CAS214塑料外壳式断路器可靠性评价中国标准化协会.doc

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1、 中国标准化协会标准 CAS STANDARDS OF CHINA ASSOCIATION 214-2012 FOR STANDARDIZATION 塑料外壳式断路器可靠性评价 (征求意见稿) 2012-xx-xx 发布 索引号CAS 214-2012(C)该标准为中国标准化协会制定，其版权为中国标准化协会所有。除了 用于国家法律或事先得到中国标准化协会文字上的许可外，不许以任何形式再复制该标准。中国标准化协会地址：北京市海淀区增光路33号中国标协写字楼 邮政编码：100048 电话：68486206 68481778 传真：68485356网址：www.china-cas.org 电子信箱：

2、cas china-cas.org前 言中国标准化协会（CAS）是组织开展国内、国际标准化活动的全国性社会团体。制定中国标准化协会标准（以下简称：中国标协标准），满足企业需要，推动企业标准化工作，是中国标准化协会的工作内容之一。中国境内的团体和个人，均可提出制、修订中国标协标准的建议并参与有关工作。中国标协标准按中国标准化协会标准管理办法进行管理，按CAS 1.12001中国标准化协会标准结构及编写规则的规定编制。中国标协标准草案经向社会公开征求意见，并得到参加审定会议的75%以上的专家、成员的投票赞同，方可作为中国标协标准予以发布。使用中国标准化协会标准的单位，应按现行国家有关规定办理标准备

3、案，并对技术内容负责。本标准的附录A、附录B是资料性附录。本标准由中国标准化协会提出。本标准由中国标准化协会可靠性专业委员会归口。本标准为首次制定。在本标准实施过程中，如发现需要修改或补充之处，请将意见和有关资料寄给中国标准化协会，以便修订时参考。塑料外壳式断路器可靠性评价1 范围 本标准规定了塑料外壳式断路器（简称塑壳断路器）的可靠性等级、可靠性试验及可靠性评价方法。本标准适用于符合GB 14048.2-2008、交流50Hz（60 Hz）、额定电压不超过1 000V、额定电流250A及以下的塑壳断路器。额定电流250A以上的塑壳断路器的可靠性评价可参照本标准进行。2 规范性引用文件下列文件

4、对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB /T 2900.18-2008 电工术语 低压电器GB/T 3187-1994 可靠性、维修性术语GB/T 5080(所有部分) 设备可靠性试验(IEC60605，IDT)GB 14048.1-2006 低压开关设备和控制设备 第1部分：总则(IEC 60947-1：2001，IDT)GB 14048.2-2008 低压开关设备和控制设备 低压断路器（IEC 60947-2：2006，IDT）GB/Z 22074-2008 塑料外壳式断路器

5、可靠性试验方法CASXXX 低压电器可靠性评价 通则3 术语和定义、符号3.1 术语和定义GB14048.1-2006、GB14048.2-2008、GB/Z 22074-2008、GB/T5080、GB/T2900.18-2008、GB/T3187-1994、CASXXX确立的术语和定义适用，并补充下列术语和定义。3.1.1 可靠性等级 Grade of reliability 在规定的试验条件下，按产品可靠性特征量数值进行的分级。3.1.2 可靠性评价 Evaluating of reliability 在规定的试验条件下，根据可靠性试验结果，对产品可靠性等级的评定，并按规定的可靠性标志进

6、行标识。3.1.3成功率 Success ratio产品在规定的条件下完成规定功能的概率或在规定条件下试验成功的概率。3.1.4失效率 Failure rate产品工作到t时刻后的单位时间内发生失效的概率。3.1.5 定时或定数截尾试验方案 Time or failure curtailed test plan在试验期间，对试品进行连续地或短间隔地监测，若累积相关试验时间达到了预定的试验截尾时间，而相关失效数未达到预定的截尾失效数，则判为接收；若累积相关试验时间未达到预定的试验截尾时间，而相关失效数达到了预定的截尾失效数，则判为拒收。注：本标准中，有关可靠性量值的“时间”单位可用“次数”替代，

