專利名稱：熔斷器壽命特征數(shù)據(jù)試驗與評估系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種熔斷器壽命特征數(shù)據(jù)評估系統(tǒng)。
背景技術：
熔斷器是一種過電流保護電器。使用時，將熔斷器串聯(lián)于被保護電路中，當 被保護電路的電流超過規(guī)定值，并經(jīng)過一定時間后，由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體， 使電路斷開，起到保護的作用。熔斷器廣泛應用于低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及用電設備 中，作為短路和過電流保護，是應用最普遍的保護器件之一。熔斷器在使用過程中，由于自身流過的電流及外界環(huán)境的影響，其不可避免的 發(fā)生老化降級，改變?nèi)蹟嗥鞯谋Ｗo特性曲線，影響其使用壽命。熔斷器主要由陶瓷或玻 璃、石英砂、及熔絲材料組成。陶瓷與玻璃均需經(jīng)高溫燒結，強度高、耐高溫、具有良 好的化學穩(wěn)定性與機械強度，不易老化，使用壽命在30年左右。石英砂是一種堅硬、耐 磨、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、化學性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分 是SiO2,使用壽命在30年左右。所以，熔斷器的壽命主要取決于熔體的狀態(tài)。熔體材料主要包括鉛、錫、鋅、銅、銀及相應的合金材料。鉛、錫、鋅熔化 溫度較低(327.4度、231.9度及419.5度)，熱導率小、電阻率大、尺寸大，常溫下蒸汽壓 較高，易老化、壽命短，熔斷時金屬蒸汽較多，不利于滅?。汇~、銀及其合金制成的熔 絲熔點較高(銅1083.4度，銀960度)、熱導率大、電阻率小、截面積小、相對來講不 易老化、壽命較長，熔斷時金屬蒸汽較少，有利于滅弧。熔斷器的熔體在通電條件下的主要老化機理就是金屬電遷移，即金屬中的離子 遷移，這種遷移會在局部區(qū)域發(fā)生質(zhì)量虧損而出現(xiàn)空洞，或產(chǎn)生質(zhì)量堆積而出現(xiàn)小丘或 凝固態(tài)毛刺，造成金屬缺陷，電阻增大，引發(fā)局部過熱，熔體溫度升高，高溫又會加速 金屬化電遷移的過程，使缺陷進一步增大，逐漸累積至發(fā)生熔體熔斷。金屬電遷移失效 中值時間的經(jīng)典公式為
其中A為材料相關的常數(shù)；J為電流密度；η為電流密度指數(shù)，其值取決于電 流密度J ； Ea為激活能；K為玻爾茲曼常數(shù)；T為絕對溫度?，F(xiàn)有熔斷器測試包括生產(chǎn)廠家對新熔斷器產(chǎn)品進行性能測試、型式試驗等；在 老化測試方面，主要針對電極接觸老化問題，并未考慮熔斷器壽命的主要決定因素-熔 體的老化問題。在熔斷器壽命評估方面更是鮮有研究報道，這也是導致了大量熔斷器超 齡服役的原因。因此，有必要對熔斷器進行壽命預測，評估熔斷器壽期內(nèi)主要壽命點的 特征數(shù)據(jù)，從而能夠制定更加合理的維修維護策略，從根本上解決熔斷器超齡服役的問 題。發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于提供一種能夠精確且全面地進行熔斷器壽命評估的系統(tǒng)及 評估方法。為達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案是一種熔斷器壽命特征數(shù)據(jù) 試驗與評估系統(tǒng)，它包括用于為多個相串聯(lián)的熔斷器形成的熔斷器組提供加速應力試驗 環(huán)境的試驗模塊、用于實時采集試驗模塊各種數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)采集模塊、接收所述的數(shù) 據(jù)采集模塊傳送的數(shù)據(jù)并進行分析與處理以得出熔斷器組在壽期內(nèi)主要壽命點的特征數(shù) 據(jù)的壽命評估模塊，所述的數(shù)據(jù)采集模塊采集的各種數(shù)據(jù)信息包括試驗電流、每個熔斷 器熔體達到選定冷態(tài)電阻值以及熔斷或試驗截止時的時間和對應的熔體溫度，所述的壽 命評估模塊根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算在加速應力下熔斷器達到各個選定冷態(tài)電阻值以及熔斷或 試驗截止時的綜合加速因子以及相應的平均運行時間，從而轉換為熔斷器在正常工作電 流條件下的主要壽命點特征數(shù)據(jù)。