軌道交通電連接器試驗方法的標準分析

袁海英，陳 寧，陳利欽

（廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣州 510656）

軌道交通電連接器試驗方法的標準分析

袁海英，陳 寧，陳利欽

（廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣州 510656）

由于軌道交通電連接器的特殊性，不僅需要在設(shè)計和工藝上采取嚴格的措施進行改進，還需要進行檢查試驗。根據(jù)電壓電流及頻率對軌道交通電連接器進行分類，并結(jié)合標準NF F61-030-1992、EN 50467-2011、IEC 61984-2008、DIN 47275和EIA 364對電連接器的測試項目及條件進行分析，對軌道交通電連接器形成了系統(tǒng)的指導。

軌道交通；電連接器；高頻；低頻；環(huán)境性能；機械性能；電氣性能

引言

隨著世界電子工業(yè)的發(fā)展，電連接器的應(yīng)用范圍越來越廣，應(yīng)用環(huán)境越來越復雜、使用條件越來越惡劣，隨之對電連接器的質(zhì)量和可靠性要求也越來越高[1]。而作為鐵路領(lǐng)域的產(chǎn)品，軌道交通電連接器的標準要求比其他領(lǐng)域使用的連接器嚴苛。同時列車運行速度的提升、機車牽引力要求的提高以及城市軌道交通和高速動車的發(fā)展，對軌道交通連接器在環(huán)境、機械和電性能提出了更高的要求，因此具備高速度、高可靠性、高抗干擾性等優(yōu)良性能的軌道交通連接器格外重要[2]。

為了保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量，不僅需要在設(shè)計和工藝上采取嚴格的措施進行改進，還需要進行檢查試驗。目前常用的軌道交通連接器國外標準為：①IEC 60512和IEC 61984國際電工委員會標準；②NF F61-030-1992和NF F01-510-1990法國標準；③EN 50467英國標準；④DIN 47275德國標準；⑤MIL-DTL-38999K和EIA-364美國標準。

1 軌道交通的電連接器在車輛上的位置

軌道交通的電連接器應(yīng)用于地下產(chǎn)品和地上產(chǎn)品，圖1和表1對軌道交通電連接器的位置和區(qū)域分類進行了定義[3]。

2 軌道交通電連接器的分類及試驗方法

2.1 按照電壓和電流分類

2.1.1 直流電壓≤500 V和交流電壓≤380 V的電連接器

NF F61-030-1992應(yīng)用于圓柱形或矩形連接器，承受的操作電壓低于或等于直流500 V和交流380 V[4]。它們主要應(yīng)用于室內(nèi)外車輛的操縱回路，控制回路和輔助回路，測試項目主要分為目視檢查、電氣測試、理化測試、機械測試和壽命測試。具體試驗條件如下：