7、例如：累积相关试验次数、相关试验次数、截尾次数、截止次数和试验次数等。3.1.6 可靠性验证试验 Reliability verification test 为了验证产品的可靠性水平是否达到规定的可靠性等级所进行的试验。3.1.7相关失效（关联失效） Relevant failure在解释试验或工作结果或者计算可靠性量值时必须计入的失效。3.1.8相关试验时间 Relevant test time与试品相关失效数有关的用来验证可靠性要求或用来计算可靠性量值时的试验时间。3.1.9使用方风险Consumers risk当产品的真实失效率等于失效率等级的最大失效率时（或当产品的真实成功率等于不可接

8、收的成功率时），产品被接收的概率。3.2 符号本标准采用了下列符号：Ac 合格判定数（允许失效数），Ac=rc-1；In 额定电流；n 试品数；nf 成功率验证试验时的截尾次数（截尾时间）；nz 成功率验证试验时单台试品的截止次数（截止时间）；n 成功率验证试验时的累积相关试验次数（累积相关试验时间）；r 操作可靠性验证试验时的相关失效数；rc 截尾失效数；rd 成功率试验时的相关失效数；R1 不可接收的成功率；r1 拒动次数；r2 误动次数；T 操作可靠性验证试验时的累积相关试验时间（累积相关试验次数）；Tc 操作可靠性验证试验时的截尾时间（截尾次数）；tz 操作可靠性验证试验时单台试品的试

9、验截止时间（截止次数）；Uf 触头分断状态下触头间的电压；Uj 触头接通状态下其两引出端间的电压降； 使用方风险；max 规定失效率等级的最大失效率。4 可靠性等级塑壳断路器采用操作失效率、瞬动保护成功率和过载保护成功率作为其可靠性特征量，并按可靠性特征量数值划分塑壳断路器可靠性等级。4.1 操作可靠性等级按最大失效率的数值将操作可靠性划分为三个等级（一级、二级、三级），操作可靠性等级的名称及最大失效率见表1。4.2 瞬动保护可靠性等级按不可接收的成功率R1的数值将瞬动保护可靠性划分为三个等级（一级、二级、三级），瞬动保护可靠性等级的名称及R1的数值见表1。4.3 过载保护可靠性等级按不可接收

10、的成功率R1的数值将过载保护可靠性划分为三个等级（一级、二级、三级），过载保护可靠性等级的名称及R1的数值见表1。表1 断路器可靠性等级操作可靠性等级瞬动保护可靠性等级过载保护可靠性等级名称最大失效率max单位：(1/10次)名称不可接收的成功率R1名称不可接收的成功率R1一级310-4一级0.99一级0.96二级110-3二级0.97二级0.92三级310-3三级0.96三级0.905 可靠性试验5.1 试验条件5.1.1 试验环境条件a) 除非产品标准中另有规定，在室温下进行操作可靠性试验与瞬动保护可靠性试验，推荐在GB 14048.2-2008的试验条件下进行过载保护可靠性试验，即：周围

11、空气基准温度为：302；试品应在试验的大气条件中放置足够的时间（不少于8h）,以使试品达到热平衡；b) 试验环境应注意避免灰尘和其它污染。5.1.2 试品的安装条件在试验中，试品安装应符合以下要求：a) 试品应按产品标准规定的正常工作方式安装；b) 试品安装处的冲击和振动条件应符合产品标准的规定；c) 试品安装面与垂直面的倾斜度应符合产品标准的规定；d) 对于采用安装轨安装的产品，安装轨应符合有关安装轨的标准。5.1.3 试验电源试验电源应符合以下要求：a) 交流电源可采用频率为50Hz（60Hz）的正弦波电源，其频率允许偏差为5，波形畸变因数不大于5%；b) 直流电源可采用发电机、蓄电池电源

12、或稳压电源，若试验中不影响产品性能时，可以采用三相全波整流电源，但其纹波系数不大于5。5.1.4 试验激励条件5.1.4.1 操作可靠性试验进行操作可靠性试验时，每小时的操作循环次数可选为120次，在每个操作循环期间,断路器应保持闭合足够的时间，但不超过2s。5.1.4.2 瞬动保护可靠性试验进行断路器的瞬动保护可靠性试验时，应在其短路整定电流的80%和120%下对任意二极串联进行验证及每一相极通以脱扣电流（按制造厂提出的数据）单独进行验证，电流持续时间为0.2s。试验电流应无非对称分量。5.1.4.3 过载保护可靠性试验在基准温度下，电流整定值的1.05倍时，即在约定不脱扣电流时，脱扣器的各

