GB∕T 25121.1-2018 轨道交通 机车车辆设备 电力电子电容器 第1部分：纸塑料薄膜电容器

ICS29.280GB/T25121.1—2018代替GB/T25121—2010轨道交通机车车辆设备(IEC61881-1:2010,MOD)国家市场监督管理总局GB/T25121.1—2018 I 12规范性引用文件 1 2 6 76过负载 7安全要求 9安装和应用导则 附录A(资料性附录)波形 附录B(规范性附录)在作为频率函数的正弦电压和最高温度(θmx)下电容器的运行限值 附录C(规范性附录)谐振频率的测量方法示例 IGB/T25121《轨道交通机车车辆设备电力电子电容器》分为3个部分：——第2部分：非固体电解质铝电解电容器；——第3部分：双电层电容器。本部分为GB/T25121的第1部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本部分代替GB/T25121—2010《轨道交通机车车辆设备电力电子电容器》,与GB/T25121———修改了标准范围(见第1章，2010年版的第1章);——修改了规范性引用文件的内容(见第2章，2010年版的第2章);时间常数”的术语和定义(见第3章);——修改了“海拔不超过1400m”为“海拔不超过2500m”(见4.1.1,2010年版的4.1.1);——修改了环境温度要求(见4.1.2,2010年版的4.1.2);——增加了特殊使用条件的详细内容(见4.2);——修改了型式试验内容，补充出厂试验内容同时也为型式试验项目(见5.2.5,表2,2010年版的 ——增加了出厂检验中电容量与tano的测量“对于毫法范围的电容器，准确度可有供需双方协商年版的5.5.1);——删除了“假如电压增加10%,持续时间可以减少到2s”的描述(见2010年版的5.5.1);——增加了“假如电压增加10%,持续时间可以减少到2s”的描述(见5.6.1);——修改了端子与外壳试验电压要求(见5.6.1,2010年版的5.6.1);——修改了对最大浪涌电流的限值，由原来的“Ites=1.4Is”调整为“Itest=1.1Is”(见5.9,2010年版——增加了热稳定性试验后电容器性能测量判据(见5.10.2);——增加了对交流滤波电容器的试验要求(见5.10.2,注3);——修改了自愈性试验例行试验电压和自愈性试验的内容(见5.11,2010年版的5.11);——修改了自愈性试验方法(见5.11,2010年版的5.11);——增加了环境试验的要求(见5.13.1);——修改了恒定湿热试验后电压试验内容(见5.13.2,2010年版的5.13.2);ⅡGB/T25121.1—2018——删除了表6所述内容(见2010年版的5.14);——增加了有特殊要求而无相应标准的电容器的试验条件(见5.14.3); 修改了耐久性试验内容(见5.15.2010年版的5.15):——修改了耐久性试验中初始电容量和损耗角正切中内容(见5.15.3,2010年版的5.15.2);——修改了1000次充放电的峰值电流(见5.15.3,2010年版的5.15.3);——修改了交流电容器试验电压1.25UN时试验步骤(见5.16.2,2010年版的5.16);方法，删除了破坏性的试验要求(见5.16.1的表7);——增加了对隔离金属化设计和特殊非隔离金属化设计容值的判定(见5.16.2);——增加了环境保护中标识的要求(见7.3);——增加了阻燃性能的试验要求(见7.4);——修改了安装时可能采取措施的方式(见9.3.2,2010年版的9.3.2);——修改了爬电距离和电气间隙的选择的内容，参照GB/T32350.1执行(见9.8,2010年版的2010年版的9.11);——增加了无保护电容器导则(见9.14);——删除了附录A,其他附录顺序依次调整(见2010年版的附录A)。本部分采用重新起草法修改采用IEC61881-1:2010《轨道交通机车车辆设备电力电子电容器本部分与IEC61881-1:2010相比存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线()进行标示。