具體評估過程如下(a)、設定試驗截止條件以及預設多個選定冷態(tài)電阻值；(b)、給熔斷器組加正常工作電流，觀察熔斷器熔體溫度，待溫度達到穩(wěn)定后， 記錄熔體溫度；(C)、加試驗電流進行加速應力下試驗，并記錄試驗開始時間，所述試驗電流大 于額定電流小于熔斷器最小約定熔斷電流，直至加速應力試驗達到試驗截止條件，記錄 每個熔斷器熔體分別達到選定冷態(tài)電阻值以及熔斷或試驗截止時的時間和對應的熔體溫 度，從而計算針對各個選定冷態(tài)電阻值以及熔斷或試驗截止時的綜合加速因子；(d)、利用平均秩法計算出經(jīng)驗可靠性指標，通過作圖法進行直線擬合得到雙參 數(shù)威布爾分布模型的兩個參數(shù)，從而計算加速應力下達到各個選定冷態(tài)電阻值以及熔斷 或試驗截止時的平均運行時間；(e)、通過上述計算的各綜合加速因子及對應的平均運行時間將加速應力下的主 要壽命點特征數(shù)據(jù)轉化為熔斷器正常工作電流條件下的主要壽命點特征數(shù)據(jù)。由于上述技術方案的采用，本實用新型具有以下優(yōu)點由于熔斷器熔體在使用 過程中不可避免的存在電遷移老化，冷態(tài)電阻值會逐漸增大，熔體的運行溫度也會不斷 升高，本實用新型通過在加速應力環(huán)境下對熔斷器分階段設置冷態(tài)電阻值，對各熔斷器 到達相應冷態(tài)電阻值以及熔斷或試驗截止時的時間和對應的熔體溫度進行觀察記錄，并 進行統(tǒng)計計算，得到平均運行時間；同時計算各個階段的加速因子，從而保證熔斷器壽 命評估結果的逼真性，避免了熔斷器超齡服役的問題，確保電氣設備及線路的安全可靠 運行。

附圖1為本實用新型壽命試驗與評估系統(tǒng)實現(xiàn)原理圖；附圖2為冷態(tài)電阻達到0.068 Ω擬合曲線圖；附圖3為冷態(tài)電阻從0.089達到試驗截止條件下擬合曲線圖；其中1、試驗模塊；2、數(shù)據(jù)采集模塊；3、壽命評估模塊；4、顯示模塊； 5、存儲與打印模塊；6、鍵盤輸入模塊；具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型優(yōu)選的實施方式進行詳細說明如圖1所示，本實用新型熔斷器壽命特征數(shù)據(jù)試驗與評估系統(tǒng)主要由試驗模塊 1、數(shù)據(jù)采集模塊2、壽命評估模塊3、顯示模塊4、存儲與打印模塊5以及鍵盤輸入模塊 6組成，其中，試驗模塊1主要用于為待評估的多個相串聯(lián)的熔斷器形成的熔斷器組提供 模擬試驗環(huán)境，其主要由中央控制單元、電源單元、取樣單元、檢測與隔離單元、驅(qū)動 單元以及執(zhí)行單元組成，本實用新型中，試驗模塊1的優(yōu)選實施方式可參見本申請人在 先申請的申請?zhí)枮?01010003668.3的發(fā)明專利，同時，該試驗模塊1還具備自動檢測每 個熔斷器個體的通斷狀態(tài)，當出現(xiàn)某一熔斷器熔斷，通過短接該熔斷個體從而恢復其他 熔斷器的繼續(xù)供電。數(shù)據(jù)采集模塊2主要用于實時采集熔斷器壽命試驗模塊1的各種數(shù)據(jù)信息，包括 試驗電流、電位差、各個熔斷器當前的狀態(tài)(是否熔斷)、每個熔斷器熔體達到選定冷態(tài)電 阻值以及熔斷或試驗截止時的時間和對應的熔體溫度。其主要由數(shù)據(jù)采集卡、溫度傳感器 等及其相應的處理電路組成，其具體實現(xiàn)電路不是本實用新型發(fā)明要點，在此不再贅述。顯示模塊4的設置為了保證觀察的更直接，顯示的內(nèi)容包括試驗電流的大小、 各個熔斷器個體的編號、電位差、各個熔斷器的通斷狀況、每個熔斷器熔體達到選定冷 態(tài)電阻值以及熔斷或試驗截止時的時間和對應的熔體溫度，當壽命試驗截止時，還可顯 示該組熔斷器在壽期內(nèi)的主要壽命點的特征數(shù)據(jù)。存儲與打印模塊5能夠自動存儲與打印試驗電流的大小、各個熔斷器個體的編 號、電位差、各個熔斷器的通斷狀況、每個熔斷器熔體達到選定冷態(tài)電阻值以及熔斷或 試驗截止時的時間和對應的熔體溫度，當壽命試驗截止時，還可存儲并打印該組熔斷器 在壽期內(nèi)的主要壽命點的特征數(shù)據(jù)。鍵盤輸入模塊6用于向壽命評估模塊3輸入試驗電流設定值以及熔斷器熔體冷態(tài) 電阻選定值等。