圖1 連接器在車輛上的位置

表1 典型連接器在在車輛上的位置

1）目視檢查

①檢查標記及其牢度：在1 cm3的面積上施加5 N，每秒移動2次，移動10次。

②幾何和主體檢查：使用合適的測量工具進行尺寸核對和主體檢查。

2）電氣測試

①耐壓：交流電壓見標準中的表3，頻率為45 ~ 60 Hz，波形接近正弦波，方法A和B電壓持續(xù)時間和施加點不同。

②絕緣電阻：NF C 93-400測試3a方法A和B，測試電壓見標準的表5。

③接觸電阻：用直流或交流進行，根據(jù)電壓降測試接觸電阻。

④鑲嵌電壓降： 測量部位串聯(lián)連接的導線在300 mm長度的芯線上。

⑤發(fā)熱測試：NF C 93-400 5a，施加直流或交流電流，直到溫度穩(wěn)定。

3）理化測試

①濕熱連續(xù)試驗：在NF C 20-703的溫度條件處理21天。

②溫度快速變化：在NF C 20-714測試Na和在t1溫度下持續(xù)1 h和1 h 30 min之間。

③腐蝕（鹽霧）：在NF C 20-711的環(huán)境持續(xù)96 h。

④耐液體：柴油、礦物油、酸和堿，在規(guī)定溫度下處理一定時間。

⑤耐火：NF F 16-101第6章。

⑥耐臭氧：NF T 46-019方法A，200/109的濃度下處理24 h。

4）機械測試

①耐沖擊：正弦半波，峰值加速度30 g，持續(xù)時間18 ms，每個方向沖擊6次。

②耐振動：NF F 60-002，兩種振動方向。

③鎖住試驗：測試螺紋套圈圓柱形連接器的連接和分開力，鎖住系統(tǒng)類型連接器的插進和拔出力。

④外罩中的絕緣體的持?。涸诖怪庇谶B接器連接面的兩個方向施加力量。

⑤絕緣上鑲嵌觸頭的持?。河|頭縱軸兩個相反面初始施加力2 N，最大力保持10 s。

⑥樣板的持住（彈性觸頭）：在10 %的陰觸頭上連續(xù)插進3次。

⑦耐拉力（鑲嵌連接）：速度25~50 mm/min，施力直到導線被拔出或斷掉。

⑧電纜夾耐力（拉伸）：在插頭一端1 m處施加拉力直到標準值，保持1 min。

⑨電纜夾耐力（扭曲）：插頭一端0.5 m施加正反360 °的轉(zhuǎn)動，保持1 min。

⑩電纜夾堅固（彎曲）：一個循環(huán)過程為插頭一端1 m處，速度≤20 N/s，施加力逐漸增大直到最小半徑R保持1min，再以90 °的增量繞水平軸轉(zhuǎn)動，再按每個90 °的增量施加獲得最小半徑R的力，進行4個循環(huán)。

5）壽命測試

①機械壽命：速度≤5次/min，連接和分開500次。

②干熱：100 ℃保持96 h。

3.2.2 電壓≤1 000 V，電流≤125 A的電連接器

EN 50467-2011主要針對軌道交通的電連接器產(chǎn)品，應(yīng)用于室內(nèi)和室外軌道交通中單孔和多孔的連接器，電壓達到1 000 V，電流達到125 A，頻率≤3 MHz[5]。

IEC 61984-2008規(guī)定了電連接器安全評價技術(shù)要求、試驗方法及判定，適用于額定電壓大于50 V不超過1 000 V交流或直流，單個接觸件的額定電流不超過125 A的連接器[6]。

EN 50467-2011增加了原材料測試項目(見表2）、F組：振動和沖擊、G組：抗流體和H組：屏蔽性能。A組機械測試測試條件相同，但IEC 61984-2008標準中測試項目增加了A4接地措施，B組壽命測試中EN 50467-2011僅為IEC 61984-2008標準中的B1、B3和B6這三個項目，E組防護等級中EN 50467-2011增加了介電強度試驗，原材料測試項目具體見表2。其他測試項目如下：

1）機械測試

①外觀和尺寸檢查：肉眼觀察，工具測量。

②標記耐久性：肉眼觀察。

③偏振：測試力為20 N或插入力的1.5倍。

④接地措施：在可能的測試位置人工進行插拔測試。

⑤互鎖：最大插入距離內(nèi)插入。

⑥焊端：目視檢查焊端。

⑦插入時觸點保持力：三次試驗負荷，插拔力測試負載20 N。

⑧線纜的抗拉力測試和抗扭力測試：夾緊最大和最小的直徑的電纜。

⑨機械強度沖擊：適用于自由端連接器，跌落高度：750 mm（≤250 g），500 mm（>250 g），45°方向跌落，跌落8次。

2）壽命測試

①分斷能力僅適用于分斷能力的連接器（CBCs），額定電壓條件，監(jiān)控和指示分斷能力的條件下電氣操作，速度3～4次循環(huán)/min，插合分離速度0.8 m/s，保持2～4 s分斷能力，操作循環(huán)次數(shù)按照制造商規(guī)范。

