一種新型插座耐久性試驗(yàn)的研究與分析

王粵威 胡永樂(lè) 葛亮 劉杰 王霄

（珠海出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東珠海 519087）

一種新型插座耐久性試驗(yàn)的研究與分析

王粵威 胡永樂(lè) 葛亮 劉杰 王霄

（珠海出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東珠海 519087）

介紹了傳統(tǒng)插座與新型插座——具有彈簧機(jī)械裝置的插座的結(jié)構(gòu)差異，參照GB 2099.1-2008對(duì)兩者進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明新型插座在耐久性、安全性及節(jié)能效果方面具有一定優(yōu)勢(shì)。

彈簧機(jī)械裝置；插座；安全性；耐久性；節(jié)能效果

1 前言

目前我國(guó)插座行業(yè)的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向主要為成型工藝及智能插座，通過(guò)不斷提高工藝水平和選用新型材料來(lái)增加插座的安全性、可靠性，但較少涉及插座結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。本文介紹了一種新型插座——具有彈簧機(jī)械裝置的插座與傳統(tǒng)插座的結(jié)構(gòu)差異，以參照GB 2099.1-2008［1］對(duì)兩者進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，從安全性、可靠性及節(jié)能效果三方面對(duì)兩者進(jìn)行深入對(duì)比分析，結(jié)果表明新型插座在此三方面均具有一定優(yōu)勢(shì)。該結(jié)構(gòu)插座填補(bǔ)了目前國(guó)內(nèi)插座行業(yè)相關(guān)方面的空白，也為插座行業(yè)的發(fā)展提供了一種新的思路與創(chuàng)新。

2 不同結(jié)構(gòu)插座的介紹與分析

2.1傳統(tǒng)插座

我國(guó)傳統(tǒng)插座采用的型式一般如圖1所示，每個(gè)插套由兩塊彈片組成（下稱彈片插座），當(dāng)插頭插銷插入插座插套時(shí)，由于兩側(cè)的彈片都具有彈性，圖示左右方向都可發(fā)生彈性形變，因而能夠很好地夾持插銷［2］。

此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本較低，在一定插拔次數(shù)范圍內(nèi)安全可靠。但當(dāng)插頭在插座上插拔比較頻繁時(shí)，插頭以及插座彈片均會(huì)產(chǎn)生一定的磨損及形變，導(dǎo)致插座彈片的插拔力減少甚至消失，插頭插座的接觸電阻增大，此時(shí)電流通過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生比通常情況下更多的熱量，從而大大增加過(guò)熱和火災(zāi)的危險(xiǎn)［3］。

圖1　彈片插座的結(jié)構(gòu)

2.2新型插座

新型插座的結(jié)構(gòu)采用了彈簧機(jī)械裝置，如圖2所示，該裝置依靠彈簧結(jié)構(gòu)的形變來(lái)夾持插頭（下稱彈簧插座）。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于插座彈片的插拔力并不依賴于彈片的形變，當(dāng)插頭不斷重復(fù)地插拔，對(duì)彈片會(huì)造成一定的磨損，但由于彈簧力的作用，插頭插座依然可以保持較好接觸，接觸電阻不會(huì)明顯增大，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多熱量，從而大大減小過(guò)熱和火災(zāi)的危險(xiǎn)。

圖2　彈簧插座的結(jié)構(gòu)

根據(jù)《2015-2020年中國(guó)中國(guó)插座行業(yè)發(fā)展?jié)摿巴顿Y戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》可知，目前插座行業(yè)的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向主要集中在成型工藝及智能插座，通過(guò)不斷提高工藝水平和選用新型材料來(lái)增加插座的耐久性，反而忽略了結(jié)構(gòu)對(duì)耐久性的影響［4］。目前，上述帶彈簧機(jī)械裝置的新型插座尚無(wú)耐久性方面的研究報(bào)道。

3 兩種插座的對(duì)比試驗(yàn)

選取國(guó)內(nèi)某知名品牌的彈片插座與彈簧插座進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，兩款插座均符合標(biāo)準(zhǔn)GB 2099.1-2008《家用和類似用途插頭插座第1部分：通用要求》的要求，且通過(guò)CCC認(rèn)證，額定參數(shù)均為“10A-250V”。

