一种新型插座耐久性试验的研究与分析

王粤威 胡永乐 葛亮 刘杰 王霄

（珠海出入境检验检疫局 广东珠海 519087）

一种新型插座耐久性试验的研究与分析

王粤威 胡永乐 葛亮 刘杰 王霄

（珠海出入境检验检疫局 广东珠海 519087）

介绍了传统插座与新型插座——具有弹簧机械装置的插座的结构差异，参照GB 2099.1-2008对两者进行了对比试验，试验结果表明新型插座在耐久性、安全性及节能效果方面具有一定优势。

弹簧机械装置；插座；安全性；耐久性；节能效果

1 前言

目前我国插座行业的研究重点和发展方向主要为成型工艺及智能插座，通过不断提高工艺水平和选用新型材料来增加插座的安全性、可靠性，但较少涉及插座结构的创新。本文介绍了一种新型插座——具有弹簧机械装置的插座与传统插座的结构差异，以参照GB 2099.1-2008［1］对两者进行的对比试验数据为依据，从安全性、可靠性及节能效果三方面对两者进行深入对比分析，结果表明新型插座在此三方面均具有一定优势。该结构插座填补了目前国内插座行业相关方面的空白，也为插座行业的发展提供了一种新的思路与创新。

2 不同结构插座的介绍与分析

2.1传统插座

我国传统插座采用的型式一般如图1所示，每个插套由两块弹片组成（下称弹片插座），当插头插销插入插座插套时，由于两侧的弹片都具有弹性，图示左右方向都可发生弹性形变，因而能够很好地夹持插销［2］。

此结构的优点在于生产工艺简单，成本较低，在一定插拔次数范围内安全可靠。但当插头在插座上插拔比较频繁时，插头以及插座弹片均会产生一定的磨损及形变，导致插座弹片的插拔力减少甚至消失，插头插座的接触电阻增大，此时电流通过时就会产生比通常情况下更多的热量，从而大大增加过热和火灾的危险［3］。

图1　弹片插座的结构

2.2新型插座

新型插座的结构采用了弹簧机械装置，如图2所示，该装置依靠弹簧结构的形变来夹持插头（下称弹簧插座）。此结构的优点在于插座弹片的插拔力并不依赖于弹片的形变，当插头不断重复地插拔，对弹片会造成一定的磨损，但由于弹簧力的作用，插头插座依然可以保持较好接触，接触电阻不会明显增大，当电流通过时不会产生过多热量，从而大大减小过热和火灾的危险。

图2　弹簧插座的结构

根据《2015-2020年中国中国插座行业发展潜力及投资战略规划分析报告》可知，目前插座行业的研究重点和发展方向主要集中在成型工艺及智能插座，通过不断提高工艺水平和选用新型材料来增加插座的耐久性，反而忽略了结构对耐久性的影响［4］。目前，上述带弹簧机械装置的新型插座尚无耐久性方面的研究报道。

3 两种插座的对比试验

选取国内某知名品牌的弹片插座与弹簧插座进行对比试验，两款插座均符合标准GB 2099.1-2008《家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求》的要求，且通过CCC认证，额定参数均为“10A-250V”。

标准GB 2099.1-2008第21章“正常操作”规定：

“（对插座进行试验用的）试验插销和（对带弹性接地插套的插头或非实心插销的插头进行试验用的）固定式插座，要在第4500个和第9000个行程之后更换。

试样要在cosσ=0.8±0.05的电路中，以额定电压和规定的交流电流进行试验。

将插头插入和拔出插座5000次（10000个行程），插拔的速率为：

——对额定电流不大于16A，额定电压小于250V的电器附件，每分钟30个行程；

——对其他电器附件，每分钟15个行程。

注：一个行程就是插头一次插入或者一次拔出［1］。”

根据试验的可行性及研究重点，试验方法参照上述要求：

试验样品在常温下（20℃）以每分钟30个行程的速率进行插拔试验（试样在cosσ=0.8±0.05的电路中，试验电压为220 V，试验电流为10 A），每隔24小时更换一次插头，每次更换插头后记录插拔次数、接触电阻，并监测温升（仅供参考）；24小时不停机连续试验到温升超过45 K（45 K为GB 2099.1-2008中的温升限值）或插座损坏为止，试验结果见表1。

