智能電力管廊傳感器環境適應性和防護等級試驗研究

龐瑩，王婷婷，劉鑫

（1.上海市質量監督檢驗技術研究院，上海 201114； 2.中國電器科學研究院股份有限公司，廣州 510663）

引言

隨著城市的發展，電力管廊逐漸取代了傳統的架空線路，成為城市的超級大動脈，帶來從內到外的活力[1]。電力管廊的投入迅速增長，使其維修難度加大[2]。為滿足城市電力電纜建設的需求，電力管廊監測系統得到大力發展[3-5]。起初，國內電纜的運行大都屬于粗放式管理模式，由于缺乏對電纜系統和隧道網絡的監控，很難得到設備運行的準確狀況，無法實現電纜網絡和路徑資源的有效管控，威脅電力電纜的安全運行[6,7]。因此，電力管廊監測系統建設刻不容緩。

智能傳感器的開發是電力管廊監測系統建設的重點之一。上世紀70年代開始，國外就已經對電力管廊監測進行分析和研究，并且許多發達國家都設置了監測電力電纜的系統試驗點[8]。我國在上世紀90年代才開始對電力管廊的在線監測系統進行研究，相比發達國家來說起步較晚。目前，智能電力管廊傳感器的生產廠家較多，但國內外尚無相關的技術參數標準，造成產品的質量參差不齊、市場混亂，電力管廊傳感器的基本性能、環境適應性能、抗電磁干擾性能、絕緣性能、防護等級等方面不能滿足技術要求。因此，要想推動智能電力管廊監測系統的健康發展，亟需對該系統內傳感器的關鍵技術進行研究。本文開展了智能電力管廊傳感器環境適應性試驗和防護等級試驗研究。

1 智能電力管廊監測系統

1.1 智能電力管廊傳感器

電力管廊系統內的傳感器類別有人體感應傳感器、有害氣體傳感器、氧氣傳感器、煙霧傳感器、燃氣體傳感器、位移傳感器、電纜運行狀態綜合傳感器、水位傳感器等。智能傳感器作為監測系統的終端裝置，具有數據處理、控制和通信功能。通過高頻局放、接地電流、隧道機器人等在線監測，對電力管廊本體狀態進行實時感知和分析診斷。通過水位、溫濕度、有毒有害氣體、結構沉降、井蓋監控和振動光纖等監測技術應用，對電力管廊內外部的環境進行實時監控。

1.2 系統的監測功能要求

系統的監測功能應滿足以下要求：

1）能對運行電纜及管廊的狀態量進行實時或周期性地采集和監測；

2）信號采集單元應具備狀態量自動采集、信號調理、模數轉換和數據的預處理功能，應具備定期發送、響應召喚、主動報送等數據傳輸方式。

2 環境適應性試驗

環境適應性是產品在壽命周期內，對規定的貯存、運輸及使用環境等因素的適應能力。通過環境試驗可以反映產品的設計、研制和選材等方面的環境適應性問題。高、低溫試驗是環境試驗的常規測試項目。

2.1 試驗樣品和設備

本文選用位移傳感器和人體感應傳感器進行高溫試驗和低溫試驗。試驗設備為可編程恒溫恒濕箱（EL-04KA）。試驗溫度見表1，每組試驗樣品數量為100個。

2.2 試驗步驟

2.2.1 高溫試驗驗證

按照GB/T 2423.2規定的試驗要求和試驗方法，將試驗樣品放入試驗箱中，然后分別將溫度調節到表1規定的高溫溫度60 ℃、70 ℃和80 ℃。當試驗樣品溫度達到穩定后在該條件下暴露16 h，然后對樣品進行測試。

2.2.2 低溫試驗驗證

按照GB/T 2423.1規定的試驗要求和試驗方法，將試驗樣品放入試驗箱中，然后分別將溫度調節到表1規定的低溫溫度-25 ℃、-40 ℃和-50 ℃。當試驗樣品溫度達到穩定后在該條件下暴露16 h，然后對樣品進行測試。

表1 考核適用溫度（單位為℃）

2.3 試驗過程

1）試驗前（如圖1）

圖1 試驗前的樣品

2）試驗中（如圖2）

圖2 試驗過程中

3）試驗后（如圖3）

圖3 試驗后的樣品

2.4 試驗結果

經測試，在高、低溫試驗后仍能正常工作的傳感器數量如圖4所示。

由圖4可以看出，經過60 ℃、70 ℃和80 ℃的高溫試驗后，仍能正常工作的位移傳感器和人體感應傳感器樣品數量分別為100、99、76和100、98、73。經過-25 ℃、-40 ℃、-50 ℃的低溫試驗后，仍能正常工作的位移傳感器和人體感應傳感器樣品數量分別為100、98、87和99、98、85。因此，由以上結果可以得出兩類傳感器能承受的高溫溫度為70 ℃，低溫溫度為-40 ℃。此結果可以為兩種傳感器的標準體系制定提供依據。

圖4 高、低溫試驗結果

3 防護等級試驗

隨著電子電氣產品的廣泛應用，生產企業對產品的外觀設計越來越看重。由于產品在使用過程中會受沙塵、雨水等外界環境影響，因此，在進行產品外觀設計時同時要考慮產品對外界環境的防護能力，外殼防護等級試驗研究變得尤為重要。

3.1 試驗樣品和設備

本文選用溫度傳感器進行防塵試驗和防水試驗研究，每組試驗樣品數量為50個。試驗設備包括沙塵試驗箱（WH-Sc800）、直徑1.0 mm試具和浸水箱。

3.2 試驗步驟

3.2.1 防塵試驗

按照GB 4208中規定的試驗要求和試驗方法進行。

3.2.2 防水試驗

按照GB 4208中規定的試驗要求和試驗方法進行。

3.3 試驗環境（見圖5、圖6）

圖5 防塵試驗環境

圖6 防水試驗環境

3.4 試驗結果

由圖7可以得到，經過防塵試驗，12個樣品目視檢查樣品內無灰塵進入（圖8（a）所示），且仍能正常工作；其余38個樣品有灰塵經外殼空隙進入，樣品在試驗后工作異常。防水試驗中，僅5個樣品目視檢查無水進入（圖8（b）所示），其余45個樣品外殼內均有進水且工作異常。因此，該類傳感器應在無塵無水的環境下工作，其外殼防護等級應符合IP68的要求。

圖7 防塵試驗和防水試驗結果

圖8 試驗后仍正常工作樣品圖片

4 總結

本文開展了智能電力管廊傳感器的環境適應性和防護等級試驗研究。對位移傳感器和人體感應傳感器開展了溫度試驗驗證，包括高溫試驗、低溫試驗。兩類傳感器能承受的高溫溫度為70 ℃，低溫溫度為-40 ℃。對溫度傳感器進行了防護等級試驗研究，包括防塵試驗和防水試驗，該傳感器的外殼防護應符合IP68的要求，即經防護等級試驗后，樣品內應無灰塵和水進入。本文的環境適應性和防護等級試驗的研究，不僅為智能電力管廊傳感器的標準體系建立提供了數據支撐，并為企業的產品設計、生產和應用提供重要的技術支持。