②機械操作：插合和分離速度0.01 m/s，在未插合狀態(tài)停留30 s，操作循環(huán)次數(shù)按照制造商規(guī)范。

③彎曲試驗適用于非可重復接線的連接器，額定電流和額定電壓下，90°前后擺動，速度60次/min 。

3）熱學測試

主要為溫度上升，測試穩(wěn)定溫度即為上限溫度。

4）氣候測試

①低溫：溫度為-10 ℃、-25 ℃-40 ℃、-55 ℃，測試時間：2 h。

②干熱：溫度為70 ℃、85 ℃、100 ℃、125 ℃，測試時間：7天。

③混合氣體腐蝕：測試1按照GB/T 5095 11 g，選擇方法1或4，試驗4天。EN 50467-2011鹽霧測試或IEC 61984-2008二氧化硫測試：測試2：GB/T 9789的SO2試驗，試驗24 h。

5）防護等級

①電沖擊防護：未封閉連接器，測試手指或直徑50 mm的圓球，施加20 N，封閉連接器，測試手指施加20 N。

②接地接地電阻：開路電壓≤12 V，1.5倍的額定電流，最高25 A 。

③IP防護等級：等級由廠家指定。

④介電強度：測試點為接觸/接觸、接觸/地，電壓見標準的表7-29和7-30。

6）振動和沖擊測試

①模擬長壽命隨機振動試驗：量級見附錄B，接觸點按順序連接，監(jiān)控微觀損壞。

②沖擊：量級見附錄B 。

③隨機振動：量級見附錄B 。

7）抗流體測試：試劑類型為燃料、液壓油、液體潤滑劑、清潔產(chǎn)品、除冰液、滅火液、冷卻液和油脂，處理方式為浸泡或涂抹，一個試驗循環(huán)為三個階段，共進行5個循環(huán)。

8）抗屏蔽測試：主要為屏蔽測試和有效轉(zhuǎn)移阻抗，見標準的附錄B。

3.2 按照頻率分類

低頻連接器和高頻連接器的試驗項目基本相同，特別是機械、氣候環(huán)境試驗，但是由于高頻連接器工作頻率高，在結(jié)構(gòu)上要考慮高頻電場的泄漏、反射等問題，需要測試反射系數(shù)、分布電容、射頻分路電阻等特有的電磁兼容項目，其中電磁兼容項目不進行分析。