表1　对比试验结果

图3　弹片插座试验后的状态

图4　弹簧插座试验后的状态

由于篇幅限制，在此仅截取弹簧插座第一个试验周期及温升超过45 K时的数据：

表2　弹簧插座第一个试验周期至温升＞45K时的数据

随着试验的进行，弹簧插座弹片受到的磨损逐渐增加，插座一极的温升逐渐增大，接触电阻也随之增大。

表3　弹簧插座温升＞45K至插座损坏时的数据

4 两种插座的耐久性、安全性及节能效果的对比

通过以上试验数据的对比，弹簧插座在耐久性、安全性及节能效果方面具有明显的优势：

4.1耐久性

弹簧插座正常操作的插拔次数达到27万余次，而对比样品仅为2万余次，差距十分明显。弹簧插座在耐久性方面的明显优势取决于其结构上的创新，由于插座弹片的插拔力并不依赖于弹片的形变，使得插座弹片在多次插拔后，即使产生一定磨损或形变，插头与插座也能很好地啮合在一起，弹簧插座在整个试验过程中，导通率达到100%，可靠性较高。

4.2安全性

弹簧插座与插头的接触电阻在整个试验过程中均小于对比样品，且试验前后接触电阻的增幅也小于对比样品。电流通过插头插座时产生的热量可根据焦耳定律Q=I2Rt（式中：Q为热量，I为电流，R为电阻，t为时间）确定，其一通过热辐射和热对流传播到空气中，其二通过热传导传递给插头插座使之温度升高。插头插座吸收的热量与温升之间的关系由Q=Cm△t（式中：Q为热量，C为比热，m为质量，△t为温升）确定，由此可导出△t∝I2R［2］。对同一插头，当电流恒定时，温度的上升与接触电阻成正比。接触电阻越小，电流通过插头插座时产生的热量也越小，即过热和火灾危险更小，使用更安全。

此外，从防触电的角度分析，弹片插座在长期使用过程中，由于插座弹片的夹紧力逐渐减小，可导致插头的插销不能完全保持在插座内，部分插销外露，大大增加了触电的危险。而弹簧插座由于弹簧力的存在，夹紧力能始终保持在正常范围内，不存在这种危险，使用过程中更加安全。

4.3节能效果

在插头插座中损失的能量主要是电流通过时产生的热量，产生的热量越低，即越节能。根据上述安全性方面的分析可知，由于弹簧插座在接触电阻方面的优势，使得该插座比弹片插座更加节能。以上述试验所用的国内某知名品牌弹片插座与弹簧插座对比，根据焦耳定律Q=I2Rt可得：

Q弹簧插座/Q国内某知名品牌弹片插座=R弹簧插座/R国内某知名品牌弹片插座= 0.012/0.019=0.63，即在正常使用中，弹簧插座产生的热量仅为该知名品牌弹片插座的63%，产生的热量相对减少37%。以该知名品牌弹片插座为例，计算出由于接触电阻造成的能耗（假设通过插座的电流I=10A，一天使用8h），由Q=I2Rt可得，一个插座一天产生的热量Q=（102×0.019×8×3600）J=54720J，约0.0152千瓦时。根据上述分析，相对该知名品牌弹片插座而言，一个弹簧插座一天就可节能0.0152× 37%=0.0056千瓦时。虽然个体节能效果并不显著，但如果弹簧插座在社会上得到广泛使用，其节能效果非常可观。

5 结论

弹簧插座在耐久性、安全性及节能效果方面均优于弹片结构的插座，特别是在耐久性方面，正常操作的插拔次数达到了27万余次，按每个插座每天插拔10次计算，至少可以使用70多年，这种优势使得其更加适用于使用特别频繁的场所，例如火车站、飞机场和酒店。此外，弹簧插座能大大降低过热和火灾的危险，广泛使用后，还将产生良好的节能效果。

［1］GB 2099.1-2008家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求［S］.

［2］GB1002-2008家用和类似用途单相插头插座型式、基本参数和尺寸［S］.

［3］黄永福，林淼，吴向峰.浅谈我国插头插座结构型式存在的几点不足［J］.电子质量，2011，11：68-72.

［4］中研普华.2015-2020年中国中国插座行业发展潜力及投资战略规划分析报告［R］.

Research and Analysis of a New Type of Socket Durability Test

Wang Yuewei，Hu Yongle，Ge Liang，Liu Jie，Wang Xiao
（Zhuhai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Zhuhai，Guangdong，519087）

This paper introduces the structural differences between the traditional socket and a new socket-socket having spring machinery.With reference to GB 2099.1-2008，contrast experiment was

Spring Machinery；Socket；Safety；Durability；Energy Saving Effect

TM503+.5

E-mail：563733359@qq.com

珠海出入境检验检疫局科技计划项目（ZH2013-8）

2015-08-06

carried out between them，test results show that the new socket has certain advantages of durability，

safety and energy-saving effect.