過載時電連接器升溫情況研究

徐斌

摘 要：本文通過具體試驗研究了5種電連接器在不同過負荷電流條件下的溫度上升情況，分析得出接觸片電阻過大引起電連接器溫度變化的規(guī)律，測出不同過載電流條件下電連接器接觸處的最大溫升，并對過載情況下電連接器發(fā)生火災(zāi)的危險指數(shù)進行分析。

關(guān)鍵詞：電連接器；過負荷；溫升；火災(zāi)

中圖分類號：TM503.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0061-02

Study on the Heating of Electrical Connector at Overload

XU Bin

Abstract： In this paper， the temperature rise of 5 kinds of electrical connectors under different overload current conditions was studied in this paper. The law of the change of the temperature of the electrical connector caused by the excessive resistance of the contact sheet was analyzed. The maximum temperature rise of the contact area of the electrical connector under different overload current conditions was measured， and the fire of the electrical connector in the case of overload was found. The risk index was analyzed.

Keywords： electrical connector；overload；temperature rise；fire

1 試驗概況

1.1 儀器與材料

220V交流電源、變壓器（0～250V）、鉗形電流表（DM6266）、可測溫數(shù)字萬用表（DM6801A）和銅導(dǎo)線若干。試驗所用電連接器為：①兩相PVC材料，10A額定電流；②三相PVC材料16A額定電流；③兩相尿素樹脂材料10A額定電流；④兩相尿素樹脂材料15A額定電流；⑤三相PVC材料10A額定電流[1]。

1.2 試驗過程

試驗電路通過220V交流電，電源自室內(nèi)低壓配電盤接入。變壓器的電壓可在0～250V連續(xù)調(diào)節(jié)，插座與兩股銅線連接，然后連接到變壓器的一端。用萬用表測量電連接器的接觸電阻，然后將電連接器端部連接到變壓器。調(diào)節(jié)好穩(wěn)壓器的電流，合上電閘開始試驗。

在試驗中，用鉗形電流計測量流經(jīng)電連接器的電流，利用測溫數(shù)字萬用表測量電連接器在不同過載電流下的溫度變化情況，每隔5min記錄一次。對于每個過載電流，當(dāng)溫度上升到某個數(shù)值后，10min內(nèi)仍然一直在較小溫度范圍內(nèi)波動，我們認為在試驗電流下，溫度不再改變，該溫度被認為是最高溫度。然后繼續(xù)增加電流，并使用相同的方法來測量該電流下的溫度上升值。在測量溫度時，數(shù)字萬用表的探頭測量電連接器的同一部位，并且在多次測量中不改變測量位置。

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 試驗結(jié)果

5個電連接器在不同過載電流條件下，電連接器的最高破壞溫度分別為351、409、205、454℃和471℃。電連接器溫升情況見圖1。

當(dāng)采用額定電流為16A的插頭插座時，在額定電流下，接觸電阻約為10Ω時，溫度便可達到約170℃。該溫度會使與插頭金屬片接觸的絕緣材料受熱變黃。當(dāng)接觸電阻達到約40Ω時，在額定電流下通電約15min會出現(xiàn)異味并伴有輕微的白煙，溫度達到200℃左右，約40min時發(fā)煙量增大，插頭絕緣材料破壞較為嚴重，此時溫度可達最高溫度約270℃。在接觸電阻為10.2Ω時，通過兩倍的額定電流，馬上會有白煙冒出，在短時間內(nèi)就能達到200℃以上，在10min時發(fā)煙量增大，刺激性氣味加重，約15min時絕緣材料炭化比較嚴重，導(dǎo)線絕緣皮受熱變形，溫度高達300左右。當(dāng)在接觸電阻為2.3Ω時，通過4倍額定電流，插頭會在幾分鐘內(nèi)嚴重破壞，絕緣材料炭化，導(dǎo)線絕緣皮熔化脫落。

通過上述試驗結(jié)果得出如下結(jié)論。

①在額定電流為10A和16A時，電流情況良好，電連接器的溫度不超過50℃。

②額定電流為10A的電連接器接觸電阻在10Ω以內(nèi)時，額定電流為16A的電連接器接觸電阻為1～2Ω時，會產(chǎn)生明顯的熱輻射，最高溫度可達100℃，在這種情況下發(fā)生火災(zāi)的危險性較小。

③當(dāng)額定電流為10A的電連接器接觸電阻達到100Ω，額定電流16A的電連接器接觸電阻為5～10Ω時，溫度開始迅速上升，到達160～200℃時保持穩(wěn)定，長時間會對PVC材料和銅線產(chǎn)生輕微的熱損傷。電連接器由于不能保持上升的溫度，火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險也很小。

