智能電能表用符合開關（磁保持繼續電器）的工藝及質量控制

華 雋姚艷霞

（1.國網河南省電力公司，河南 鄭州 450000；2.國網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（磁保持繼續電器）的工藝及質量控制

華 雋1姚艷霞2

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

目前，國家電網投入巨資開展智能電網建設。作為智能電網建設關鍵環節的智能電能表是由傳統電能表逐步發展起來的，它在智能電網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的節能、高效、安全的性能得到更充分的體現。由于其多功能性尤其是費控功能，對其負荷開關（磁保持繼電器）要求更高。本文重點闡述了智能電能表負荷開關的工藝及質量控制。

智能電能表；負荷開關；控制

1 術語和定義

1.1 GB2900.17-1994《電工術語 電氣繼電器》中確立的術語和定義，術語和定義適用于本標準。

1.1.1 Latching relay。當去除激勵量后，仍能以磁力（由硬磁或半硬磁材料產生）保持觸點狀態的一種雙穩態繼電器，稱為負荷開關（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，為其實施電能計量和用電控制的一種磁保持開關（通常為大功率繼電器）。

1.1.3 動作電壓 Action voltage。負荷開關產生動作狀態改變的激勵脈沖電壓。

1.2 智能電能表技術規范對負荷開關的要求。負荷開關（load swith）：用戶切斷和恢復用戶負載的電氣設備。負荷開關可采用內置或外置方式，當采用內置負荷開關時，電能表最大電流不宜超過60A。采用內置時，通、斷操作時應有消弧措施（硬件或軟件），其出口回路應有防誤動作便于現場測試的安全措施。在通、斷上述電流的條件下，負荷開關的壽命不應小于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，進行10次開關通斷試驗；試驗后，電能表應能正常工作；當在電能表電壓線路上施加70%～120%的參比電壓時，負荷開關應能正常工作。

2 規范性引用文件

下列文件中的有關條款通過引用而成為本標準的條款。凡注日期或版次的引用文件，其后的任何修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版本都不適用于本標準，但提倡使用本標準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準。GB2900.17-1994《電工術語 電氣繼電器》；GB/T10232-1994電氣繼電器第7部分：有或無機電繼電器測試程序（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；GB/T2423.5-1995電工電子產品環境試驗 第二部分：試驗方法 試驗Ea和導則：沖擊（idtIEC60068-2-27：1987）；GB/T2423.10- 1995電工電子產品環境試驗第二部分：試驗方法 試驗Fc和導則：振動（正弦）（idtIEC60068-2-6：1982）；GB/T15464-1995 儀器儀表包裝通用技術條件；GB/T2828.1-2003/ISO2859-1∶1999計數抽樣檢驗程序 第1部分：按接收質量限（AQL）檢索的逐批檢驗抽樣計劃；GB2829-87周期檢查計數抽樣程序及抽樣表（適用于生產過程穩定性的檢查）；GB/T6145-1999 錳銅、康銅精密電阻合金線、片及帶。

3 產品設計思路

負荷開關的設計思路是：應在保證達到國內外同類 平的同時，為避免出現燒表、炸表 事故，增加產品的抗短路功能以提高客戶使用的安全性。在設計時，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，從結構上設計出具有抗大電流沖擊能力的機械機構、偏心設計使兩觸點接觸有搓動，提高觸點的抗粘接能力，強、弱電之間的爬電距離必須≥8mm，才能有效提高負荷開關使用的安全性。

表1

4 工藝特點

好的負荷開關必須采用先進的生產工藝，金屬件應使用高速沖床、精密模具生產，采用免清洗生產工藝，保證零件的一致性和穩定性，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，端子與錳銅采用點焊，能夠有效的保證取樣線的強度，保證取樣精確。

5 型式要求

5.1 觸點形式：單組

5.2 激勵線圈：單線圈或雙線圈

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

5.4 錳銅分流器

分流器材質推薦采用合金牌號為6J13P或更優的材料加工，應符合GB/T6145- 1999標準。分流器尺寸和安裝應符合具體貨號要求細則。分流器阻值應符合具體貨號要求細則，阻值偏差≤±5%（推薦200μΩ 或300μΩ，具體根據電能表廠家要求）。錳銅片與采樣連接端子之間應優先采用電子束焊接，或者采用整體錳銅片。分流器銅支架應優先采用整體結構（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）。對負荷開關線圈施加70%額定動作電壓（50ms的脈沖寬度）時，負荷開關應能夠可靠動作。負荷開關經環境試驗、安全性試驗及壽命試驗后的動作電壓值，應不大于額定動作電壓值。過載電壓：施加2倍額定電壓持續5s，負荷開關線圈不能損壞。線圈電阻：90A觸點容量負荷開關：54Ω（9VDC）；96Ω （12VDC）（如有特殊要求，可聯系繼電器廠家），電阻值允許偏差范圍為：±8%，繼電器簧片的機械老化（3000次）或繼電器廠家采用等效相對應處理方法。

6.1.3 接觸電阻、按照6.2.2.3 規定測試方法測試。負荷開關觸點的接觸電阻額定值，應符合表2規定。經環境、壽命等試驗后，負荷開關觸點的接觸電阻不應大于額定值的1.5倍。

6.1.4 介質耐壓。觸點（組）與線圈（組）引出端之間4.2kV；同組觸點（斷開狀態）引出端之間2kV；施加電壓持續時間：1min；負荷開關應能經受規定條件的介質耐壓試驗，不允許有飛弧、閃絡或絕緣擊穿現象，漏電流不得大于0.5mA。

