智能電能表用符合開關(guān)（磁保持繼續(xù)電器）的工藝及質(zhì)量控制

華 雋姚艷霞

（1.國網(wǎng)河南省電力公司，河南 鄭州 450000；2.國網(wǎng)河南省電力公司漯河供電公司，河南 漯河 462000）

智能電能表用符合開關(guān)（磁保持繼續(xù)電器）的工藝及質(zhì)量控制

華 雋1姚艷霞2

（1.國網(wǎng)河南省電力公司，河南 鄭州 450000；2.國網(wǎng)河南省電力公司漯河供電公司，河南 漯河 462000）

目前，國家電網(wǎng)投入巨資開展智能電網(wǎng)建設(shè)。作為智能電網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能電能表是由傳統(tǒng)電能表逐步發(fā)展起來的，它在智能電網(wǎng)中是重要的智能終端。智能電能表的大量使用將會使智能電網(wǎng)的節(jié)能、高效、安全的性能得到更充分的體現(xiàn)。由于其多功能性尤其是費(fèi)控功能，對其負(fù)荷開關(guān)（磁保持繼電器）要求更高。本文重點(diǎn)闡述了智能電能表負(fù)荷開關(guān)的工藝及質(zhì)量控制。

智能電能表；負(fù)荷開關(guān)；控制

1 術(shù)語和定義

1.1 GB2900.17-1994《電工術(shù)語 電氣繼電器》中確立的術(shù)語和定義，術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.1 Latching relay。當(dāng)去除激勵(lì)量后，仍能以磁力（由硬磁或半硬磁材料產(chǎn)生）保持觸點(diǎn)狀態(tài)的一種雙穩(wěn)態(tài)繼電器，稱為負(fù)荷開關(guān)（磁保持繼電器）。

1.1.2 電子式電能表用 Latching relay for elemeters。專門用于電子式電能表，為其實(shí)施電能計(jì)量和用電控制的一種磁保持開關(guān)（通常為大功率繼電器）。

1.1.3 動(dòng)作電壓 Action voltage。負(fù)荷開關(guān)產(chǎn)生動(dòng)作狀態(tài)改變的激勵(lì)脈沖電壓。

1.2 智能電能表技術(shù)規(guī)范對負(fù)荷開關(guān)的要求。負(fù)荷開關(guān)（load swith）：用戶切斷和恢復(fù)用戶負(fù)載的電氣設(shè)備。負(fù)荷開關(guān)可采用內(nèi)置或外置方式，當(dāng)采用內(nèi)置負(fù)荷開關(guān)時(shí)，電能表最大電流不宜超過60A。采用內(nèi)置時(shí)，通、斷操作時(shí)應(yīng)有消弧措施（硬件或軟件），其出口回路應(yīng)有防誤動(dòng)作便于現(xiàn)場測試的安全措施。在通、斷上述電流的條件下，負(fù)荷開關(guān)的壽命不應(yīng)小于6000次，并且要能夠抵抗30倍、60倍等故障電流的沖擊，且不能引起爆炸、起火、不能對人體造成傷害。在電能表電壓線路施加參比電壓，電流線路通過1.2Imax的條件下，進(jìn)行10次開關(guān)通斷試驗(yàn)；試驗(yàn)后，電能表應(yīng)能正常工作；當(dāng)在電能表電壓線路上施加70%～120%的參比電壓時(shí)，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能正常工作。

2 規(guī)范性引用文件

下列文件中的有關(guān)條款通過引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡注日期或版次的引用文件，其后的任何修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版本都不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，但提倡使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方探討使用其最新版本的可能性。凡不注日期或版次的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB2900.17-1994《電工術(shù)語 電氣繼電器》；GB/T10232-1994電氣繼電器第7部分：有或無機(jī)電繼電器測試程序（idtIEC255-7：1991）；GB/T14598.1-2002電氣繼電器 電氣繼電器的觸點(diǎn)功能（idtIEC255-0-20：1974）； GB/T14598.3-2006電氣繼電器 第5部分：電氣繼電器的絕緣試驗(yàn)；GB/T2423.5-1995電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第二部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Ea和導(dǎo)則：沖擊（idtIEC60068-2-27：1987）；GB/T2423.10- 1995電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第二部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Fc和導(dǎo)則：振動(dòng)（正弦）（idtIEC60068-2-6：1982）；GB/T15464-1995 儀器儀表包裝通用技術(shù)條件；GB/T2828.1-2003/ISO2859-1∶1999計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)程序 第1部分：按接收質(zhì)量限（AQL）檢索的逐批檢驗(yàn)抽樣計(jì)劃；GB2829-87周期檢查計(jì)數(shù)抽樣程序及抽樣表（適用于生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的檢查）；GB/T6145-1999 錳銅、康銅精密電阻合金線、片及帶。