13、相极同时通电，断路器从冷态开始，即断路器在基准温度下，施加约定不脱扣电流时至约定时间（约定时间：In63A时为2h，In63A时为1h）。此外，在约定时间结束后，立即使电流上升至电流整定值的1.30倍，即达到约定脱扣电流，施加最长时间为约定时间。如果制造厂申明脱扣器实质上与周围温度无关，则上述的约定不脱扣电流和约定脱扣电流将在制造厂公布的温度带内适用，允差范围在0.3%/K内。温度带的宽在基准温度的任何一侧应至少为10K。对于与周围空气温度有关的脱扣器，其动作特性应在基准温度（基准温度也可由制造厂规定）下进行验证，脱扣器所有相极都通电。如果本试验是在不同的周围空气温度下进行的，则应按制造厂的温

14、度/电流数据进行校正。5.2 试品的准备试验中所用试品，应是从在稳定的工艺条件下批量生产并经过出厂检验合格的产品中随机抽取，供抽样的产品数量应不小于试品数的10倍。5.3 试品的检测5.3.1 操作可靠性试验的检测5.3.1.1 试验前检测试验前先对试品进行开箱检测，检查试品的零部件有无运输引起的损坏、断裂，剔除零部件损坏、断裂的试品，并按规定补足试品数，剔除掉的试品不计入相关失效数内。5.3.1.2 试验中检测试验过程中要对断路器的操作可靠性进行监测。除非产品标准另有规定，应对试品的所有相极在试品每次操作循环的“闭合”期中间的40时间内与“断开”期中间的40时间内，监测每相极进出线端子间的电

15、压。监测电源可采用直流24V电源，监测电路电流可为1A，监测电路的负载可采用阻性负载。5.3.2 瞬动保护可靠性试验的检测5.3.2.1 试验前检测 按本标准5.3.1.1规定。5.3.2.2 试验中检测多极短路脱扣器的动作应对任意二极串联通以试验电流进行验证，但要对每个具有短路脱扣器的极作各种可能的组合（A、B极串联，B、C极串联，C、A极串联）进行验证。1) 当试验电流等于短路整定电流的80%时，在电流持续时间检测塑壳断路器的状态；2) 当试验电流等于短路整定电流的120%时，在电流持续时间检测塑壳断路器的状态。完成1)和2）的步骤为1次试验。其次，短路脱扣器的动作应对每一相极单独验证，脱

16、扣电流按制造厂提出的数值。每台试品瞬动保护可靠性试验共进行z次通短路整定电流的80%和短路整定电流的120%为1次，各进行z/6次，A极、B极及C极每一相极各进行z/6次。5.3.3 过载保护可靠性试验的检测5.3.3.1 试验前检测 按本标准5.3.1.1规定。5.3.3.2 试验中检测每次试验，试品从冷态开始通以1.05In电流（约定不脱扣电流）至约定时间的过程中检测塑壳断路器的状态，试品再通1.30In电流并检测断路器的状态。对于制造厂声明与周围空气温度无关的脱扣器，其动作特性应用两种测量法进行验证，一种是在302下进行，另一种是在202或在402下进行，脱扣器的所有相极都通电。该操作每

17、台试品进行次，对于制造厂声明与周围空气温度无关的脱扣器，每台试品在302下进行/2次，在202或在402下进行/2次。5.4 失效判据5.4.1 操作可靠性试验的失效判据在操作可靠性试验过程中，当某试品出现下列任意一种情况时，即认为该试品发生失效。a) 触头闭合状态下其相极接线端间的电压降Uj超过监测电源回路开路电压的10%；b) 触头断开状态下相极接线端间的电压Uf低于监测电源回路开路电压的90%；c) 触头发生熔接或其它形式的粘接；d) 断路器闭合操作时闭合不上；e) 断路器断开操作时不断开。5.4.2 瞬动保护可靠性试验的失效判据在瞬动保护可靠性试验中，当某试品出现以下任意一种情况时，即

