轨道交通电连接器试验方法的标准分析

袁海英，陈 宁，陈利钦

（广州广电计量检测股份有限公司，广州 510656）

轨道交通电连接器试验方法的标准分析

袁海英，陈 宁，陈利钦

（广州广电计量检测股份有限公司，广州 510656）

由于轨道交通电连接器的特殊性，不仅需要在设计和工艺上采取严格的措施进行改进，还需要进行检查试验。根据电压电流及频率对轨道交通电连接器进行分类，并结合标准NF F61-030-1992、EN 50467-2011、IEC 61984-2008、DIN 47275和EIA 364对电连接器的测试项目及条件进行分析，对轨道交通电连接器形成了系统的指导。

轨道交通；电连接器；高频；低频；环境性能；机械性能；电气性能

引言

随着世界电子工业的发展，电连接器的应用范围越来越广，应用环境越来越复杂、使用条件越来越恶劣，随之对电连接器的质量和可靠性要求也越来越高[1]。而作为铁路领域的产品，轨道交通电连接器的标准要求比其他领域使用的连接器严苛。同时列车运行速度的提升、机车牵引力要求的提高以及城市轨道交通和高速动车的发展，对轨道交通连接器在环境、机械和电性能提出了更高的要求，因此具备高速度、高可靠性、高抗干扰性等优良性能的轨道交通连接器格外重要[2]。

为了保证和提高产品质量，不仅需要在设计和工艺上采取严格的措施进行改进，还需要进行检查试验。目前常用的轨道交通连接器国外标准为：①IEC 60512和IEC 61984国际电工委员会标准；②NF F61-030-1992和NF F01-510-1990法国标准；③EN 50467英国标准；④DIN 47275德国标准；⑤MIL-DTL-38999K和EIA-364美国标准。

1 轨道交通的电连接器在车辆上的位置

轨道交通的电连接器应用于地下产品和地上产品，图1和表1对轨道交通电连接器的位置和区域分类进行了定义[3]。

2 轨道交通电连接器的分类及试验方法

2.1 按照电压和电流分类

2.1.1 直流电压≤500 V和交流电压≤380 V的电连接器

NF F61-030-1992应用于圆柱形或矩形连接器，承受的操作电压低于或等于直流500 V和交流380 V[4]。它们主要应用于室内外车辆的操纵回路，控制回路和辅助回路，测试项目主要分为目视检查、电气测试、理化测试、机械测试和寿命测试。具体试验条件如下：