3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路

負(fù)荷開關(guān)的設(shè)計(jì)思路是：應(yīng)在保證達(dá)到國內(nèi)外同類 平的同時(shí)，為避免出現(xiàn)燒表、炸表 事故，增加產(chǎn)品的抗短路功能以提高客戶使用的安全性。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮繼電器的低溫升、低接觸電阻及抗短路的要求，從結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)出具有抗大電流沖擊能力的機(jī)械機(jī)構(gòu)、偏心設(shè)計(jì)使兩觸點(diǎn)接觸有搓動(dòng)，提高觸點(diǎn)的抗粘接能力，強(qiáng)、弱電之間的爬電距離必須≥8mm，才能有效提高負(fù)荷開關(guān)使用的安全性。

表1

4 工藝特點(diǎn)

好的負(fù)荷開關(guān)必須采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，金屬件應(yīng)使用高速沖床、精密模具生產(chǎn)，采用免清洗生產(chǎn)工藝，保證零件的一致性和穩(wěn)定性，采樣部分采用電子束焊接，此方法能夠有效降低溫升，保證取樣精度。采樣線端部鉚接端子，端子與錳銅采用點(diǎn)焊，能夠有效的保證取樣線的強(qiáng)度，保證取樣精確。

5 型式要求

5.1 觸點(diǎn)形式：單組

5.2 激勵(lì)線圈：單線圈或雙線圈

5.3 外觀與尺寸。（a）負(fù)荷開關(guān)的外觀尺寸應(yīng)符合國網(wǎng)智能電能表技術(shù)要求。（b）整體外觀良好，無物理缺陷。（c）負(fù)荷開關(guān)外殼應(yīng)使用絕緣、阻燃UL94-V0、耐高溫的環(huán)保型材料制作，RTI指數(shù)≥120℃。外殼應(yīng)耐腐蝕、抗老化、有足夠的硬度，外殼封蓋后應(yīng)結(jié)合緊密。（d）負(fù)荷開關(guān)附件要求符合具體圖紙要求（錳銅牌號以及機(jī)械尺寸，焊接方式，線纜長度，TA等）。（e）負(fù)荷開關(guān)的動(dòng)片和靜片延伸端子。（f）金屬引出端表面應(yīng)光亮、平整，鍍層均勻無銹蝕，可焊性良好；外部連接處應(yīng)牢靠，點(diǎn)焊處應(yīng)能承受50N拉力。銅絞股線截面積≥10mm2。

5.4 錳銅分流器

分流器材質(zhì)推薦采用合金牌號為6J13P或更優(yōu)的材料加工，應(yīng)符合GB/T6145- 1999標(biāo)準(zhǔn)。分流器尺寸和安裝應(yīng)符合具體貨號要求細(xì)則。分流器阻值應(yīng)符合具體貨號要求細(xì)則，阻值偏差≤±5%（推薦200μΩ 或300μΩ，具體根據(jù)電能表廠家要求）。錳銅片與采樣連接端子之間應(yīng)優(yōu)先采用電子束焊接，或者采用整體錳銅片。分流器銅支架應(yīng)優(yōu)先采用整體結(jié)構(gòu)（也可以采用釬焊焊接）。錳銅采樣線要求采用不同的顏色，和采樣端子之間宜采用點(diǎn)焊，要求焊接牢固可靠。

6 性能要求

6.1 電氣性能

6.1.1 切換能力

額定切換電流：90A（AC）。

額定切換電壓：250V（AV）。

最大切換功率：22500VA。

6.1.2 線圈。額定工作電壓值：9V （DC）12V（DC）。對負(fù)荷開關(guān)線圈施加70%額定動(dòng)作電壓（50ms的脈沖寬度）時(shí)，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能夠可靠動(dòng)作。負(fù)荷開關(guān)經(jīng)環(huán)境試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)及壽命試驗(yàn)后的動(dòng)作電壓值，應(yīng)不大于額定動(dòng)作電壓值。過載電壓：施加2倍額定電壓持續(xù)5s，負(fù)荷開關(guān)線圈不能損壞。線圈電阻：90A觸點(diǎn)容量負(fù)荷開關(guān)：54Ω（9VDC）；96Ω （12VDC）（如有特殊要求，可聯(lián)系繼電器廠家），電阻值允許偏差范圍為：±8%，繼電器簧片的機(jī)械老化（3000次）或繼電器廠家采用等效相對應(yīng)處理方法。