18、认为该试品发生失效。a) 断路器的两极串联后通以其短路整定电流的120%的交流电流时，断路器的分断时间大于或等于0.2s。此时认为该试品发生拒动故障；b) 断路器的两极串联后通以其短路整定电流的80%的交流电流时，断路器分断时间小于0.2s。此时认为该试品发生误动故障；c).每一相极单独通以脱扣电流（按制造厂提出的数据）时，断路器的分断时间大于或等于0.2s。此时认为该试品发生拒动故障。5.4.3 过载保护可靠性试验的失效判据在过载保护可靠性试验中，当某试品出现以下任意一种情况时，即认为该试品发生失效。a) 断路器各极同时通以约定不脱扣电流时, 断路器在约定时间（63A时为2h，63A时为1h

19、）内动作，此时认为该试品发生误动故障;b) 断路器各极同时通以约定脱扣电流时, 断路器未在约定时间（63A时为2h，63A时为1h）内动作，此时认为该试品发生拒动故障。5.5 可靠性试验装置塑壳断路器可靠性试验装置应能满足以下要求：a) 能实现逐次监测；b) 当试品失效时，试验装置应自动停止该试品的试验、记录失效试品的编号及失效发生时的试验次数；c) 进行程序控制，并能正确按照操作循环的顺序进行。推荐采用微机进行控制、检测的可靠性试验装置（其原理框图如附录A所示），也可采用其它合适的试验检测装置。6 可靠性验证试验方案及试验程序6.1 可靠性验证试验方案a) 塑壳断路器的可靠性验证试验采用试验

20、室试验；b) 塑壳断路器的可靠性验证试验推荐采用定时或定数截尾试验；c) 塑壳断路器的可靠性验证试验的使用方风险均取为0.1。操作可靠性验证试验抽样方案见表2，瞬动保护可靠性验证试验抽样方案见表3，过载保护可靠性验证试验抽样方案见表4。表2 操作可靠性验证试验抽样方案（=0.1）单位为104次操作可靠性等级最大失效率lmax1/10次试验截尾次数TcAC=0AC=1AC=2AC=3AC=4AC=5AC=6一级310-47.6813.017.722.326.630.935.1二级110-32.303.895.326.687.999.2710.53三级310-30.771.301.772.232.

21、663.093.51 表3 瞬动保护可靠性验证试验抽样方案（=0.1）单位为次瞬动保护可靠性等级不可接收的成功率R1截尾次数nfAC=0AC=1AC=2AC=3AC=4AC=5AC=6一级0.992303885316677989261051二级0.9776129176221265308349三级0.965796132166198230262表4 过载保护可靠性验证试验抽样方案（=0.1）单位为次过载保护可靠性等级不可接收的成功率R1截尾次数nfAC=0AC=1AC=2AC=3AC=4AC=5AC=6一级0.965796132166198230262二级0.922848658298114130三

22、级0.902238526578911046.2 可靠性验证试验程序6.2.1 操作可靠性验证试验程序操作可靠性验证试验按下列程序进行：a) 选定产品的操作可靠性等级；b) 选定合格判定数AC和截尾失效数（=AC+1），推荐在25的范围内选择AC，不推荐选 AC=0；c) 根据选定的操作可靠性等级和AC，由表2查出试验截尾次数Tc；d) 选定试品的试验截止时间tz，tz应不超过产品标准中规定的机械寿命次数；e) 根据TC、AC、tz，由式（1）确定试品数n： （1）f) 从批量生产的合格产品中随机抽取n个试品，试品应符合5.2的规定；g) 按5.3.1的规定进行试验与检测；h) 统计相关失效数r

23、及各失效试品的相关试验次数（失效发生时间），对试验后检测出的相关失效试品，其相关试验次数按试验结束时的次数计算；i) 统计累积相关试验时间T；j) 试验结果判定：当相关失效数r未达到截尾失效数rc（即rAC）,而累积相关试验次数T达到或超过了截尾次数TC，则判为试验合格（接收）；当累积相关试验次数T未达到截尾次数TC，而相关失效数r达到或超过了截尾失效数rc（即rAC）,则判为试验不合格（拒收）。6.2.2 瞬动保护可靠性验证试验程序瞬动保护可靠性验证试验按下列程序进行：a) 选定产品的瞬动保护可靠性等级；b) 选定合格判定数AC和截尾失效数rc（rc=AC+1），推荐在25的范围内选择AC，