上述顯示模塊4、存儲與打印模塊5以及鍵盤輸入模塊6均可采用現(xiàn)有技術實 現(xiàn)，在此對其具體電路不再贅述。所述的壽命評估模塊3是基于金屬電遷移壽命模型而設計的，其對數(shù)據(jù)采集模 塊2提供的熔斷器組的壽命試驗數(shù)據(jù)進行分析與處理，以得出該組熔斷器在壽期內(nèi)主要 壽命點的特征數(shù)據(jù)。具體評估方法如下首先設定試驗截止條件，給熔斷器組加正常工作電流，待溫度達到穩(wěn)定后，通 過數(shù)據(jù)采集模塊采集熔絲溫度Tu并記錄；然后，通過試驗模塊1向熔斷器組增加電流應力(小于最小約定熔斷電流大于額 定電流)進行加速應力試驗，并記錄試驗開始時間，此電流為試驗電流，整個過程中， 試驗電流保持恒定值，待熔斷器溫度達到穩(wěn)定后，記錄試驗電流下的熔絲溫度Ts。隨著 加速試驗的進行，熔斷器的熔體逐漸老化，冷態(tài)電阻值會逐漸增大，熔體溫度會緩慢升 高，溫度升高后，熔體自身的冷態(tài)電阻值會進一步增大，直至熔體熔斷。因此，在不同 的階段，熔斷器的冷態(tài)電阻值是不同的，在整個試驗過程間隔設定j個冷態(tài)電阻值，定義 為選定冷態(tài)電阻值，不同的熔斷器到達各選定冷態(tài)電阻值的時間以及熔體溫度均有所不同，分別記錄下每個熔斷器達到相應冷態(tài)電阻值以及熔斷或試驗截止時的時間和對應的 熔體溫度。根據(jù)上述公式(1)可得到針對各個選定冷態(tài)電阻值的綜合加速因子AFm，以 及各熔體熔斷或試驗截止時的綜合加速因子AF#，分別為
權利要求1.一種熔斷器壽命特征數(shù)據(jù)試驗與評估系統(tǒng)，其特征在于它包括用于為多個相串 聯(lián)的熔斷器形成的熔斷器組提供加速應力試驗環(huán)境的試驗模塊、用于實時采集試驗模塊 各種數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)采集模塊、接收所述的數(shù)據(jù)采集模塊傳送的數(shù)據(jù)并進行分析與處理 以得出熔斷器組在壽期內(nèi)主要壽命點的特征數(shù)據(jù)的壽命評估模塊，所述的數(shù)據(jù)采集模塊 采集的各種數(shù)據(jù)信息包括試驗電流、每個熔斷器熔體達到選定冷態(tài)電阻值的時間和對應 的熔體溫度、各個熔斷器的熔斷時間，所述的壽命評估模塊根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算在加速應 力下熔斷器達到各個選定冷態(tài)電阻值的綜合加速因子以及相應的平均運行時間，從而轉 換為熔斷器在正常工作電流條件下的主要壽命點特征數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的熔斷器壽命特征數(shù)據(jù)試驗與評估系統(tǒng)，其特征在于它還 包括與壽命評估模塊輸出端相電連接的顯示模塊和存儲與打印模塊以及與所述的壽命評 估模塊輸入端相電連接的鍵盤輸入模塊。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的熔斷器壽命特征數(shù)據(jù)試驗與評估系統(tǒng)，其特征在于所 述的選定冷態(tài)電阻值為5 15個。
專利摘要本實用新型涉及一種熔斷器壽命特征數(shù)據(jù)試驗與評估系統(tǒng)，它包括試驗模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、壽命評估模塊、顯示模塊，所述的壽命評估模塊計算在加速應力下熔斷器達到各個選定冷態(tài)電阻值以及熔斷或試驗截止時的綜合加速因子以及相應的平均運行時間，從而轉換為熔斷器在正常工作電流條件下的壽命。本實用新型熔斷器評估系統(tǒng)通過對熔斷器分階段設置冷態(tài)電阻值，對各熔斷器到達相應冷態(tài)電阻值以及熔斷或試驗截止時的時間和對應的熔體溫度進行觀察記錄，并進行統(tǒng)計計算，得到平均運行時間；同時計算各個階段的加速因子，從而保證熔斷器壽命評估結果的逼真性，避免了熔斷器超齡服役的問題，確保電氣設備及線路的可靠安全運行。
文檔編號G01R31/07GK201804073SQ20102051552
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權日2010年7月5日
發(fā)明者姚建林, 施海寧, 石頡 申請人:中國廣東核電集團有限公司, 蘇州熱工研究院有限公司