6.1.3 接觸電阻、按照6.2.2.3 規(guī)定測試方法測試。負(fù)荷開關(guān)觸點(diǎn)的接觸電阻額定值，應(yīng)符合表2規(guī)定。經(jīng)環(huán)境、壽命等試驗(yàn)后，負(fù)荷開關(guān)觸點(diǎn)的接觸電阻不應(yīng)大于額定值的1.5倍。

6.1.4 介質(zhì)耐壓。觸點(diǎn)（組）與線圈（組）引出端之間4.2kV；同組觸點(diǎn)（斷開狀態(tài)）引出端之間2kV；施加電壓持續(xù)時(shí)間：1min；負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能經(jīng)受規(guī)定條件的介質(zhì)耐壓試驗(yàn)，不允許有飛弧、閃絡(luò)或絕緣擊穿現(xiàn)象，漏電流不得大于0.5mA。

6.1.5 絕緣電阻。除另有規(guī)定，負(fù)荷開關(guān)所有絕緣介質(zhì)之間，在施加直流500V電壓時(shí)，絕緣電阻不小于1000MΩ。

6.2 環(huán)境適應(yīng)性

6.2.1 環(huán)境溫度（高溫、低溫）。規(guī)定的工作溫度范圍 -25℃～55℃。工作極限工作范圍 -40℃～70℃。貯存和運(yùn)輸極限溫度范圍 -40℃～125℃。負(fù)荷開關(guān)在最高使用溫度及最低使用溫度條件下，施加額定動(dòng)作電壓時(shí)，應(yīng)能正常動(dòng)作；絕緣電阻應(yīng)不小于100MΩ。接觸電阻應(yīng)不超原來規(guī)定值的1.5倍。

6.2.2 相對濕度。負(fù)荷開關(guān)經(jīng)6.2.3.3交變濕熱試驗(yàn)，常溫下放4小時(shí)后，施加額定動(dòng)作電壓時(shí)，應(yīng)能正常動(dòng)作；絕緣電阻應(yīng)不小于100MΩ。接觸電阻應(yīng)不超過原來規(guī)定值的1.5倍。

6.2.3 振動(dòng)。負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能經(jīng)受6.2.3.4規(guī)定條件的振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)后，應(yīng)無結(jié)構(gòu)松動(dòng)和機(jī)械損傷，絕緣電阻不小于100MΩ，接觸電阻應(yīng)不超過原來規(guī)定值的1.5倍。

6.2.4 沖擊。負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能經(jīng)受規(guī)定條件的沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)后，應(yīng)無結(jié)構(gòu)松動(dòng)和機(jī)械損傷，絕緣電阻不小于100MΩ，接觸電阻應(yīng)不超過原來規(guī)定值的1.5倍。

6.3 安全性

6.3.1 溫升。按照規(guī)定的條件進(jìn)行溫升試驗(yàn)，負(fù)荷開關(guān)觸點(diǎn)引出端的溫升不應(yīng)超過50K。試驗(yàn)后，應(yīng)無結(jié)構(gòu)松動(dòng)和機(jī)械形變，絕緣電阻不小于100MΩ，接觸電阻應(yīng)不超過原來規(guī)定值的1.5倍。

6.3.2 沖擊電壓。按照規(guī)定的條件進(jìn)行沖擊電壓試驗(yàn)，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能經(jīng)受6000V的沖擊電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)期間不應(yīng)出現(xiàn)破壞性放電（火花、閃絡(luò)或擊穿）。試驗(yàn)后，負(fù)荷開關(guān)仍能滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求。

6.3.3 過負(fù)載。（a） 負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能承受規(guī)定條件的過電流試驗(yàn)，試驗(yàn)后，觸點(diǎn)無粘住、焊死現(xiàn)象。（b） 負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能承受規(guī)定條件的30倍額定電流的短路電流試驗(yàn)，試驗(yàn)后，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能夠正常動(dòng)作，觸點(diǎn)無粘住、焊死現(xiàn)象。

6.3.4 負(fù)荷開關(guān)在承受60倍異常大電流沖擊時(shí)應(yīng)不發(fā)生爆炸。

6.4 壽命

電氣壽命：大于3000次（90A時(shí)）；大于6000次（60A時(shí)）。機(jī)械壽命：大于100000次。除另有規(guī)定外，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)在規(guī)定的條件下，動(dòng)作規(guī)定的次數(shù)。試驗(yàn)后，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)無結(jié)構(gòu)損壞；其介質(zhì)耐壓應(yīng)不低于初始值的 75%；絕緣電阻應(yīng)不小于100MΩ；接觸壓降應(yīng)不超過初始規(guī)定值的1.5倍。