其主要技术性差异及其原因如下：——修改了范围，增加了标准规定的具体内容，根据GB/T3984,将“40Hz～24000Hz”改为“50kHz及以下运行”,明确不适用GB/T17702规定的轨道交通之外的电力电——删除了范围中本部分不适用第2部分、第3部分规定的电容器的说明，因标准名称已明确；●用修改采用国际标准的GB/T32347.1—2015代替IEC62498-1(见4.1.1);●用修改采用国际标准的GB/T4798.5—2007代替IEC60721-3-5(见4.1.2);●用等同采用国际标准的GB/T2423.3代替IEC60068-2-78(见5.13.2);●用等同采用国际标准的GB/T2423.22—2012代替IEC60068-2-14(见5.13.1);●用等同采用国际标准的GB/T2423.28代替IEC60068-2-20(见5.14.1);●用等同采用国际标准的GB/T2423.60代替IEC60068-2-21(见5.14.1);●用修改采用国际标准的GB/T21563代替IEC61373(见5.14.3);●用等同采用国际标准的GB/T●用等同采用国际标准的GB/T5169.5代替IEC60695-11-5(见7.4);●用等同采用国际标准的GB/T5169.11—2017代替IEC60695-2-11(见7.4);ⅢGB/T25121.1—2018了术语删除了3.7金属箔电容器(非自愈式)、3.8自愈式金属化电介质电容器、3.26.1持续工范围从-25℃~+40℃改为5K3,范围从—40℃~+40℃,符合我国的实际情况；“GB/T32347.1—2015轨道交通设备环境条件第1部分：机车车辆设备(IEC62498-1:2010,MOD)”;GB/T25121.1—2018——GB/T25121—2010。GB/T25121.1—2018——交流电动机及类似应用的电容器(见GB/T3667.1和GB/T3667.2):——电力供电网中抑制一种或多种谐波的电路中使用的电容器；——标称电压1000V以上交流电力系统用并联电容器(见GB/T11024.1——微波炉电容器(见GB/T18939.1);GB/T2423.3环境试验第2部分：试验方法试验Cab:恒定湿热试验(GB/T2423.3—2016,IEC60068-2-78:2012,IDT)2GB/T25121.1—2018GB/T2423.28电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验T:锡焊(GB/T2423.28—2005,IEC60068-2-20:1979,IDT)GB/T2423.60电子电工产品环境试验第2部分：试验方法试验U:引出端及整体安装件强度(GB/T2423.60—2008,IEC60068-2-21:2006,IDT)GB/T4798.5—2007电工电子产品应用环境条件第5部分：地面车辆使用(IEC60721-3-5:GB/T5169.5电工电子产品着火危险试验第5部分：试验火焰针焰试验方法装置、确认试验方法和导则(GB/T5169.5—2008,IEC60695-11-5:2004,IDT)GB/T5169.11—2017电工电子产品着火危险试验第11部分：灼热丝/热丝基本试验方法成品的灼热丝可燃性试验方法(IEC60695-2-11:2014,IDT)GB/T13539.1低压熔断器第1部分：基本要求(GB/T13539.1—2015,IEC60269-1:2009,IDT)GB/T21563轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验(GB/T21563—2018,IEC61373:2010,MOD)GB/T32347.1—2015轨道交通设备环境条件第1部分：机车车辆设备(IEC62498-1:2010,MOD)离(GB/T32350.1—2015,IEC62497-1:2010,MOD)3术语和定义3.13.3由电介质和被其隔开的两个电极构成的不可再分的部件。由一只或多只电容器元件组装于同一外壳中并有引出端子的组装体。