智能电能表用符合开关（磁保持继续电器）的工艺及质量控制

华 隽姚艳霞

（1.国网河南省电力公司，河南 郑州 450000；2.国网河南省电力公司漯河供电公司，河南 漯河 462000）

智能电能表用符合开关（磁保持继续电器）的工艺及质量控制

华 隽1姚艳霞2

（1.国网河南省电力公司，河南 郑州 450000；2.国网河南省电力公司漯河供电公司，河南 漯河 462000）

目前，国家电网投入巨资开展智能电网建设。作为智能电网建设关键环节的智能电能表是由传统电能表逐步发展起来的，它在智能电网中是重要的智能终端。智能电能表的大量使用将会使智能电网的节能、高效、安全的性能得到更充分的体现。由于其多功能性尤其是费控功能，对其负荷开关（磁保持继电器）要求更高。本文重点阐述了智能电能表负荷开关的工艺及质量控制。

智能电能表；负荷开关；控制

1 术语和定义

1.1 GB2900.17-1994《电工术语 电气继电器》中确立的术语和定义，术语和定义适用于本标准。

1.1.1 Latching relay。当去除激励量后，仍能以磁力（由硬磁或半硬磁材料产生）保持触点状态的一种双稳态继电器，称为负荷开关（磁保持继电器）。

1.1.2 电子式电能表用 Latching relay for elemeters。专门用于电子式电能表，为其实施电能计量和用电控制的一种磁保持开关（通常为大功率继电器）。

1.1.3 动作电压 Action voltage。负荷开关产生动作状态改变的激励脉冲电压。

1.2 智能电能表技术规范对负荷开关的要求。负荷开关（load swith）：用户切断和恢复用户负载的电气设备。负荷开关可采用内置或外置方式，当采用内置负荷开关时，电能表最大电流不宜超过60A。采用内置时，通、断操作时应有消弧措施（硬件或软件），其出口回路应有防误动作便于现场测试的安全措施。在通、断上述电流的条件下，负荷开关的寿命不应小于6000次，并且要能够抵抗30倍、60倍等故障电流的冲击，且不能引起爆炸、起火、不能对人体造成伤害。在电能表电压线路施加参比电压，电流线路通过1.2Imax的条件下，进行10次开关通断试验；试验后，电能表应能正常工作；当在电能表电压线路上施加70%～120%的参比电压时，负荷开关应能正常工作。

2 规范性引用文件

下列文件中的有关条款通过引用而成为本标准的条款。凡注日期或版次的引用文件，其后的任何修改单（不包括勘误的内容）或修订版本都不适用于本标准，但提倡使用本标准的各方探讨使用其最新版本的可能性。凡不注日期或版次的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB2900.17-1994《电工术语 电气继电器》；GB/T10232-1994电气继电器第7部分：有或无机电继电器测试程序（idtIEC255-7：1991）；GB/T14598.1-2002电气继电器 电气继电器的触点功能（idtIEC255-0-20：1974）； GB/T14598.3-2006电气继电器 第5部分：电气继电器的绝缘试验；GB/T2423.5-1995电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 试验Ea和导则：冲击（idtIEC60068-2-27：1987）；GB/T2423.10- 1995电工电子产品环境试验第二部分：试验方法 试验Fc和导则：振动（正弦）（idtIEC60068-2-6：1982）；GB/T15464-1995 仪器仪表包装通用技术条件；GB/T2828.1-2003/ISO2859-1∶1999计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划；GB2829-87周期检查计数抽样程序及抽样表（适用于生产过程稳定性的检查）；GB/T6145-1999 锰铜、康铜精密电阻合金线、片及带。

3 产品设计思路

负荷开关的设计思路是：应在保证达到国内外同类 平的同时，为避免出现烧表、炸表 事故，增加产品的抗短路功能以提高客户使用的安全性。在设计时，需要综合考虑继电器的低温升、低接触电阻及抗短路的要求，从结构上设计出具有抗大电流冲击能力的机械机构、偏心设计使两触点接触有搓动，提高触点的抗粘接能力，强、弱电之间的爬电距离必须≥8mm，才能有效提高负荷开关使用的安全性。

