发热状态通过表E．3的电气量来表示： 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／mc／TR60943：2009表E．3当量值实际量模型量P功率(w)电流(A)T温度(K)电压(V)R热阻(工／^。s)电阻(I／^s)本方法的优点是不需要数学背景或复杂的计算机软件；此外，可更直接地识别与实际物理元件的关系。为了有效地确定电工设备内的温度分布情况，需采取以下步骤：——将设备细分至基本单元：基本单元的必要尺寸和特性由宏观(一维、二维或三维尺寸)结构和材料特性的变化来决定。——对于连续过程(在正常负载状态期间)这些条件足够确定等效的电阻器值。对于非连续过程(如涌流或短路情况)，尺寸的确定可由等效的电容器表示。在此情况下，细分至基本单元的正确尺寸主要由相关的时间标尺和时间节距来决定。为了得到发热时间常数￡=Rc的低值(与时间节距相比)，基本单元的尺寸应足够小。单元细分有利于评估模型全范围内的部件。——确定热源、冷却功率、传导和储备：热源可能是触头收缩内的点源或径向连续的电气发热导线，更具体一些，热源可存在于熔断器内。介质损耗和太阳光热也可能影响到结果。对通过传导、对流和辐射方式实行的散热进行定位。——电气等效元件的计算：电气发热按电流平方乘以电阻进行计算，此发热可能与温度有关。对于全部类似的热源，可选择等效的电源。代表热传导和热储备的无源元件的发热可立即从基本元件的尺寸中获得。——模拟的实际操作：随着模拟型式的发展，实际模拟可以使用计算机程序进行。除了自己编写程序外、若干商用软件包可用于模拟操作作为模拟型式的典型举例，沿着载流导线的温升可根据以下确定。E．2．2使用模拟型式确定触头附近载流导线的温度作为分析方法(此方法已在附录A中以数字举例使用了E．1中的方程)的替换方式，下面使用的是以对热流和电流相同的描述为基础的模拟型式。为了能比较结果，使用附录A举倒中相同的条件。导线水平放置，有轻微氧化铜的表面(辐射率￡一o．1和隧道比电阻∞一5×10-12)不带绝缘。导线截面积s一10mm×10mm，有效长度1m。导线一边以F—100N力压在另一根导线上。导线承载300A电流。考虑自然对流和强制对流(口一o．3m／s)。相关的常数和尺寸集中列在下面，铜材料常数取自附录B，20℃时的空气常数取自附录c：J一300A连续电流z一1m铜母线长度s一101m2铜母线截面积B一0．04m散热导线外部周长Dh—o．01m导线总高s。一o．01×o．2×4m2o．2m导线部分的冷却表面积丁e一293．15℃周围空气的平均温度△T。远离触头的导线温升户。一1．5581×10_8wmo℃时铜比电阻口一4．265×101K-1铜温阻系数R。一伽／／s一1．5881×10_4O℃时导线电阻A。一387w／(m·K)铜热导率32 GB／T25840—2010／mC／TR60943：2009P1一÷R。12一o．81A电流源Pz⋯Ps代表导线每o．2m部分的焦耳损耗(取决于现场温度)，即：Pz—J2去Po[1+口(Tz一273．15)]代人相关值后得到B一一o．4716+o．01219T：。用相似方法可得到P。至P。值。b)铜母线各段电阻的表示由电阻R，表示铜母线各段热阻：R，一去一面页羔专矛一5．168o“1一面一西扳可而万一一5‘165“c)通过对流和辐射冷却的表示远离触头处(该处以对流／辐射平衡焦耳功率)导线温升△T，由式(10)表示：△Ts一≮墨攀暂⋯⋯⋯⋯(10)对于自然对流，室内一般情况下的触头和接线端子的努塞尔数为：N。一0．8(G，P。)“帖+0．35(G，P，)“27⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11a)式中：GfP，一蟹匦娑出生⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11b)口d^当电流为J一200A和300A两个值时，温升△T，和热流∞可从式(10)、式(11a)和式(11b)确定：I△L驴AKWm一230036．