图1 连接器在车辆上的位置

表1 典型连接器在在车辆上的位置

1）目视检查

①检查标记及其牢度：在1 cm3的面积上施加5 N，每秒移动2次，移动10次。

②几何和主体检查：使用合适的测量工具进行尺寸核对和主体检查。

2）电气测试

①耐压：交流电压见标准中的表3，频率为45 ~ 60 Hz，波形接近正弦波，方法A和B电压持续时间和施加点不同。

②绝缘电阻：NF C 93-400测试3a方法A和B，测试电压见标准的表5。

③接触电阻：用直流或交流进行，根据电压降测试接触电阻。

④镶嵌电压降： 测量部位串联连接的导线在300 mm长度的芯线上。

⑤发热测试：NF C 93-400 5a，施加直流或交流电流，直到温度稳定。

3）理化测试

①湿热连续试验：在NF C 20-703的温度条件处理21天。

②温度快速变化：在NF C 20-714测试Na和在t1温度下持续1 h和1 h 30 min之间。

③腐蚀（盐雾）：在NF C 20-711的环境持续96 h。

④耐液体：柴油、矿物油、酸和碱，在规定温度下处理一定时间。

⑤耐火：NF F 16-101第6章。

⑥耐臭氧：NF T 46-019方法A，200/109的浓度下处理24 h。

4）机械测试

①耐冲击：正弦半波，峰值加速度30 g，持续时间18 ms，每个方向冲击6次。

②耐振动：NF F 60-002，两种振动方向。

③锁住试验：测试螺纹套圈圆柱形连接器的连接和分开力，锁住系统类型连接器的插进和拔出力。

④外罩中的绝缘体的持住：在垂直于连接器连接面的两个方向施加力量。

⑤绝缘上镶嵌触头的持住：触头纵轴两个相反面初始施加力2 N，最大力保持10 s。

⑥样板的持住（弹性触头）：在10 %的阴触头上连续插进3次。

⑦耐拉力（镶嵌连接）：速度25~50 mm/min，施力直到导线被拔出或断掉。

⑧电缆夹耐力（拉伸）：在插头一端1 m处施加拉力直到标准值，保持1 min。

⑨电缆夹耐力（扭曲）：插头一端0.5 m施加正反360 °的转动，保持1 min。

⑩电缆夹坚固（弯曲）：一个循环过程为插头一端1 m处，速度≤20 N/s，施加力逐渐增大直到最小半径R保持1min，再以90 °的增量绕水平轴转动，再按每个90 °的增量施加获得最小半径R的力，进行4个循环。

5）寿命测试

①机械寿命：速度≤5次/min，连接和分开500次。

②干热：100 ℃保持96 h。

3.2.2 电压≤1 000 V，电流≤125 A的电连接器

EN 50467-2011主要针对轨道交通的电连接器产品，应用于室内和室外轨道交通中单孔和多孔的连接器，电压达到1 000 V，电流达到125 A，频率≤3 MHz[5]。

IEC 61984-2008规定了电连接器安全评价技术要求、试验方法及判定，适用于额定电压大于50 V不超过1 000 V交流或直流，单个接触件的额定电流不超过125 A的连接器[6]。

EN 50467-2011增加了原材料测试项目(见表2）、F组：振动和冲击、G组：抗流体和H组：屏蔽性能。A组机械测试测试条件相同，但IEC 61984-2008标准中测试项目增加了A4接地措施，B组寿命测试中EN 50467-2011仅为IEC 61984-2008标准中的B1、B3和B6这三个项目，E组防护等级中EN 50467-2011增加了介电强度试验，原材料测试项目具体见表2。其他测试项目如下：

1）机械测试

①外观和尺寸检查：肉眼观察，工具测量。

②标记耐久性：肉眼观察。

③偏振：测试力为20 N或插入力的1.5倍。

④接地措施：在可能的测试位置人工进行插拔测试。

⑤互锁：最大插入距离内插入。

⑥焊端：目视检查焊端。

⑦插入时触点保持力：三次试验负荷，插拔力测试负载20 N。

⑧线缆的抗拉力测试和抗扭力测试：夹紧最大和最小的直径的电缆。

⑨机械强度冲击：适用于自由端连接器，跌落高度：750 mm（≤250 g），500 mm（>250 g），45°方向跌落，跌落8次。

2）寿命测试

①分断能力仅适用于分断能力的连接器（CBCs），额定电压条件，监控和指示分断能力的条件下电气操作，速度3～4次循环/min，插合分离速度0.8 m/s，保持2～4 s分断能力，操作循环次数按照制造商规范。

②机械操作：插合和分离速度0.01 m/s，在未插合状态停留30 s，操作循环次数按照制造商规范。

③弯曲试验适用于非可重复接线的连接器，额定电流和额定电压下，90°前后摆动，速度60次/min 。

3）热学测试

主要为温度上升，测试稳定温度即为上限温度。

4）气候测试

①低温：温度为-10 ℃、-25 ℃-40 ℃、-55 ℃，测试时间：2 h。

②干热：温度为70 ℃、85 ℃、100 ℃、125 ℃，测试时间：7天。

③混合气体腐蚀：测试1按照GB/T 5095 11 g，选择方法1或4，试验4天。EN 50467-2011盐雾测试或IEC 61984-2008二氧化硫测试：测试2：GB/T 9789的SO2试验，试验24 h。