3.2.1 高頻電連接器

DIN 47275規(guī)定了高頻連接器的試驗方法[7]，主要測試項目如表3所示。

表2 原材料測試項目

表3 試驗項目及試驗條件：DIN 47275

3.2.2 低頻電連接器

EIA 364規(guī)定了低頻連接器的試驗方法[8]，測試項目主要分為目視檢查、機械測試、壽命測試、熱測試、氣候測試、密封測試和電學測試。具體試驗條件如下：

1）目視測試

①尺寸及目視檢測：目視檢測標志、工藝和完整性，測量尺寸。

②標記永久性：浸泡+刷涂三次，試劑一和二常溫，試劑三高溫63~70 ℃。

2）機械測試

①端子插入、釋放及拔出試驗：無速度要求，測試端子插入、釋放及拔出力。

②連接器插拔力試驗：以25.4 mm/min插入或拔出，記錄插入力和拔出力。

③端子保持力試驗

方法A：軸向以25.4 mm/min的速度施加力13.3 N保持6±1 s；

方法B：同方法A，但是移除后對觸針的位移進行測量；

方法C：以25.4 mm/min的速度施加力直至破壞。

④插入保持力試驗：軸向以69 kPa/s的載荷速度保持5~10 s，以液體壓力的形式施加載荷，測試插入保持力。

⑤電纜拔出力試驗

方法A：以89 N/min的速度在特定壓力下保持1 h，具體見EIA-364-38B，兩端固定；

方法B：方法同A，試驗過程中加100 mA電流監(jiān)測電流連接性。

⑥卷曲抗拉試驗：測量接線頭在25±6 mm/min拉伸下的拔出或破壞力

⑦電纜彎折試驗

方法Ⅰ（圓形線纜）：左右各180 °，頻率12~14個循環(huán)/min，共100個循環(huán)；

方法Ⅱ（扁平線纜）：左右各70 °，頻率10個循環(huán)/min，共500個循環(huán)，試驗過程中加100 mA電流監(jiān)測電流連接性。

⑧機械沖擊試驗：通電100 mA，半正弦或后峰鋸齒波，規(guī)定加速度及脈寬，3軸6向，18次。

⑨振動試驗：見標準的表7。

⑩加速度試驗：3軸6向，每個方向5 min，1 min達到指定加速度。

3）壽命測試

①電連接器和端子的耐久試驗：規(guī)定速度下的插拔耐久。

②模擬壽命試驗

以下均為一個循環(huán)的測試條件：

環(huán)境A（常用地區(qū)）：GroupⅠ溫度處理—插拔—GroupⅡ溫度處理—插拔；

環(huán)境B（重載荷環(huán)境）：GroupⅠ溫度處理—插拔—GroupⅡ溫度處理—插拔—GroupⅢ振動處理；

環(huán)境C（航空環(huán)境）：正常大氣壓降到（4.39±0.68）×103 Pa保持8 h—加壓到大氣壓力，氣體溫度（88± 3）℃，保持4 h，最后1 h振動；

環(huán)境D（海上環(huán)境）：（21±3）℃，50 %±5 %，保持10~1 h內(nèi)（49±3）℃，80 %±5 %保持10 h（最后0.5 h將樣品放入-55±3 ℃的環(huán)境中保持2 h）—浸入鹽水—恢復到室溫進行插拔；

環(huán)境E（水下環(huán)境）：GroupⅠ溫度處理—GroupⅡ浸入室溫特定壓力的鹽水—取出樣品空氣中干燥1h—插拔。

4）熱測試主要為溫升試驗。

方法1：通入規(guī)定的電流，測量記錄樣品的溫度；

方法2：通入4個持續(xù)增加的電流值，記錄10℃溫升的電流值，得出溫升與電流曲線；

方法3：增加電流值測量溫升值，持續(xù)增加電流，直至達到特定溫升，得出最大電流值；

方法4：非接觸式測量。

5）氣候測試

①低溫試驗：規(guī)定溫度（-65 ℃、-55 ℃、-40 ℃、-25 ℃、-10 ℃和+5 ℃）和時間（2 h、16 h、72 h、96 h、240 h、500 h和1 000 h）處理。

②濕熱試驗：主要為環(huán)境冷凝、穩(wěn)態(tài)濕度、循環(huán)溫濕度結(jié)合冷沖擊和振動、循環(huán)溫濕度結(jié)合冷沖擊、循環(huán)鋸齒溫濕度結(jié)合冷沖擊。

③溫度循環(huán)試驗：規(guī)定溫度（+15 ℃~+85 ℃、-15℃~ +85 ℃和0 ℃~ +100 ℃）、無特殊規(guī)定溫度變化速度為5 ℃/min和試驗循環(huán)（10、100、500、1 000、2 000和3 500）。

④溫度沖擊試驗溫度等級根據(jù)標準進行選擇，轉(zhuǎn)換時間依據(jù)樣品重量而定，循環(huán)次數(shù)為25、50或100。

⑤高度和低溫測試：50±5 ℃下干燥8h，-54 ℃樣品溫度穩(wěn)定后氣壓降到2 666 Pa，交流電625 V，60 Hz保持1 s，記錄擊穿情況。

⑥臭氧暴露試驗：臭氧濃度100~150 ppm處理2 h。

⑦鹽霧試驗：中性鹽霧連續(xù)噴霧規(guī)定時間后，在38 ℃干燥16 h。

⑧加電與不加電的溫度壽命試驗

方法A：不加載電流；

方法B：加載額定電流到規(guī)定溫度；

方法C：加直流電流到最大內(nèi)部溫度。

⑨混合氣體腐蝕：氣體類型為Cl2、SO2、H2S和NO2，暴露時間20天。

⑩防塵試驗：23±5 ℃，≤22 %，氣流速度9 m/ s±1 m/s，塵濃度11 g/m3±7 g/m3，保持6 h；63±5 ℃，氣流速度、塵濃度和保持時間同上。

