1、ICS 29.120.01 K 30 道自国家标准国不日11: _，、中华人民GB/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 规定电气设备部件(特别是接线端子)允许温升的导则Guidance concerning the permissible temperature rise for parts of electrical equipment, in particular for terminals (IEC/TR 60943: 2009 , IDT) 2010-12-23发布数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2011-05-01实
2、施发布GB/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 目次前言.1 引言.n 1 概述.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-3 触头和连接端子的老化机理.4 导线、触头和连接端子的温升计算-5 允许温度和温升值6 确定允许温度和温升应遵循的一般程序附录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.附录G(资料性附录)参考
3、文献uGBjT 25840-201 OjIECjTR 60943: 2009 目。吕本标准等同采用IECjTR60943: 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:一一-删除国际标准的前言;一-根据GBjT1. 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2-一将本报告改为本标准;表9中8.和8n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/)，.Ti; 一一表E.1及表E.2中K值和K值1.0下原有条件规定于4.3.1的说明。由于标准中
4、元4.3.1条款，所以将其删去;一一图E.1的下图中T有误，改为丑。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(SACjTC340)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。I G/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 E 51 a) 电气成套设备中的温升是由导线、
5、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元适当或足够的保护，在设备预期的使用寿命前，触头可能受到元法修复的损坏。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:
6、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;一一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
7、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，本标准通过引人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，并在数字举例(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
8、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。G/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 1 概述1. 1 范围和目的规定电气设备部件(特别是接线端子)允许温升的导则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
9、。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;一一触头的基本老化机理;一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;一一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/T 4797. 1-2005 电工电子产品自然环境条件温度和湿度(lEC607
10、21-2-1: 2002 , MOD) GB/T 11021-2007 电气绝缘耐热性分级(IEC60085: 2004 , IDT) GB/T 11022-1999 高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求(巳qvIEC 60694: 1996) GB/T 11026. 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(lEC 60216-1: 2001 , IDT) GB 14048. 1二2006低压开关设备和控制设备第1部分:总则(lEC60947-1: 2001 , MOD) GB 16895. 2-2005 建筑物电气装置第4-42部分:安全防护-一热效应保护(l
11、EC60364-4-42: 2001 , IDT) IEC 60050(441) :1984 国际电工词汇(IEV)第441章:开关设备和控制设备和熔断器IEC 60890: 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(lEV)外，下列术语和定义适用本标准21. 3. 1 周围空气温度ambient air temperature ()a 在规定条件下确定的围绕整个电器的空气温度IEV441-11-13J。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contac
12、t (of a mechanical switching device) 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1 GB/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 动或滑动保持电路的接通IEV441-15-0日。注:不能与IEV441-15-06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conncction (bolted or the cquivalcnt) 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/T 11022-1999，定义
13、3.5.10J1. 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面上，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