5）防护等级

①电冲击防护：未封闭连接器，测试手指或直径50 mm的圆球，施加20 N，封闭连接器，测试手指施加20 N。

②接地接地电阻：开路电压≤12 V，1.5倍的额定电流，最高25 A 。

③IP防护等级：等级由厂家指定。

④介电强度：测试点为接触/接触、接触/地，电压见标准的表7-29和7-30。

6）振动和冲击测试

①模拟长寿命随机振动试验：量级见附录B，接触点按顺序连接，监控微观损坏。

②冲击：量级见附录B 。

③随机振动：量级见附录B 。

7）抗流体测试：试剂类型为燃料、液压油、液体润滑剂、清洁产品、除冰液、灭火液、冷却液和油脂，处理方式为浸泡或涂抹，一个试验循环为三个阶段，共进行5个循环。

8）抗屏蔽测试：主要为屏蔽测试和有效转移阻抗，见标准的附录B。

3.2 按照频率分类

低频连接器和高频连接器的试验项目基本相同，特别是机械、气候环境试验，但是由于高频连接器工作频率高，在结构上要考虑高频电场的泄漏、反射等问题，需要测试反射系数、分布电容、射频分路电阻等特有的电磁兼容项目，其中电磁兼容项目不进行分析。

3.2.1 高频电连接器

DIN 47275规定了高频连接器的试验方法[7]，主要测试项目如表3所示。

表2 原材料测试项目

表3 试验项目及试验条件：DIN 47275

3.2.2 低频电连接器

EIA 364规定了低频连接器的试验方法[8]，测试项目主要分为目视检查、机械测试、寿命测试、热测试、气候测试、密封测试和电学测试。具体试验条件如下：

1）目视测试

①尺寸及目视检测：目视检测标志、工艺和完整性，测量尺寸。

②标记永久性：浸泡+刷涂三次，试剂一和二常温，试剂三高温63~70 ℃。

2）机械测试

①端子插入、释放及拔出试验：无速度要求，测试端子插入、释放及拔出力。

②连接器插拔力试验：以25.4 mm/min插入或拔出，记录插入力和拔出力。

③端子保持力试验

方法A：轴向以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，但是移除后对触针的位移进行测量；

方法C：以25.4 mm/min的速度施加力直至破坏。

④插入保持力试验：轴向以69 kPa/s的载荷速度保持5~10 s，以液体压力的形式施加载荷，测试插入保持力。

⑤电缆拔出力试验

方法A：以89 N/min的速度在特定压力下保持1 h，具体见EIA-364-38B，两端固定；

方法B：方法同A，试验过程中加100 mA电流监测电流连接性。

⑥卷曲抗拉试验：测量接线头在25±6 mm/min拉伸下的拔出或破坏力

⑦电缆弯折试验

方法Ⅰ（圆形线缆）：左右各180 °，频率12~14个循环/min，共100个循环；

方法Ⅱ（扁平线缆）：左右各70 °，频率10个循环/min，共500个循环，试验过程中加100 mA电流监测电流连接性。

⑧机械冲击试验：通电100 mA，半正弦或后峰锯齿波，规定加速度及脉宽，3轴6向，18次。

⑨振动试验：见标准的表7。

⑩加速度试验：3轴6向，每个方向5 min，1 min达到指定加速度。

3）寿命测试

①电连接器和端子的耐久试验：规定速度下的插拔耐久。

②模拟寿命试验

以下均为一个循环的测试条件：

环境A（常用地区）：GroupⅠ温度处理—插拔—GroupⅡ温度处理—插拔；

环境B（重载荷环境）：GroupⅠ温度处理—插拔—GroupⅡ温度处理—插拔—GroupⅢ振动处理；

环境C（航空环境）：正常大气压降到（4.39±0.68）×103 Pa保持8 h—加压到大气压力，气体温度（88± 3）℃，保持4 h，最后1 h振动；

环境D（海上环境）：（21±3）℃，50 %±5 %，保持10~1 h内（49±3）℃，80 %±5 %保持10 h（最后0.5 h将样品放入-55±3 ℃的环境中保持2 h）—浸入盐水—恢复到室温进行插拔；