6）密封測試

①氣密性試驗：放在規(guī)定壓力容器中檢查氣密性。

②氣密性試驗：將濃硝酸放在耐腐蝕箱子中15 min，將電連接器放入其中60 min±5 min，放在50℃的環(huán)境中1 h，測試接觸電阻。

③低氣壓浸水試驗5 min從101 KPa降到3.4 KPa保持30 min，1 min升到101 KPa保持30 min，循環(huán)3次。

④水壓試驗

方法A靜水壓測試：最大壓力110 MPa，壓力達到時間為5 min±30 s；

方法B循環(huán)水壓測試：循環(huán)25次，保持較短時間—循環(huán)次數(shù)1 000次，最大壓力下保持5 min±30 s—最大壓力下保持24 h±30 min。

7）電學測試

①電阻測試：輸出電源為1.5 V和1.0 A±0.1 A，測量電壓降。

②接觸電阻測試：規(guī)定電流下的電壓降測試。

③低水平接觸電阻試驗：100 mA，20 mV 。

④絕緣電阻：在兩根觸針或者外殼與相鄰觸針間加150 Vdc±10 %電壓。

⑤同軸耐壓試驗：500 V/s升高到指定電壓持續(xù)60 s，反向電流測試法；偏移補償法；交流電法。

⑥瞬斷試驗：測試通電連續(xù)性。

3 結(jié)論

軌道交通電連接器主要測試項目為幾何類、電氣類、機械類、環(huán)境類和壽命類測試。

根據(jù)電壓電流及頻率對軌道交通電連接器進行分類，主要為直流電壓≤500 V和交流電壓≤380 V的電連接器、電壓≤1 000 V，電流≤125 A的電連接器、高頻連接器和低頻連接器。

通過NF F61-030-1992、EN 50467-2011、IEC 61984 -2008、DIN 47275和EIA 364的標準分析，可知不同電壓電流的電連接器測試項目基本相同，只是輸入的電壓和電流有較大區(qū)別，低頻連接器和高頻連接器的試驗項目也基本相同，特別是機械和氣候環(huán)境試驗，但是由于高頻連接器工作頻率高，需要測試反射系數(shù)、分布電容、射頻分路電阻等特有的電磁兼容項目。

[1]張菊華. 國外電連接器可靠性試驗情況介紹[J]. 機電元件, 1988,

8(1)：35-41.

[2] 中 國 市 場 報 告 網(wǎng). 2015年版中國軌道交通連接器市場調(diào)研與發(fā)展趨勢預(yù)測報告[R].2015.

[3] EN 50467-2011, Railway applications - Rolling stock - Electrical connectors, requirements and test methods[S].

[4] NF F61-030-1992, Railway rolling stock - Electrical connectors -Generalities[S].

[5] EN 50467-2011, Railway applications - Rolling stock - Electrical connectors, require -ments and test methods[S].

[6] IEC 61984-2008, Connectors - Safety requirements and tests[S].

[7] DIN 47275, Radio-frequency connectors[S].

[8] EIA 364, Electronic components, assemblies & materials association[S].

袁海英（1988-），河北唐山人，碩士，從事環(huán)境與可靠性方面。

Standard Analysis on Test Method for Electric Connector in Rail Transit

YUAN Hai-ying, CHEN Ning, CHEN Li-qin
(Guangzhou GRG Metrology & Test Co., Ltd., Guangzhou 510656)

Due to the particularity of electric connector for rail transit, it not only needs to take strict measures in the design and process for improvement, but also needs to carry out check experiment. According to the current and voltage as well as the frequency, electric connectors of rail transit are classified. Combined with the standards NF F61-030-1992, EN 50467-2011, IEC 61984-2008, DIN 47275 and EIA 364, this paper analyzes the test items and conditions of electric connector. It provides a theoretical basis for electric connector for rail transit.

rolling stock; electric connector; high frequency; low frequency; environmental characteristics; mechanical characteristics; electrical characteristics

TN601

A

1004-7204（2016）06-0063-06