电气上连接在一起的两只或多只电容器单元的组装体。3.4电容器和用来连网的附件的组合体。3.6电力电子设备中能在正弦及非正弦电流和电压下连续运行的电力电容器。3GB/T25121.1—2018交流电容器ACcapacitor设计用于交流电压下工作的电容器。注：交流电容器可在制造商规定的额定电压及以下的直流电压场合使用。3.8直流电容器DCcapacitor设计用于直流电压下工作的电容器。注：直流电容器可在制造商规定的交流电压场合使用。3.9在不降低电气、热和机械条件的严酷等级的条件下，在电气试验中模拟完整单元或元件的较小单元。3.10装在电容器内部的，当发生击穿时隔离一个或一组元件的器件。3.11安全器件safetydevices3.11.1设计用于因电容器失效导致内部压力异常增加时切断电流通路的电容器内部隔离器件。3.11.2过压力检测器overpressuredetector设计用于通过电气开关/信号检测内部压力异常增加并间接切断电流通道的器件。3.11.3通过设计使电介质上的部分金属镀层在局部短路或击穿的情况下被隔离，以便在损失微小电容量的情况下恢复其全部功能。3.11.4使电介质上的金属层通过一种方式成形，在电压低于U₈时能安全自愈，除微小电容量损失外，在运行中仍具有单元的全部功能。3.12可组装在电容器内部，当电容器与电源断开后，在给定时间内能够降低端子间电压接近零的器件3.13交流额定电压ratedACvoltageUN设计电容器时所采用的反转型波形、在任一极性下的最高工作峰值周期电压。注1:波形可能有多种形状，参见附录A给出的示例。注2:波形的平均值可能是正值或负值。注3:交流额定电压不是方均根值。注4:本部分所用的定义不同于GB/T21413.1。4GB/T25121.1—20183.14直流额定电压ratedDCvoltageUNDC设计电容器时，所采用的非反转型波形的任意极性的可连续工作的最高工作峰值电压。注1:用于门极关断晶闸管(GTO)的阻尼电容器可以看作纹波电压等于额定直流电压(Unpc=U₂)的直流电容器。注2:对反转电压，使用时应经用户与制造商协商确定。注3:如果反转电压较小(小于额定电压的10%),电压波形可认为没有反转。基于试验目的，Usoc和U:需增加反转电压U。3.15纹波电压ripplevoltageU₂单向电压的峰-峰的交流分量。3.16非周期性浪涌电压non-recurrentsurgevoltageU由切换或系统其他干扰所导致的峰值电压，此电压只允许持续比基本周期短的时间和出现有限的次数。3.17绝缘电压insulationvoltageU电容器端子对外壳或对地之间的绝缘设计的正弦波电压方均根值。如果不作规定，绝缘电压的方3.18最大峰值电流maximumpeakcurrentI在连续工作期间可能发生的最大重复电流的峰值。3.19连续运行时的最大方均根电流。3.20最大浪涌电流maximumsurgecurrent由于切换或系统其他干扰所导致的允许非重复的峰值电流，此电流只允许出现有限的次数3.21脉冲频率pulsefrequencyfp周期性电流脉冲的重复率。3.22电流脉冲宽度currentpulsewidthT电容器从一个电压值充电或放电到另一个电压值的过程中电流流过的时间。注：脉冲电流波形的示例参见附录A。5GB/T25121.1—20183.23f3.243.25在热平衡状态时电容器外壳最热点的温度。3.263.27在稳态条件下，两单元之间中间点测得的电容器最热位置的冷却空气的温度。如果所涉及的仅为一个单元，此温度则指在大约离电容器外壳0.1m和距其基底2/3高处所测得的空气温度。3.28电容器工作允许达到的外壳最高温度。3.29在恒定输出和恒定冷却空气温度下电容器达到的热平衡。3.30电容器损耗capacitorlosses电容器所消耗的有功功率。注：除非另有说明，电容器的损耗宜理解为包括作为电容器组成部分的熔丝和放电器件的损耗。在高频时，电容器的损耗主要为连接件、接触点和电极引起的损耗。