环境E（水下环境）：GroupⅠ温度处理—GroupⅡ浸入室温特定压力的盐水—取出样品空气中干燥1h—插拔。

4）热测试主要为温升试验。

方法1：通入规定的电流，测量记录样品的温度；

方法2：通入4个持续增加的电流值，记录10℃温升的电流值，得出温升与电流曲线；

方法3：增加电流值测量温升值，持续增加电流，直至达到特定温升，得出最大电流值；

方法4：非接触式测量。

5）气候测试

①低温试验：规定温度（-65 ℃、-55 ℃、-40 ℃、-25 ℃、-10 ℃和+5 ℃）和时间（2 h、16 h、72 h、96 h、240 h、500 h和1 000 h）处理。

②湿热试验：主要为环境冷凝、稳态湿度、循环温湿度结合冷冲击和振动、循环温湿度结合冷冲击、循环锯齿温湿度结合冷冲击。

③温度循环试验：规定温度（+15 ℃~+85 ℃、-15℃~ +85 ℃和0 ℃~ +100 ℃）、无特殊规定温度变化速度为5 ℃/min和试验循环（10、100、500、1 000、2 000和3 500）。

④温度冲击试验温度等级根据标准进行选择，转换时间依据样品重量而定，循环次数为25、50或100。

⑤高度和低温测试：50±5 ℃下干燥8h，-54 ℃样品温度稳定后气压降到2 666 Pa，交流电625 V，60 Hz保持1 s，记录击穿情况。

⑥臭氧暴露试验：臭氧浓度100~150 ppm处理2 h。

⑦盐雾试验：中性盐雾连续喷雾规定时间后，在38 ℃干燥16 h。

⑧加电与不加电的温度寿命试验

方法A：不加载电流；

方法B：加载额定电流到规定温度；

方法C：加直流电流到最大内部温度。

⑨混合气体腐蚀：气体类型为Cl2、SO2、H2S和NO2，暴露时间20天。

⑩防尘试验：23±5 ℃，≤22 %，气流速度9 m/ s±1 m/s，尘浓度11 g/m3±7 g/m3，保持6 h；63±5 ℃，气流速度、尘浓度和保持时间同上。

6）密封测试

①气密性试验：放在规定压力容器中检查气密性。

②气密性试验：将浓硝酸放在耐腐蚀箱子中15 min，将电连接器放入其中60 min±5 min，放在50℃的环境中1 h，测试接触电阻。

③低气压浸水试验5 min从101 KPa降到3.4 KPa保持30 min，1 min升到101 KPa保持30 min，循环3次。

④水压试验

方法A静水压测试：最大压力110 MPa，压力达到时间为5 min±30 s；

方法B循环水压测试：循环25次，保持较短时间—循环次数1 000次，最大压力下保持5 min±30 s—最大压力下保持24 h±30 min。

7）电学测试

①电阻测试：输出电源为1.5 V和1.0 A±0.1 A，测量电压降。

②接触电阻测试：规定电流下的电压降测试。

③低水平接触电阻试验：100 mA，20 mV 。

④绝缘电阻：在两根触针或者外壳与相邻触针间加150 Vdc±10 %电压。

⑤同轴耐压试验：500 V/s升高到指定电压持续60 s，反向电流测试法；偏移补偿法；交流电法。

⑥瞬断试验：测试通电连续性。

3 结论

轨道交通电连接器主要测试项目为几何类、电气类、机械类、环境类和寿命类测试。

根据电压电流及频率对轨道交通电连接器进行分类，主要为直流电压≤500 V和交流电压≤380 V的电连接器、电压≤1 000 V，电流≤125 A的电连接器、高频连接器和低频连接器。

通过NF F61-030-1992、EN 50467-2011、IEC 61984 -2008、DIN 47275和EIA 364的标准分析，可知不同电压电流的电连接器测试项目基本相同，只是输入的电压和电流有较大区别，低频连接器和高频连接器的试验项目也基本相同，特别是机械和气候环境试验，但是由于高频连接器工作频率高，需要测试反射系数、分布电容、射频分路电阻等特有的电磁兼容项目。

[1]张菊华. 国外电连接器可靠性试验情况介绍[J]. 机电元件, 1988,

8(1)：35-41.

[2] 中 国 市 场 报 告 网. 2015年版中国轨道交通连接器市场调研与发展趋势预测报告[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，硕士，从事环境与可靠性方面。

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