7 主要電氣參數(shù)及質(zhì)量控制

負(fù)荷開關(guān)的主要電氣、機(jī)械性能檢測需按如下要求檢驗(yàn)，見表3。

7.1 動(dòng)作電壓測試

動(dòng)作電壓測試有兩種方法：方法一：線圈電壓從零開始，增加到繼電器的所有動(dòng)合觸點(diǎn)都轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)，測量這時(shí)的動(dòng)作電壓值（吸合值）；將電壓降至零，然后反向增加線圈電壓，直到動(dòng)合觸點(diǎn)復(fù)歸到原始狀態(tài)，測量此時(shí)的反向動(dòng)作電壓值（釋放值）。方法二（階躍函數(shù)法）：允許采用如下規(guī)定和圖1所示階躍函數(shù)電壓來測試動(dòng)作電壓值。繼電器線圈階躍施加規(guī)定的動(dòng)作電壓值，所有的動(dòng)合觸點(diǎn)都應(yīng)轉(zhuǎn)換到閉合位置（動(dòng)斷觸點(diǎn)情況相反）；轉(zhuǎn)換動(dòng)作電壓的極性（方向），則所有動(dòng)合觸點(diǎn)都應(yīng)復(fù)歸到原始位置（動(dòng)斷觸點(diǎn)情況相反）。當(dāng)有爭議時(shí)，應(yīng)以階躍函數(shù)法為準(zhǔn)。

7.2 接觸壓降（電阻）測試

測量類別：靜態(tài)；

測量點(diǎn)：閉合觸點(diǎn)引出端之間；

測量負(fù)載（阻性）：（a） 測接觸電阻；12 V/額定觸點(diǎn)電流。（b） 測接觸壓降：28 V/額定觸點(diǎn)電流。

表3

7.3 過負(fù)載試驗(yàn)

按照下列（a）、（b）、（c）、（d）四組試驗(yàn)條件，進(jìn)行過負(fù)載試驗(yàn)：（a）過負(fù)載電流為1.5倍額定電流，線圈以額定電壓激勵(lì)，動(dòng)作次數(shù)為100次，動(dòng)作頻率為（10+1）次每分。（b）過負(fù)載電流為1.2倍額定電流，通電1h，試驗(yàn)后，繼電器應(yīng)工作正常。（c）過負(fù)載電流為30倍額定電流，作用時(shí)間為10ms，作用3次，其間隔至少1min。試驗(yàn)后，額定電壓激勵(lì)繼電器可正常分?jǐn)?。（d）過負(fù)載電流為60倍額定電流，作用時(shí)間為10ms，作用3次，其間隔至少1min。試驗(yàn)后，繼電器不能出現(xiàn)起火、爆炸等現(xiàn)象。

8 材料及工藝要求

應(yīng)加強(qiáng)負(fù)荷開關(guān)質(zhì)量管理，選用有資質(zhì)的供貨商產(chǎn)品，并對負(fù)荷開關(guān)性能和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢測，在設(shè)計(jì)中保證內(nèi)置負(fù)荷開關(guān)的散熱間隙，嚴(yán)格防范運(yùn)行過程由于間隙放電導(dǎo)致高溫融化。

結(jié)語

近年來隨著微電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)以及空間技術(shù)的飛速發(fā)展，對負(fù)荷開關(guān)技術(shù)提出了新的要求，新工藝、新技術(shù)的發(fā)展無疑對負(fù)荷開關(guān)技術(shù)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。通訊技術(shù)的發(fā)展對負(fù)荷開關(guān)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。一方面是由于通訊技術(shù)的迅速發(fā)展使整個(gè)繼電器的應(yīng)用增加。新型特殊結(jié)構(gòu)材料、新分子材料、高性能復(fù)合材料、光電子材料，還有吸氧磁性材料、感溫磁性材料、非晶體軟磁材料的發(fā)展對研制新型具有重要的意義，并必將出現(xiàn)新原理、新效應(yīng)的繼電器。新技術(shù)的成群崛起，將促進(jìn)不同原理、不同性能、不同結(jié)構(gòu)和用途的各類競相發(fā)展。在科技進(jìn)步、需求牽引以及敏感、功能材料發(fā)展的推動(dòng)下，將成為市場發(fā)展的主流產(chǎn)品。

[1]秦世才，高清運(yùn).現(xiàn)代模擬集成電子學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

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