24、不推荐选择AC=0；c) 根据选定的瞬动保护可靠性等级和AC，由表3查出作接收判决时所要求的试验数nf；d) 选定试品的试验截止次数nz，推荐选nz=30次；e) 根据nf、nz及AC由式（2）确定试品数n： （2）f) 从批量生产的合格产品中随机抽取n个试品，试品应符合5.2的规定；g) 按5.3.2的规定进行试验与检测；统计所有试品相关失效数rd（rd= r1+ r2，式中r1为拒动次数，r2为误动次数）；h) 统计累积相关试验次数n；i) 试验结果判定：当累积试验次数n达到或超过了作接收判决时所要求的试验截尾次数nf，而总的相关失效数rd未达到截尾失效数rc（即rdAC）,则判为试验合格

25、（接收）；而总的相关失效数rd达到或超过截尾失效数rc（即rdAC）,则判为试验不合格（拒收）。6.2.3 过载保护可靠性验证试验程序过载保护可靠性验证试验按下列程序进行：a) 确定产品的成功率等级；b) 选定合格判定数和截尾失效数（=+1），推荐在25的范围内选择，不推荐选择=0；c) 根据选定的成功率等级和，由表4查出作接收判决时所要求的试验数；d) 选定试品的试验截止次数，推荐选=5次20次；e) 根据、及由式（3）确定试品数： （3）f) 从批量生产的合格产品中随机抽取n个试品，试品应符合5.2的规定；g) 按5.1.5.3的规定进行试验，按5.3.3进行检测，按5.4.3进行失效判断

26、；统计所有试品总失效次数（=+）;式中为拒动次数，为误动次数；h) 统计累积试验次数，统计时应注意，任一试品通以约定不脱扣电流至约定时间，之后立即将电流上升至约定脱扣电流，检测在约定时间内能否正常动作，上述循环试验应按1次进行累积； i) 试验结果判定： 当累积试验次数达到或超过了作接收判决时所要求的试验数，而总失败次数未达到截尾失效数（即）,则判为试验合格（接收）；而总失败次数达到或超过截尾失效数（即）,则判为试验不合格（拒收）。7 可靠性评价方法7.1 塑壳断路器的可靠性等级的综合评价方法 塑壳断路器可靠性评价根据上述可靠性验证试验的结果进行综合评定，见表5。表5 塑壳断路器可靠性等级的综

27、合评价表断路器可靠性等级的符号KKKKKK操作可靠性等级一级不低于二级不低于三级瞬动保护可靠性等级一级不低于二级一级不低于三级过载保护可靠性等级一级不低于二级三级不低于三级7.2 标志 标志由图形和可靠性等级的符号构成，标志的图形按CAS 213-2012“低压电器可靠性评价 通则”的规定，断路器可靠性等级的符号按本标准表5的规定。 标志的管理按CAS 213-2012“低压电器可靠性评价 通则”。8 试验记录应对每一台试品建立一份试验记录，并按先后顺序在试品失效后进行试验数据记录，记录内容为：a) 试品名称、型号、规格；b) 制造单位、生产日期；c) 试验日期和试品数；d) 试验环境条件；e

28、) 失效试品编号及相关试验次数；f) 失效现象；g) 失效分析与判断；h) 试验人员。推荐的试验报告格式见附录B。附录A （资料性附录）塑料外壳式断路器可靠性试验装置原理框图推荐的塑料外壳式断路器（简称塑壳断路器）可靠性试验装置的原理框图见图A.1、图A.2和图A.3。主 机打 印 机触头状态监测单元试验控制柜试品柜触 头断路器断路器操作机构配套阻性负载负载柜 图A.1 塑壳断路器操作可靠性试验装置原理框图触头状态监测单元断路器触 头配套阻性负 载主机断路器操作机构打印机 瞬动电流调节单元瞬动电流采样单元瞬动电流试验柜试验控制柜试品柜负载柜图A.2 塑壳断路器瞬动保护可靠性试验装置原理框图断路

