温升和动热稳定试验

按照IEC标准对开关设备进行型式试验是产品走出去，销售到世界各地的基础，IEC标准以及STL导则是试验的基础，要想顺利通过试验，需要理解这些标准和导则，深入了解试验的参数、过程，根据试验精心准备试验样机，保证一次通过试验。

1. 前言

随着国内电气成套设备制造能力提升，开关设备走出去的步伐加大，越来越多的企业选择走出去，而要想获得国外订单，IEC标准的型式试验是必不可少的，除了北美地区，世界绝大多数地区都接受IEC试验报告。需要了解国外客户应用场合的电压、频率、接地系统等，根据所(需要的参数、合理的制定试验计划，选择试验站进行试验。

1. 强制性型式试验 

2. a)   主回路电阻测量和温升测试

回路电阻测量在温升试验前后进行，试验后测得的电阻的增加不应该超过20%。

对于满足50/60Hz开关设备的温升试验，如果采用50Hz试验，在50 Hz试验期间记录的温升值不超过最大允许值的95% 则认为通过试验，而在60 Hz下进行的试验则可以涵盖50Hz和60Hz频率。

KEMA严格按照中间柜试验要求，开关柜两侧面加50mm泡沫板、聚苯乙烯泡沫塑料，密封良好，而且会使用加热电阻器等模拟不属于主电路的其它部件的发热贡献，例如电压互感器、辅助电路等。

以36kV开关柜2500A自然冷却温升试验为例，在国内通过50Hz温升试验，在KEMA进行60Hz温升试验B相触头温升超出标准3k，KEMA试验更加严格，密封性高，因此在国内摸底要有足够的裕度，严格按温升试验标准进行。

通过更改设计，母线室弯板使用不锈钢板，加大底部和顶部通风板面积，在厂内实验室摸底50Hz单柜试验有6.9K的裕度，在KEMA重复试验，2500A 60Hz模拟中间柜以3K的裕度通过温升试验。

对于大电流温升试验，IPH试验室也是采用电缆连接，3150A的开关柜温升试验，采用8根240mm ² 的进线软电缆连接，底部完全密封，如图2所示。

图2 IPH试验室3150A开关柜温升试验布置示意

b)      短时和峰值耐受电流测试

主回路的动热稳定试验：按照标准，待测试设备的布置应使母线支撑处于最大跨度、导线配置和设备内连接的最严酷的条件。试验室测试连接不会影响测试条件。对于金属封闭开关柜，主回路动热稳定试验，电源由主母线引入，由下部出线端短接；或者相反。

接地开关的动热温定试验：按照标准规定检查项目，机械开关装置在动热稳定试验后应该立即进行空载操作，且触头应该在第一次操作时分开，同时进行操作力的测量。按照标准，需要一圈以内操作的接地开关所需的力应不大于250N，在转动角度最大为15°的范围内，操作力的最大值允许为450N。

试验过程中，如果开关触头压力小会造成电压降过大使触头熔焊，而为了防止开关在电动力的作用下崩开使触头压力加得过大，在经历了热稳定后，高温会使铜触头膨胀变形，造成试验后立即分闸，且要在第一次操作就分开变得十分困难。

36kV开关柜的接地开关在荷兰KEMA做动热稳定试验就出现了这个问题，试验时触头压力调的很大，动热稳定试验后，试验站要求5分钟内能够手动分闸，结果使出九牛二虎之力也打不开，后来用手搬了接地开关触头后使劲才使接地开关分闸，但这一切都被KEMA人员尽收眼底，试验报告上如实记录，见图3，接地开关动热稳定试验后需要外力打开。为了能够使接地开关在第一时间分闸，而且操作力不大于标准要求，有些厂家会采用加长型操作手柄，如果操作手柄长度1米，瞬时操作力矩就可以达到450牛米，这需要整个开关的操作系统具有足够强度，单纯加长操作手柄，操作轴、伞齿轮等强度不够会造成操作轴六角头打滑，或伞齿轮破坏，从而无法分开接地开关。

经过分析，接地开关承受短路电流时电动力主要是触头之间的斥力,电动力的大小与连接铜排的连接长度、接地开关短接轴的位置和短路电流大小相关，通过优化接地开关安装位置和连接铜排，使接地开关连接排产生的电磁力对动刀产生有利于保持合闸位置的方向，就可以减少触头压力，使接地开关操作力小；反之，如连接排电流方向相反，则产生分闸方向的电磁力，则接地开关在短路电流作用下，此处电动力达几百牛，因此动刀需要加大触头压力和弹簧作用力来抵抗这几百牛的力，使操作力加大。

图3 KEMA试验报告接地开关需要借助外力打开

接地连接动热稳定试验：根据IEC62271-200按照STL导则要求，开关柜接地装置、接地导体和接地连接组成的接地回路需要验证短时和峰值耐受电流，接地开关是接地回路的一部分，其测试后的状况必须在测试结果中评估。标准规定对接地装置和所提供的接地点之间进行单相试验，选择条件最苛刻的一相通以试验电流对接地装置和提供的接地点进行试验。

36kV开关柜按照标准进行了接地回路31.5kA 1s的短时耐受电流试验，接地开关合闸，电流从出线侧连接排进入，经接地开关A相动、静触头到接地开关三相短接铜排，再到接地连接软编织线，到接地排与主接地排连接。接地开关由于仅采用一根75mm ² 的编织线与接地排连接，编织线无法承受31.5kA 1S的热稳定电流，造成烧断。后来更改产品，采用2根75mm ² 编织线与接地铜排连接，顺利通过了试验，如图4所示。

图4 接地回路短时耐受电流试验

抽出式断路器接地连接：由于对IEC标准理解是清楚的，笔者曾参照IEEE标准对开关柜的试验要求，对36kV开关柜的断路器手车接地触头进行31.5kA 1s的动热稳定试验，断路器手车采用的是两侧导轨接地鸭嘴式触头，由于触头压力小，接地导电回路截面积小，根本无法承受31.5kA 1s的短路电流，试验瞬间触头烧损。IEC标准与IEEE 标准开关柜不同，IEEE标准开关柜不采用接地开关，开关柜的检修维护都是采用接地测试手车（G&T）进行，接地测试手车是可移开式接地装置，接地故障电流会流经接地触头到开关柜的接地点，按照标准需要进行短时耐受电流试验，IEC标准规定抽出式断路器的接地连接在使用条件下不会受到短路电流的影响。因此短时耐受电流和峰值耐受电流测试不适用于这些接地连接，对于可抽出部件的接地，应接地的金属部件在试验位置、隔离位置以及中间位置应保持接地；在所有位置，接地连接的载流能力不应小于对外壳的要求值，也就是接地点通过直流30A时，其电压降最大为3V。

我们40.5kV开关柜采用接地开关，断路器隔室接地触头不会作为接地手车的接地连接使用，断路器接地是保护接地，按照标准不需要短时耐受电流试验的。最后为了验证接地触头的短时耐受能力，进行了3.15kA 1s的短时耐受电流试验并通过了试验。