表1

4 工艺特点

好的负荷开关必须采用先进的生产工艺，金属件应使用高速冲床、精密模具生产，采用免清洗生产工艺，保证零件的一致性和稳定性，采样部分采用电子束焊接，此方法能够有效降低温升，保证取样精度。采样线端部铆接端子，端子与锰铜采用点焊，能够有效的保证取样线的强度，保证取样精确。

5 型式要求

5.1 触点形式：单组

5.2 激励线圈：单线圈或双线圈

5.3 外观与尺寸。（a）负荷开关的外观尺寸应符合国网智能电能表技术要求。（b）整体外观良好，无物理缺陷。（c）负荷开关外壳应使用绝缘、阻燃UL94-V0、耐高温的环保型材料制作，RTI指数≥120℃。外壳应耐腐蚀、抗老化、有足够的硬度，外壳封盖后应结合紧密。（d）负荷开关附件要求符合具体图纸要求（锰铜牌号以及机械尺寸，焊接方式，线缆长度，TA等）。（e）负荷开关的动片和静片延伸端子。（f）金属引出端表面应光亮、平整，镀层均匀无锈蚀，可焊性良好；外部连接处应牢靠，点焊处应能承受50N拉力。铜绞股线截面积≥10mm2。

5.4 锰铜分流器

分流器材质推荐采用合金牌号为6J13P或更优的材料加工，应符合GB/T6145- 1999标准。分流器尺寸和安装应符合具体货号要求细则。分流器阻值应符合具体货号要求细则，阻值偏差≤±5%（推荐200μΩ 或300μΩ，具体根据电能表厂家要求）。锰铜片与采样连接端子之间应优先采用电子束焊接，或者采用整体锰铜片。分流器铜支架应优先采用整体结构（也可以采用钎焊焊接）。锰铜采样线要求采用不同的颜色，和采样端子之间宜采用点焊，要求焊接牢固可靠。

6 性能要求

6.1 电气性能

6.1.1 切换能力

额定切换电流：90A（AC）。

额定切换电压：250V（AV）。

最大切换功率：22500VA。

6.1.2 线圈。额定工作电压值：9V （DC）12V（DC）。对负荷开关线圈施加70%额定动作电压（50ms的脉冲宽度）时，负荷开关应能够可靠动作。负荷开关经环境试验、安全性试验及寿命试验后的动作电压值，应不大于额定动作电压值。过载电压：施加2倍额定电压持续5s，负荷开关线圈不能损坏。线圈电阻：90A触点容量负荷开关：54Ω（9VDC）；96Ω （12VDC）（如有特殊要求，可联系继电器厂家），电阻值允许偏差范围为：±8%，继电器簧片的机械老化（3000次）或继电器厂家采用等效相对应处理方法。

6.1.3 接触电阻、按照6.2.2.3 规定测试方法测试。负荷开关触点的接触电阻额定值，应符合表2规定。经环境、寿命等试验后，负荷开关触点的接触电阻不应大于额定值的1.5倍。

6.1.4 介质耐压。触点（组）与线圈（组）引出端之间4.2kV；同组触点（断开状态）引出端之间2kV；施加电压持续时间：1min；负荷开关应能经受规定条件的介质耐压试验，不允许有飞弧、闪络或绝缘击穿现象，漏电流不得大于0.5mA。

6.1.5 绝缘电阻。除另有规定，负荷开关所有绝缘介质之间，在施加直流500V电压时，绝缘电阻不小于1000MΩ。

6.2 环境适应性

6.2.1 环境温度（高温、低温）。规定的工作温度范围 -25℃～55℃。工作极限工作范围 -40℃～70℃。贮存和运输极限温度范围 -40℃～125℃。负荷开关在最高使用温度及最低使用温度条件下，施加额定动作电压时，应能正常动作；绝缘电阻应不小于100MΩ。接触电阻应不超原来规定值的1.5倍。

6.2.2 相对湿度。负荷开关经6.2.3.3交变湿热试验，常温下放4小时后，施加额定动作电压时，应能正常动作；绝缘电阻应不小于100MΩ。接触电阻应不超过原来规定值的1.5倍。

6.2.3 振动。负荷开关应能经受6.2.3.4规定条件的振动试验，试验后，应无结构松动和机械损伤，绝缘电阻不小于100MΩ，接触电阻应不超过原来规定值的1.5倍。