14、等)，接触的有效总截面积等于有效接触面积Sa1)。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，T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(见图1)，它们之间的平均距离为f。有效接触面积为:Sa =n2 电流钱(V)川1(J)川)i/f)/)川j; 二沾菜合芒忖刊刊;L1!/!1仆、1/jJ i|11l!l l 本例中有效接触面积为S相当于平均半径为的4个基本触头点￥ 图1表面接触和有效接触面积图例k触头下触头矩形内的表面接触面积接触面积Sa取决于触头互相加压的程度(即所施加的力)、触头表面状
15、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Fo2 G/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 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0.1 N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:去=但然而，此式仅适用于接触力F二三50N的情况，实际上:S一-2_ F =nrra-=-一一uEH 式中E取决于接触表面状态的无量纲平面度系数;在正常力情况
16、下，该系数通常在0.3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，基本触头的半径由式(1)给出:a=J;主运. ( 1 ) 基本触头的数量n可有式(2)近似得出:= nk HO 625 FO 2 . ( 2 ) 式中nk句2.5X10-5(标准国际单位制)。上述公式仅给出基本触头数的数量级。nk值可能与估算的值相差很大，如在O.5 X 10-5与30X10-5(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
17、阻的计算设想一个半径为a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(椭圆面)电流线(双曲线)图2基本触头点处的等电位面和电流线3 GB/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 触头点(图2中粗虚线)和主半轴的半椭圆面l(l为相临基本触头之间的平均距离，为金属的比电阻)之间电阻R(a.1JR(a.ll二三L盯ctan在王如果l远大于以大多此情况)，则=Lra a Rr. lI fl/,_rn) =-! (a.110 由于集中电阻是两个半个触头电阻之和，所以:R=JL z,
18、a 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:2.3.2 薄膜电阻的计算Re=zL z, na . ( 3 ) ( 4 ) 基本触头点通常均有腐蚀界面，任何初态纯金属表面均覆盖A层氧气分子层，数分钟后形成数毫微米厚的该金属氧化层。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。这特别是铝和不锈钢在常温下遇到的情况。对于其他金属(处于氧气中的铜、镇和锡，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
19、要公式规定于附录D中。公式以形成的厚度5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 =cX.叫(-2:i) . ( 5 ) 如果激化能w以电子伏特表示，则w必须乘以1.602 1 X 10 9 jjeVo X是个常数，k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:应主星截面积事实上，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ao(表面比电阻)由。.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)。4 如
20、果氧化层均匀地覆盖在实际接触面积丘上，两接触表面之间的表面电阻瓦为:R一旦旦-1 Sa 在具有个半径为的基本触头的情况下，由于界面上的氧化层，Ri可由式(6)表示:R。-1 总接触面积nrra2 ( 6 ) G/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 表1隧道比电阻的典型值金属状态。.m 新的2 X 10-1 3 X 10-11 铜经氧化10-10 镀锡10-12 4 X 10-11 银4.6 X 10-13 4 X 10-12 特殊至2.5X 10-11 铝7X10-1110-9 新触头值低。银金属的最低值4.6 X 10-13对应于两层吸纳单分子氧气层的极限厚度，
21、即2X0.272 nm=O. 54 nm。2.3.3 触头总电阻的表示触头电阻凡是集中电阻凡式(4)J和薄膜电阻R，式(6)J之和，即:Rc=f一+乌. ( 7 ) 2na n 如果式(7)中的n和分别由各自的值代入:n = nk HO 625 p. 2 ，式中nk:己2.5X 10-5 (标准国际单位制)a=，式中;:=0.45得到K下列的表达式:Rc=;在HO1吁0.6+0.;:HF-1 此式适用于不同的触头金属，式中给出了示于表2的是1和k2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
22、常数计算得到的电阻的平均值。金属铜黄铜铝铝筷合金银锡镇镀银铜镀锡铜镀锡铝镀银黄铜镀锡黄铜表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:Rc =kl0.6 + k201 ) 集中电阻k1X 10-6 90 360 130 150 81 400 420 88 57 93 310 200 薄膜电阻k，X 106 247 450 135 135 225 22. 5 585 225 22.5 22.5 225 22.5 5 G/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 2.3.4 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
23、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展动的镀锡触头必须考虑锡涂层的摩擦腐蚀现象(见3.5)。锡和镇的集中电阻特别高，因此，不采用这些处于固态的材料。镇和镀镰铜的薄膜电阻高，考虑到腐蚀气体中(电池室、含有HzS的气体等)蝶的良好的耐腐蚀性，某些情况下可采用这些材料。2.3.5 触头电阻的测量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
24、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元载情况下。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温度(50%相对湿度)环境中;化学原因:由于周围介质(空气