45443．420017．55184．3如果假定方程式9一y△p，则可导出常数y一5．9和a一1．2。在强制对流情况下，宜使用式(12a)和式(12b)计算努塞尔数：N。一0．65REo2+0．23REo61式中：R。一丝!坠(雷诺数)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(12b)卢d对于强制对流(口一o．3m／s)，温升△Tl和热流口可从式(10)、式(12a)和式(12b)确定。代入I一300A和200A两个值，得到J△t中AKWm230020．484192008．73178如果再假定方程式9一y△r，分别可导出常数y一20．3和d一1．o。对于每部分o．2m导线，总热流等于9乘以冷却表面积s。。通过对流／辐射的冷却功率由电流源P，～P1。表示。P7一S。y△r对于自由对流，使用参数y一5．9和d一1．2： 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009P7—0．0472(L—Te)1’2对于强制对流(口一o．3m／s)，使用参数y一20．33和a一1．oP7—0．1626(T2一T。)用相似的方法可得出Ps～P。，值。最终模拟结果见图E．2。图E．2沿铜导线递减的温升 GB／T25840—2010／IEc／TR60943：2009附录F(资料性附录)本标准使用的符号表符号名称单位A阿伦尼乌斯定律系数KA7阿伦尼乌斯定律常数K口基本触头半径mB散热导线的外部周长m氏标称电流修正系数Dh通向触头的导线直径或任何段导线的总高C指数系数2．718F触头力NGf格拉肖夫(Grashof)数g重力加速度9．81ms一2H触头硬度PaKd总老化系数(电流修正系数)K。用于周围温度变化的老化系数K．用于温升变化的老化系数t波耳兹曼常数1．381E-23JK。1毛，^2触头电阻／力公式中的常数Z基本触头之间的平均距离mZ导线长度mM周围流体密度kgm一3N努塞尔数n基本触头点数nk基本触头数计算系数2．5E_5(SI)P持久额定值时的运行寿命年(月)P。普朗特(Prandtl)教R(．．D离收缩半径。距离z处的电阻nR：触头总电阻nR。触头集中电阻nR．触头薄膜电阻nRo在O℃时导线长为z(m)的线性电阻nr日光通量接收系数O≤r≤1S导线截面积m‘j氧化层厚度S。有效接触面积S，接受∞，的导线表面积T．口温度K或℃T-，巩周围空气温度K或℃Tu，钆标准周围空气温度K或℃Tc，以触头温度K或℃L，日。围绕元件的流体平均温度K或℃T’。，口’。围绕部件的流体平均温度K或℃ 标准分享网www.bzfxw.com免费下载表(续)GB／T25840—2010／IEC／TR60943：2009符号名称单位Ll，日d特定平均温度K或℃T乙，吼2特定平均温度K或℃L，以元件最大允许标准温度K或℃丁’．绝缘温度K或℃L，口导线标准温度K或℃￡时间SW通过接线端子向导线逸散的功率W叫氧化反应的激化能JZ距离mX晶格填充系数，薄膜厚度常数，容许的标准温升增加值KZ围绕元件空气的温升增加值。一△r。Ka导线材料电阻的温度系数K一1卢常压下周围流体的扩张系数K一1y辐射系数k△。增加周围温度的倍常数K△，作为触头温升函数的倍常数K△T与周围空气温度丁有关的温升K△f。围绕元件的与外部周围温度有关的介质温升K△正与环境流体有关的元件温升(平均值)K△t-l与周围环境有关的温升(初始)K△丁乙与周围环境有关的温升(最终)K△r1与周围环境有关的温升K△n离接线端子距离为叫处的温度降K△TⅡ与周围温度了乙有关的元件最大允许标准温升K△h收缩引起的基本触头处温升K△rI触头不存在时或离触头很远处的导线温升K△rI离触头距离为x处的温升K△Lz辞。时的△TI值△z间距常数d公式9—7△r中△T的指数0