3.31电容器损耗角正切tangentofthelossangleofacapacitortanồtanò=RcwC=tanòa+R,wC3.32R一个有效电阻，当它和所考核的电容器有相等电容量的理想电容器相串联时，在规定的运行条件6GB/T25121.1—20183.33串联电阻seriesresistanceR,在规定运行条件下电容器导体的有效欧姆电阻。3.34最大损耗功率maximumpowerloss在最高外壳温度条件下，电容器可承载的最大损耗功率。3.35最大损耗功率和最大电流时的最高频率maximumfrequencyformaximumpowerlossandmaxi-电容器在最大电流(Imax)时产生最大损耗功率(Pmax)时的频率。关于对f₂的解释见附录B。3.36电容器的等效串联电感equivalentseriesinductanceofacapacitor;ESL一个有效电感，它和所考核的电容器有相等电容量的理想电容器串联连接，一般由电容器结构决定。热平衡thermalequilibrium在电气条件和物理条件等不变的情况下电容器自身发热和散热达到平衡的状态。3.38热时间常数thermaltimeconstant在零负载状态下，电容器温度(一般指中心温度)从T₀变化到T₀+0.632T,所经历的时间。T₁——为电容器要达到的最终温度；T=T₁—To。4使用条件4.1正常使用条件不超过2500m(见GB/T32347.1—2015中G2.5级)。注：当海拔超过2500m,考虑海拔对于对流冷却和外部绝缘的影响。环境温度见GB/T4798.5—2007中5K3,范围从一40℃~+40℃。环境温度超出该范围，应由供需双方商定。如果用流体介质对电容器进行强迫冷却，应遵守4.1.2中规定的工作温度条件。应优先采用表1所提供的冷却液的温度。7入口温度℃出口温度℃冷却液的最低入口温度可以是—25℃。供需双方可以协商确定4.1要求以外的使用条件。如果存在该类特殊使用条件的则应将其告知给电容器制造商。特殊使用条件包括(但不限于):——非正常的机械冲击和振动；——在冷却空气中有腐蚀性或磨损性粒子；——非正常储存或运输温度；——非正常湿度(热带或亚热带地区);——快速的温度变化(超过5K/h)或湿度变化(超过5%/h)(见GB/T4798.5—2007中5K3);——使用区域海拔高于2500m;——超过第6章中给出的过电压限值；5质量要求和检验本条给出电容器的检验要求。除非对于特定的试验或测量另作规定，电容器电介质的温度应在+5℃~+35℃范围内。8GB/T25121.1—2018注：如果不赋能电容器在恒定的环境温度下经过足够的时间以达到热平衡状态，则可认为电介质温度与环境温度除非另有规定，交流试验和测量应在50Hz或60Hz正弦电压下进行。a)密封性试验(见5.8);b)外观检查(见5.14.2);c)端子间的电压试验(见5.5.2);d)端子与外壳间的电压试验(见5.6.1);e)电容量与tanò测量(见5.3);f)电容器放电器件试验(见5.7)。检验顺序如上所示。型式检验包括以下内容：a)端子间的电压试验(见5.5.3);b)端子与外壳间的电压试验(见5.6.2);c)浪涌放电试验(见5.9);d)自愈性试验(见5.11);e)环境试验(见5.13);f)机械试验(见5.14);g)热稳定试验(见5.10);h)电容器损耗角正切(tanò)测量(见5.4);i)电容器放电器件试验(见5.7);j)谐振频率测量(见5.12);k)局部放电测量(见5.18);1)端子间的耐久性试验(见5.15);m)熔丝的隔离试验(见5.17);n)破坏试验(见5.16)。型式检验是用来验证电容器设计的完善性及电容器在按本部分所详述的条件下运行的适应性。这些检验应在与合同具有相同设计要求的电容器上进行，或者按照更严格的要求所设计的电容器不要求全部型式检验都在同一只电容器试品上进行。9GB/T25121.1—2018制造商需要完成和客户达成一致的全部或部分型式检验和出厂检验。做这些重复试验的试品数量、验收准则以及是否允许发送这些单元中的任何一件，均应由供需双方商定并应在合同中加以说明。表2列出了电容器单元应进行的检验项目和检验类别。