6.2.4 冲击。负荷开关应能经受规定条件的冲击试验，试验后，应无结构松动和机械损伤，绝缘电阻不小于100MΩ，接触电阻应不超过原来规定值的1.5倍。

6.3 安全性

6.3.1 温升。按照规定的条件进行温升试验，负荷开关触点引出端的温升不应超过50K。试验后，应无结构松动和机械形变，绝缘电阻不小于100MΩ，接触电阻应不超过原来规定值的1.5倍。

6.3.2 冲击电压。按照规定的条件进行冲击电压试验，负荷开关应能经受6000V的冲击电压试验，试验期间不应出现破坏性放电（火花、闪络或击穿）。试验后，负荷开关仍能满足各项指标要求。

6.3.3 过负载。（a） 负荷开关应能承受规定条件的过电流试验，试验后，触点无粘住、焊死现象。（b） 负荷开关应能承受规定条件的30倍额定电流的短路电流试验，试验后，负荷开关应能够正常动作，触点无粘住、焊死现象。

6.3.4 负荷开关在承受60倍异常大电流冲击时应不发生爆炸。

6.4 寿命

电气寿命：大于3000次（90A时）；大于6000次（60A时）。机械寿命：大于100000次。除另有规定外，负荷开关应在规定的条件下，动作规定的次数。试验后，负荷开关应无结构损坏；其介质耐压应不低于初始值的 75%；绝缘电阻应不小于100MΩ；接触压降应不超过初始规定值的1.5倍。

7 主要电气参数及质量控制

负荷开关的主要电气、机械性能检测需按如下要求检验，见表3。

7.1 动作电压测试

动作电压测试有两种方法：方法一：线圈电压从零开始，增加到继电器的所有动合触点都转换到闭合状态，测量这时的动作电压值（吸合值）；将电压降至零，然后反向增加线圈电压，直到动合触点复归到原始状态，测量此时的反向动作电压值（释放值）。方法二（阶跃函数法）：允许采用如下规定和图1所示阶跃函数电压来测试动作电压值。继电器线圈阶跃施加规定的动作电压值，所有的动合触点都应转换到闭合位置（动断触点情况相反）；转换动作电压的极性（方向），则所有动合触点都应复归到原始位置（动断触点情况相反）。当有争议时，应以阶跃函数法为准。

7.2 接触压降（电阻）测试

测量类别：静态；

测量点：闭合触点引出端之间；

测量负载（阻性）：（a） 测接触电阻；12 V/额定触点电流。（b） 测接触压降：28 V/额定触点电流。

表3

7.3 过负载试验

按照下列（a）、（b）、（c）、（d）四组试验条件，进行过负载试验：（a）过负载电流为1.5倍额定电流，线圈以额定电压激励，动作次数为100次，动作频率为（10+1）次每分。（b）过负载电流为1.2倍额定电流，通电1h，试验后，继电器应工作正常。（c）过负载电流为30倍额定电流，作用时间为10ms，作用3次，其间隔至少1min。试验后，额定电压激励继电器可正常分断。（d）过负载电流为60倍额定电流，作用时间为10ms，作用3次，其间隔至少1min。试验后，继电器不能出现起火、爆炸等现象。

8 材料及工艺要求

应加强负荷开关质量管理，选用有资质的供货商产品，并对负荷开关性能和质量进行严格检测，在设计中保证内置负荷开关的散热间隙，严格防范运行过程由于间隙放电导致高温融化。

结语

近年来随着微电子技术、电子计算机技术、现代通讯技术以及空间技术的飞速发展，对负荷开关技术提出了新的要求，新工艺、新技术的发展无疑对负荷开关技术的发展起到促进作用。通讯技术的发展对负荷开关的发展具有深远的意义。一方面是由于通讯技术的迅速发展使整个继电器的应用增加。新型特殊结构材料、新分子材料、高性能复合材料、光电子材料，还有吸氧磁性材料、感温磁性材料、非晶体软磁材料的发展对研制新型具有重要的意义，并必将出现新原理、新效应的继电器。新技术的成群崛起，将促进不同原理、不同性能、不同结构和用途的各类竞相发展。在科技进步、需求牵引以及敏感、功能材料发展的推动下，将成为市场发展的主流产品。

[1]秦世才，高清运.现代模拟集成电子学[M].北京：科学出版社，2003.

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