25、中的氧、类似凡S或SOz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6 如果符合下列条件，不同金属Mj和Mz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0.35V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
26、剂一一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Mj和Mz触头表面的电势差见表30圄3处于潮湿环境中的不同金属之间的触头(吸水性)表3在双金属结合处形成的电压单位为毫伏芝L镇铜钢/镰银青红黄不锡一锡银铝镀镑续生软银镇合金(70/30) 铜焊铜青铜锈锡铅焊料铅铁钢l口￥ 铝铺铸A 口钵i口L (30%铜)料铜钢共晶金铁金金银。150 170 190 190 210 230 250 260 330 470 480 510 560 710 720 770 770 790
27、1 090 1 100 1 110 1 590 镇。020 040 040 060 080 100 110 160 320 330 360 410 530 570 620 620 640 940 950 960 1 440 镰铜合金(30%铜)。020 020 040 060 080 090 160 300 310 340 390 540 550 600 600 620 920 930 940 1420 铜/保(70/30)。020 040 060 070 140 280 290 320 370 520 530 580 580 600 900 910 920 1 400 铜。020 040 0
28、60 070 140 260 290 320 370 520 530 580 580 600 900 910 920 1 400 银焊料。020 040 050 120 260 270 300 350 500 510 560 560 580 880 890 900 1 380 青铜。020 030 100 240 250 280 330 480 490 540 540 560 860 870 880 1 360 红青铜。010 080 220 230 260 310 460 470 520 520 540 840 850 860 1 340 黄铜。070 210 220 250 300 450
29、 460 510 510 530 830 840 850 1 330 不锈钢。140 150 180 230 380 390 440 440 460 760 770 780 1 280 锡。010 040 090 240 250 300 300 320 620 630 640 1 120 锡铅共晶。030 080 230 240 290 290 310 610 620 630 1 110 锡银焊料。050 200 210 260 260 280 580 590 600 1 080 铅。150 160 210 210 230 530 540 550 1 030 生铁。010 060 060 08
30、0 380 390 400 880 软钢。050 050 070 370 380 390 870 铝合金。020 320 330 340 820 铝。020 320 330 340 820 铺。300 310 320 800 镀铸铁。010 020 500 钵合金。010 490 镑。450 钱合金。注:上述值仅用于指南。更精确值可用于金属的特殊等级。如果可行，可使用供应商规定的值。其他情况可查阅专业教科书。势典型值。陆、3。因时M四品。-N05目n叫罚。02HMOOG/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 为避免腐蚀应选择合适的组合，其电势差应低于350mV;越低
31、越好。从表3中可以发现，除了银-锡和银-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。应避免银锡和银-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:-一一基本触头点的侧面逐渐被侵蚀，由此减少了导电截面积;一一表面比电阻为。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的基本触头点(见图。图4半径为a的基本触头点触头表面AA空气很少，部分空气在触头闭合时被排除出去，留下的空气仅
32、产生轻微的氧化现象。相反，触头侧面BC和BC暴露在空气中，并且逐渐受到氧化作用。结果，基本触头点的半径逐渐减小，而触头电阻随之增加(见图5)。.IB 圄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 GB/T 25840-201 O/IEC/T
33、R 60943: 2009 AA可能减少至DD(见图的。AD和DA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。t-， A E 图6相对微小移动对于基本触头氧化的影晌显然，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
34、的表面比电阻，结果增加了触头电阻。飞、l 、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。9 GB/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2
35、009 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。然而元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
36、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 温升影晌如果仅受空气氧化作用的触头或接线端子温升增加Lli(K)，则它的寿命将减少一半。Lli是初始温升的函数(此估算经实验结果证实，见图的。.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植升从.T;t升至.Ti2时，其寿命应乘以老化系数K.。当.Ti1和.Ti2之间的差值适度时，Ki表示为:T A一二A矶Z Z 中式-K . ( 8 ) 倍常数10 9 8 7 6 5 4 3 2 k无90 满芒巧。萨路- ，、劳。v怆 v V飞。nu l nu nu l 1000 括Ul-/K图8作
37、为温升函数的倍常数L11(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Lli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:2一工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Lle(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4。通常当围绕触头或接线端子的流体温度从Te1升至Te2，触头和接线端子的寿命应乘以老化系数凡。Ke表示为:?一-Te2