表2检验项目序号检验项目型式检验对应条款出厂检验对应条款1电容量与tano测量2电容器损耗角正切(tano)测量—3端子间的电压试验4端子与外壳间的交流电压试验5电容器放电器件的试验6密封性试验7浪涌放电试验8热稳定试验9自愈性试验谐振频率的测量环境试验机械试验一般检查5.14.25.14.2耐久性试验破坏试验—熔丝的断开试验局部放电测量电容量与tanò的测量应在制造商选择的电压和频率下进行。采用的测量方法应足以排除由于谐波或被测电容器外部附件(如测量电路中的电抗器和隔直电路)所引起的误差。应规定测量方法的准确度并满足以下要求：——对于电容量的测量，准确度应优于0.2%;——对tano的测量准确度应优于10%,但当测试频率在50Hz～60Hz时，准确度不必优于电容量测量应在端子间的电压试验(见5.5)之后进行。若无其他规定，所测得的电容量与额定电容量之差应在额定电容量的±5%范围之内。有关电容器损耗的要求可由供需双方协商确定。该测量应在热稳定性试验结束时进行，在50Hz～60Hz的频率范围内，为纹波5.4.2损耗要求按5.4.1所测得的tano不应超过制造商所规定的限值或由供需双方商定的限值。应按表3进行试验。交流电容器直流电容器所有类型非自愈式自愈式交流试验电压方均根值直流试验电压2.15UN2UNDC供需双方商定。对于直接接至电网的电容器，端子间的试验电压可根据供需双方达成的协议增加在规定的环境温度下，每只电容器应进行5.5.1任一试验电压(由制造商决定),持续时间为10s。GB/T25121.1—2018注3:该试验仅可重复进行一次。在放电试验之前和电压试验之后均应对电容量进行测量。测量值的变化量应低于相当于一个元件击穿或一个内部熔丝熔断的变化量。对于自愈式电容器，电容量的变化量应小于±1%。tanò——试验后的值；tanò。——试验前的值。Ites=1.1Is.(4)5.10热稳定性试验a)确定电容器在过载条件下的热稳定性；b)确定电容器能进行再现性损耗测量的条件。a)对于自然冷却，为供需双方商定给出的工作环境温度值加5℃;b)对于强迫冷却，为供需双方商定的出口冷却温度加5℃。在电容器的各个部位均达到冷却介质的温度后，电容器应能承受近似正弦波形的交流电压不少于48h。电流值应为1.1I在最后6h内，外壳靠近顶部的温度应至少测量4次。在此6h期间，温升增量不应超过1℃。试验前后应在5.1.2规定的温度范围内测量电容对于非自愈电容器，两次测量值的差值应小于相当于一个元件击穿或内部熔丝熔断情况下的变化值。对于自愈式电容器，电容量的变化量应小于士1%。该试验结束时，测量电容器损耗tanò(见5.4.1),采用式(35.11自愈性试验GB/T25121.1—2018谐振频率应在5.1.2中规定的温度范围进行测量，所用的方法应能使连接线和其他配件产生的测恒定湿热试验(见表4)应按照GB/T2423.3要求进行，用与电容器的工作位置类别一致的严酷试验温度℃试验相对湿度%持续时间d试验Cab试验CabGB/T25121.1—2018序号试验或测量性能试验要求1连接电缆与焊接连接件的拉伸强度GB/T2423.60Ual单只电容器重量(≥10N)2连接线的弯曲度Ubl弯曲次数：23焊接与扁插片的弯曲度Ub2对于连接导线与焊片弯曲次数：24轴向连接的扭转阻力Uc严酷等级25螺母与螺栓连接的扭矩Ud严酷等级26焊接连接件的可焊性与耐热性GB/T2423.28A号烙铁350℃GB/T25121.1—2018电容器类别试验步骤温度加电时间或放电次数直流试验温度室温试验温度试验温度室温试验温度交流(见注1)试验温度室温试验温度(见注1)试验温度室温试验温度注1:在试验中的条件可以不同于使用条件，例如所有的交流电容器采用50Hz或60Hz的频率。注2:如果外壳的温度超过θmax,可采用强迫通风液体槽冷却。注3:根据供需双方之间的协议，用于门极可关断晶闸管(GTO)的吸收电容器可以按交流电容器采用纹波电压(单方向的)U₄=U₁=(1.25或1.35)UN进行试验。GB/T25121.1—2018——具有内部熔丝的自愈式电容器宜进行该试验，而不宜进行5.17中的试验；单元类型安全系统主要用途试验条款自愈式交流直流b)过压力隔离器交流直流c)隔离或特殊的非隔离金属化设计直流/交流非自愈式交流直流交流2)如果熔断器未熔断或过压力检测器未动作，则仅使用开关K继续按c)和d)进行试验；3)如果电流表I指示为零，并且电压表U指示1.3UN,则中断该试验程序；4)如果电流表I指示值大于零，则按照b)、c)和d)项继续该试验程序。