④當(dāng)10A的插頭接觸電阻達到約180Ω，而16A插頭接觸電阻達到約40Ω時，在此條件下對插頭插座的破壞很明顯也很迅速，溫度上升很快。10A的插頭在接觸電阻為180Ω時，最高溫度可達300℃，16A的插頭在接觸電阻為40Ω時，最高溫度可達170℃，這樣的高溫可以在短時間內(nèi)引燃周圍的可燃物，具有較大的火災(zāi)危險性。

⑤當(dāng)接觸電阻過大、過載電流流經(jīng)共同作用時，在實際使用中破壞效果更為明顯。當(dāng)接觸電阻為1～2Ω時，10A的電連接器負載4倍過載電流和16A的電連接器負載2倍電流時，將對電連接器造成巨大損壞。當(dāng)接觸電阻大于10Ω時，電連接器將被負載2倍的過載電流破壞，并且造成短路。隨著時間的推移，可以產(chǎn)生高達300～500℃的高溫，一般會點燃大部分可燃物，發(fā)生火災(zāi)的危險性極大。

2.2 試驗結(jié)果分析

同一電連接器在增加電流的過程中，當(dāng)過載電流較低時（如額定電流的1.5倍），溫度曲線緩慢上升，加熱速率較慢，且溫度變化幅度小。對于較大的過載電流（如額定電流3倍），升溫曲線陡峭，加熱速度快，溫度變化幅度大。如果超過可燃物的著火點，就會在短時間內(nèi)引起火災(zāi)，如若不能及時撲滅最初的起火點，很有引發(fā)較為發(fā)生嚴重的火災(zāi)事故。

對于額定電流為10A的電連接器1、電連接器3和電連接器5，雖然額定電流是相同的，但溫度上升情況是不一樣的。電連接器1和電連接器3都是兩相，但絕緣材料是不同的。在相同的消防技術(shù)和產(chǎn)品信息負荷下，電連接器3的溫度略高于電連接器1，但當(dāng)最終損壞（即負載3.5倍）時，電連接器3的溫度低于電連接器1，大約為110℃。其原因可能是絕緣材料在電連接器3最終被破壞時吸收大量的熱量，因此溫度會低于電連接器1。電連接器5是三相接頭，其溫升比前兩個快，并且在負載2倍時被損壞，破壞最高溫度高于前兩個電連接器。

對于具有較高額定電流的電連接器2和電連接器4（16A和15A），最高溫度高于10A兩相的電連接器到幾十甚至上百度的溫度。當(dāng)電連接器在多個電流過載時，其溫度上升速度和最大可達到的溫度與額定電流有關(guān)。額定電流越高，溫度越高。此外，其還與電連接器的絕緣材料有關(guān)，當(dāng)絕緣材料熔化時，所需的熱量多的電連接器其穩(wěn)定狀態(tài)下的溫升較低。在兩種相同的條件下，三相電連接器升溫更快，且溫度高于兩相電連接器。

總結(jié)以上試驗結(jié)論，在額定電流的1.5倍下，電連接器的最高溫度約為100℃，特殊情況也不會超過100℃，可以認為負荷電流為額定電流的1.5倍時，電連接器因溫度升高也不會引起火災(zāi)。當(dāng)電路負載超過額定電流的2倍時，不同電連接器的最高溫度從幾十到幾百攝氏度不等，不同可燃物的點火點也不同，因此應(yīng)具體情況具體分析，但此時火災(zāi)的危險性增加。當(dāng)達到額定電流的3倍時，電連接器的溫度可達到300℃以上，達到或接近大多數(shù)可燃材料的著火點，如果存在蓄熱條件，則可以觸發(fā)火災(zāi)，且火災(zāi)發(fā)生的可能性非常高。

3 結(jié)論

通過對5個電連接器在不同過載電流條件下溫升情況進行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電路電流為額定電流的1.5倍時，不存在冒煙畸變等破壞情況，連接處的溫度在100℃左右時，火災(zāi)發(fā)生的可能性也很小。當(dāng)電路中的電流為額定電流的2倍時，損壞現(xiàn)象明顯，會發(fā)生冒煙、變形和碳化等現(xiàn)象。當(dāng)溫度為150～400℃時，火災(zāi)的危險性增加。當(dāng)電連接器中的電流超過額定電流的3倍時，電連接器的溫度可以達到200℃以上，損壞程度明顯加深，并且在通風(fēng)不良的情況下，引起火災(zāi)的可能性很大。

參考文獻：

[1]劉娟.電連接器步進應(yīng)力加速退化試驗技術(shù)的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2013.