6.1.5 絕緣電阻。除另有規定，負荷開關所有絕緣介質之間，在施加直流500V電壓時，絕緣電阻不小于1000MΩ。

6.2 環境適應性

6.2.1 環境溫度（高溫、低溫）。規定的工作溫度范圍 -25℃～55℃。工作極限工作范圍 -40℃～70℃。貯存和運輸極限溫度范圍 -40℃～125℃。負荷開關在最高使用溫度及最低使用溫度條件下，施加額定動作電壓時，應能正常動作；絕緣電阻應不小于100MΩ。接觸電阻應不超原來規定值的1.5倍。

6.2.2 相對濕度。負荷開關經6.2.3.3交變濕熱試驗，常溫下放4小時后，施加額定動作電壓時，應能正常動作；絕緣電阻應不小于100MΩ。接觸電阻應不超過原來規定值的1.5倍。

6.2.3 振動。負荷開關應能經受6.2.3.4規定條件的振動試驗，試驗后，應無結構松動和機械損傷，絕緣電阻不小于100MΩ，接觸電阻應不超過原來規定值的1.5倍。

6.2.4 沖擊。負荷開關應能經受規定條件的沖擊試驗，試驗后，應無結構松動和機械損傷，絕緣電阻不小于100MΩ，接觸電阻應不超過原來規定值的1.5倍。

6.3 安全性

6.3.1 溫升。按照規定的條件進行溫升試驗，負荷開關觸點引出端的溫升不應超過50K。試驗后，應無結構松動和機械形變，絕緣電阻不小于100MΩ，接觸電阻應不超過原來規定值的1.5倍。

6.3.2 沖擊電壓。按照規定的條件進行沖擊電壓試驗，負荷開關應能經受6000V的沖擊電壓試驗，試驗期間不應出現破壞性放電（火花、閃絡或擊穿）。試驗后，負荷開關仍能滿足各項指標要求。

6.3.3 過負載。（a） 負荷開關應能承受規定條件的過電流試驗，試驗后，觸點無粘住、焊死現象。（b） 負荷開關應能承受規定條件的30倍額定電流的短路電流試驗，試驗后，負荷開關應能夠正常動作，觸點無粘住、焊死現象。

6.3.4 負荷開關在承受60倍異常大電流沖擊時應不發生爆炸。

6.4 壽命

電氣壽命：大于3000次（90A時）；大于6000次（60A時）。機械壽命：大于100000次。除另有規定外，負荷開關應在規定的條件下，動作規定的次數。試驗后，負荷開關應無結構損壞；其介質耐壓應不低于初始值的 75%；絕緣電阻應不小于100MΩ；接觸壓降應不超過初始規定值的1.5倍。

7 主要電氣參數及質量控制

負荷開關的主要電氣、機械性能檢測需按如下要求檢驗，見表3。

7.1 動作電壓測試

動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合觸點都轉換到閉合狀態，測量這時的動作電壓值（吸合值）；將電壓降至零，然后反向增加線圈電壓，直到動合觸點復歸到原始狀態，測量此時的反向動作電壓值（釋放值）。方法二（階躍函數法）：允許采用如下規定和圖1所示階躍函數電壓來測試動作電壓值。繼電器線圈階躍施加規定的動作電壓值，所有的動合觸點都應轉換到閉合位置（動斷觸點情況相反）；轉換動作電壓的極性（方向），則所有動合觸點都應復歸到原始位置（動斷觸點情況相反）。當有爭議時，應以階躍函數法為準。

7.2 接觸壓降（電阻）測試

測量類別：靜態；

測量點：閉合觸點引出端之間；

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

表3

7.3 過負載試驗

按照下列（a）、（b）、（c）、（d）四組試驗條件，進行過負載試驗：（a）過負載電流為1.5倍額定電流，線圈以額定電壓激勵，動作次數為100次，動作頻率為（10+1）次每分。（b）過負載電流為1.2倍額定電流，通電1h，試驗后，繼電器應工作正常。（c）過負載電流為30倍額定電流，作用時間為10ms，作用3次，其間隔至少1min。試驗后，額定電壓激勵繼電器可正常分斷。（d）過負載電流為60倍額定電流，作用時間為10ms，作用3次，其間隔至少1min。試驗后，繼電器不能出現起火、爆炸等現象。

8 材料及工藝要求

應加強負荷開關質量管理，選用有資質的供貨商產品，并對負荷開關性能和質量進行嚴格檢測，在設計中保證內置負荷開關的散熱間隙，嚴格防范運行過程由于間隙放電導致高溫融化。

結語

近年來隨著微電子技術、電子計算機技術、現代通訊技術以及空間技術的飛速發展，對負荷開關技術提出了新的要求，新工藝、新技術的發展無疑對負荷開關技術的發展起到促進作用。通訊技術的發展對負荷開關的發展具有深遠的意義。一方面是由于通訊技術的迅速發展使整個繼電器的應用增加。新型特殊結構材料、新分子材料、高性能復合材料、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展對研制新型具有重要的意義，并必將出現新原理、新效應的繼電器。新技術的成群崛起，將促進不同原理、不同性能、不同結構和用途的各類競相發展。在科技進步、需求牽引以及敏感、功能材料發展的推動下，將成為市場發展的主流產品。

[1]秦世才，高清運.現代模擬集成電子學[M].北京：科學出版社，2003.

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