33RbKaACDCF图1破坏试验电路图自愈式电容器，其剩余电容量大于初始值的10%,可以采用新的样品进行试验，和/或可以增加试验电压和试验时间，或者该单元承受外部过压力，直至断路器或过压力检测器动作。此压力值应由制造商如果过压力检测器动作，按5.6进行电压试验；否则按5.5和5.6进行电压试验。在电容器接线端子上电压源N的短路电流宜大于5Imax熔断器的额定电流不应小于2Imx使用熔断器应符合GB/T13539.1的要求。注1:如果电容器单元与其他单元并联使用，则宜在给电压源N并联上相应的电容器后进行试验。注2:如果电容器单元太大或太小以致不能满足试验参数的要求，则宜按照供需双方之间的协议进行试验。注3:对于无保护的电容，爆炸的风险性与短路电流的持续时间有关。当制造商声明I²t时，用户可以给出一个理论信息以帮助设计者估计爆炸的风险性。试验应在同一电容器单元上进行。如制造商规定，可采用一个已通过耐久性试验的电容器。试验是通过内部高阻抗的直流电源来加速元件失效，然后施加叠加有交流分量的直流高电压或具有低内部当电容器的所有部位均已达到烘箱温度时，应采用图1所示电路按下列试验顺序进行，图中电源N为叠加有纹波电压(交流分量)的直流发生器。发生器N示例见图2。GB/T25121.1—2018d)然后开关K重新置于位置“a”,对试品电容器施加叠加的试验电压“N”持续5min,并记录电c)和d)进行试验；在电容器端子上电压源N的短路电流宜大于5Im。GB/T25121.1—2018图3直流电源N-类型2注1:如果电容器单元与其他单元并联使用，则宜在给电源N并联上相应的电容后进行试验。注2:图2中交流电压宜按照系统短路电流值大小选择。对于隔离金属化设计的或特殊非隔离金属化设计的自愈式电容器，可由供需双方商定其他方法来验证当电容量损失大于其90%时电容器的性能。5.17内部熔丝的隔离试验5.17.1概述本试验适用于装有内部电流熔丝的非自愈型电容器。熔丝与元件串联，如果元件出现故障，可用该熔丝来隔离。熔丝的电流和电压范围取决于电容器的设计，在某些情况下也取决于所连接的电容器组的设计。内部熔丝的熔断的主要因素包括：——与故障元件或单元并联的元件或单元的放电能量；——可达到的故障电流。5.17.2隔离要求当元件在电压范围内出现电击穿时，熔丝应能隔离故障的元件。在故障瞬间，单元接线端子之间的最低电压值为u₁,最高电压值为u₂。u₁和u₂的推荐值见式(6)、式(7)。u₁=0.8U.(6)u₂=U (7)根据表3选择试验电压U.。上述u₁和u₂的值是根据在元件电击穿瞬间可能出现在电容器单元端子之间的电压确定的。如果u1和u₂的值不同于上述值，用户宜予以规定。GB/T25121.1—2018注1:不需保证只刺破一个元件。GB/T25121.1—2018过电压在1d内的最大持续时间有载持续时间的30%系统调整系统调整系统调整系统调整可以耐受而不显著降低电容器寿命的过电压的幅值取决于它们的持续时间、施加次数和电容器的温度。另外，这些值是假定有些过电压可能是在电容器内部温度低于0℃但仍在温度类别之内时发生的。注：在电容器的寿命周期内，持续30ms的1.5UN过电压允许出现1000次。GB/T25121.1—2018——若按GB/T5169.11—2017要求，试验的温度应达到850℃,并按GB/T5169.11—2017第10——编号和制造日期(制造日期可以是编号的一部分或者以符号形式标出);——电容量Cn(μF):——电容偏差(%); (如有);GB/T25121.1—2018注1:电容器单元铭牌的位置宜由供需双方商定。电容器的安装位置应便于电容器损耗产生的热量能通过传导和辐射方式充分散发。GB/T25121.1—2018GB/T25121.1—2018a)电流支路中电阻和电感的分布偏差将影响GB/T25121.1—2018a)换流波形b)换相回路示例图A.1波形和电路d)阻尼电路示例图A.1(续)GB/T25121.1—2018GB/T