38、Ke=护，式中y=五丁一10 GB/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 倍常数14 0306qtpo 伊拿_ b-一r-回13 12 11 10 5 o 10 20 30 40 50 60 10 80 90 100 110 120 触头温升/K图9作为触头温升AT;的函数、用所要求的周围流体温升表示的倍常数L1e(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6.T;为35K的铜触头，当周围空气温度增加Lle= 8 K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晌当触头或接线端子的温升
39、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Kth见(9):Kth =2x+y ( 9 ) 3.5 触头材料的使用及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.C85 .C(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、镀镰铜、镀锡铜和镀银铜触头在触头力10N和暴露在周围空气中1000 h后时的电阻(计算公式见2.3.2)。计算结果如下:表4触头电阻比较值材料电阻m!l 裸铜
40、20 镀镇铜35 镀锡铜6.8 镀银铜0.3 从表4中可看出，镀锡铜或镀银铜优点明显。镀镰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) 镀镰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.C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 GB/T 25840-201 O/IEC/
41、TR 60943: 2009 c) 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、镀银铜或镀媒铜触头;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、触头和连接揣子的温升计算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。 实际值标准值-句-4-I-on。
42、二哥二二二二二i二二:二二1。400C( 15 ) 飞On- 40/ 式中1.5400C( 16 ) h On - 40) 考虑。. O.取决于壳外周围温度。.(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元通风的外壳，0.和之间的关系可由下式表示:O. =0. + X 6.8 式中:6.8-较高热源和周围空气温度比之间的温度差;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。19 GB/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 X一一一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
43、)温度通常达到100OC，相对于正常的填充，X=0.25，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:8e=8a + X(lOO-8a) ，X等于=0.25根据上述假设计算修正系数C由。用于壳内的此设备的额定电流CI可从下式得到:Ith=Cth X 1由式中:_ (8n一(1-X)8a一100Xl(p Vn n-/: -l .(17) t飞8n-40 表8和表9给出了修正系数Cth值，该值作为8n和民的函数，用于X=0.25和X=0.3(取p=1.67标称值)两种场合。表8当X=O.25时标称电流修正系数(Cth)lhL 55 65 70 75 80 90 100 10
44、5 。1. 52 1. 33 1. 28 1. 24 1. 21 1. 17 1. 14 1. 13 10 1. 28 1. 17 1. 14 1. 12 1. 11 1. 09 1. 07 1. 07 20 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 30 0.66 o. 81 0.84 0.87 0.88 0.91 0.92 0.93 40 o. 58 0.66 o. 71 o. 75 0.81 0.84 0.85 45 0.44 o. 56 0.63 0.68 o. 75 0.80 0.82 50 0.25 o. 44 0.54 0.6
45、1 o. 70 o. 75 0.77 55 o. 29 0.44 0.53 0.64 0.71 0.73 也可使用相关产品标准中所考虑的设备最低值仇。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=0.3，由此得出下列值2表9当X=0.3时标称电流修正系数(Cth)之55 65 70 75 80 90 100 105 20 。1. 36 1. 22 1. 19 1. 16 1. 14 1. 12 1. 10 1. 09 10 1. 12 1. 07 1. 06 1. 05 1. 04 1. 04 1
46、. 03 1. 03 20 0.83 0.90 o. 92 o. 93 0.94 0.95 0.96 0.96 30 0.45 0.71 o. 76 0.80 0.82 0.86 0.89 0.89 40 0.47 o. 58 0.65 o. 70 0.77 0.81 0.82 45 0.31 0.47 0.56 0.63 0.71 0.77 o. 79 50 0.00 o. 34 0.47 0.56 0.66 o. 72 o. 75 55 0.17 o. 36 0.47 0.60 0.69 O. 71 注2:仅当实际电流值(根据此电流值得到允许温度。J在未知情况下，才宜系统地使用修正系数Ct
47、h0实际电流值可能高于设备的额定电流值。. GB/T 25840-201 O/IEC/TR 60943: 2009 5.2.3.3 含有在(J.= 40 Oc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200C，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:-一-如果温升/j.Tj增加6.5K，铜触头的老化速率乘以2;一一-如果温度。e增加8.5K，老化速率乘以2;总温升包括内部气体的温升/j.Te)JO上与此气体相关的元件温升/j.Tjo于是得到下式:/j.T= /j.Te+/j.T j 如果/j.Te增加成为/j.T二，必须减少/j
48、.Tj至ATU此减少的值如小于增加的值A丑，结果新的值/j. T(/j. T =/j.Te十/j.TJ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晌多数有机材料加热时发生劣变。劣变程度取决于温度绝