29、器操作机构过载电流调节单元过载电流采样单元过载电流试验柜主 机打 印 机触头状态监测单元试验控制柜试品柜触 头断路器配套阻性负载负载柜图A.3 塑壳断路器过载保护可靠性试验装置原理框图附录B （资料性附录）试验报告推荐的试验报告格式见表B.1、表B.2和表B.3。表B.1 操作可靠性试验报告 文档编号：制造单位产品型号和规格生产日期试验地点试验日期 年 月 日 时至 年 月 日 时试品数n(台)产品标准试品基数(台)额定电流（A）温度(C)相对湿度(%)触头监测电源电压（V）监测电路负载性质监测电路电流（A）试验目的操作可靠性等级操作可靠性验证试验方案截止次数Tc（次）截尾失效数rc（次）试验

30、截止时间tz（次）序号失效产品序号相关试验次数（次）失效现象*失效原因*备注累积相关试验次数（次）相关失效数（次）试验结论试验人员 试验负责人 试验单位 （盖章） 年 月 日*失效现象是指：触头闭合和时触头断开时相极接线端间的电压超限。*失效原因是指：引起失效的原因，如手柄断、机构卡死、机构损坏、熔焊等。表B.2 瞬动保护可靠性试验报告 文档编号：制造单位产品型号和规格生产日期试验地点试验日期 年 月 日 时至 年 月 日 时试品数n(台)产品标准试品基数(台)额定电流（A）温度(C)相对湿度(%)脱扣整定电流（A）试验电流（A）试验电流施加时间（s）试验目的瞬动保护可靠性等级瞬动保护可靠性验

31、证试验方案截止次数Tc（次）截尾次数nf（次）截尾失效数rc（次）序号失效产品序号试验电流(A)相关试验次数（次）失效现象*失效原因*备注拒动次数r1（次）误动次数r2（次）相关失效数rd（次）累积相关试验次数n（次）试验结论试验人员 试验负责人 试验单位 （盖章） 年 月 日*失效现象是指：断路器的误动作或拒动作。*失效原因是指：断路器的分断时间值低于或超过规定值，或手柄断、机构卡死、机构损坏、熔焊等。表B.3 过载保护可靠性试验报告 文档编号：制造单位产品型号和规格生产日期试验地点试验日期 年 月 日 时至 年 月 日 时试品数n(台)产品标准试品基数(台)额定电流（A）温度(C)相对湿度

32、(%)脱扣器动作特性与周围空气温度有关与否试验电流（A）约定脱扣时间（s）试验目的过载保护可靠性等级过载保护可靠性验证试验方案截止次数Tc（次）截尾次数nf（次）截尾失效数rc（次）序号失效产品序号试验电流(A)相关试验次数（次）失效现象*失效原因*备注拒动次数r1（次）误动次数r2（次）相关失效数rd（次）累积相关试验次数n（次）试验结论试验人员 试验负责人 试验单位 （盖章） 年 月 日*失效现象是指：断路器的误动作或拒动作。*失效原因是指：断路器的脱扣时间低于或超过约定值，或手柄断、机构卡死、机构损坏、熔焊等。本标准起草工作组构成：负责起草单位：常熟开关制造有限公司（原常熟开关厂），中国电工技术学会电工产品可靠性研究会，中国标准化协会可靠性专业委员会。参加起草单位：河北工业大学、北京中标宇信质量与可靠性工程技术研究院、上海良信电器股份有限公司、杭州之江开关股份有限公司、环宇集团有限公司、厦门宏美电子有限公司、长城电器集团有限公司、苏州西门子电器有限公司、新会ABB低压开关有限公司、北京正北元电器有限公司。主要起草人：陆俭国、王炯华、陈志田。参加起草人：周建兴、李奎、贺晓辉、杜太行、卜浩民、张兰晶、王小传、朱虹、刘国兴、陈细金、周建兴、曾学礼、李磊、曹锦瑞、余朝友。ICS 29.120.70K33关键词：塑料外壳式断路器、可靠性、评价