標(biāo)準(zhǔn)GB 2099.1-2008第21章“正常操作”規(guī)定：

“（對(duì)插座進(jìn)行試驗(yàn)用的）試驗(yàn)插銷和（對(duì)帶彈性接地插套的插頭或非實(shí)心插銷的插頭進(jìn)行試驗(yàn)用的）固定式插座，要在第4500個(gè)和第9000個(gè)行程之后更換。

試樣要在cosσ=0.8±0.05的電路中，以額定電壓和規(guī)定的交流電流進(jìn)行試驗(yàn)。

將插頭插入和拔出插座5000次（10000個(gè)行程），插拔的速率為：

——對(duì)額定電流不大于16A，額定電壓小于250V的電器附件，每分鐘30個(gè)行程；

——對(duì)其他電器附件，每分鐘15個(gè)行程。

注：一個(gè)行程就是插頭一次插入或者一次拔出［1］?！?/p>

根據(jù)試驗(yàn)的可行性及研究重點(diǎn)，試驗(yàn)方法參照上述要求：

試驗(yàn)樣品在常溫下（20℃）以每分鐘30個(gè)行程的速率進(jìn)行插拔試驗(yàn)（試樣在cosσ=0.8±0.05的電路中，試驗(yàn)電壓為220 V，試驗(yàn)電流為10 A），每隔24小時(shí)更換一次插頭，每次更換插頭后記錄插拔次數(shù)、接觸電阻，并監(jiān)測(cè)溫升（僅供參考）；24小時(shí)不停機(jī)連續(xù)試驗(yàn)到溫升超過(guò)45 K（45 K為GB 2099.1-2008中的溫升限值）或插座損壞為止，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1　對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

圖3　彈片插座試驗(yàn)后的狀態(tài)

圖4　彈簧插座試驗(yàn)后的狀態(tài)

由于篇幅限制，在此僅截取彈簧插座第一個(gè)試驗(yàn)周期及溫升超過(guò)45 K時(shí)的數(shù)據(jù)：

表2　彈簧插座第一個(gè)試驗(yàn)周期至溫升＞45K時(shí)的數(shù)據(jù)

隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，彈簧插座彈片受到的磨損逐漸增加，插座一極的溫升逐漸增大，接觸電阻也隨之增大。

表3　彈簧插座溫升＞45K至插座損壞時(shí)的數(shù)據(jù)

4 兩種插座的耐久性、安全性及節(jié)能效果的對(duì)比

通過(guò)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，彈簧插座在耐久性、安全性及節(jié)能效果方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)：

4.1耐久性

彈簧插座正常操作的插拔次數(shù)達(dá)到27萬(wàn)余次，而對(duì)比樣品僅為2萬(wàn)余次，差距十分明顯。彈簧插座在耐久性方面的明顯優(yōu)勢(shì)取決于其結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，由于插座彈片的插拔力并不依賴于彈片的形變，使得插座彈片在多次插拔后，即使產(chǎn)生一定磨損或形變，插頭與插座也能很好地嚙合在一起，彈簧插座在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，導(dǎo)通率達(dá)到100%，可靠性較高。

4.2安全性

彈簧插座與插頭的接觸電阻在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中均小于對(duì)比樣品，且試驗(yàn)前后接觸電阻的增幅也小于對(duì)比樣品。電流通過(guò)插頭插座時(shí)產(chǎn)生的熱量可根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt（式中：Q為熱量，I為電流，R為電阻，t為時(shí)間）確定，其一通過(guò)熱輻射和熱對(duì)流傳播到空氣中，其二通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞給插頭插座使之溫度升高。插頭插座吸收的熱量與溫升之間的關(guān)系由Q=Cm△t（式中：Q為熱量，C為比熱，m為質(zhì)量，△t為溫升）確定，由此可導(dǎo)出△t∝I2R［2］。對(duì)同一插頭，當(dāng)電流恒定時(shí)，溫度的上升與接觸電阻成正比。接觸電阻越小，電流通過(guò)插頭插座時(shí)產(chǎn)生的熱量也越小，即過(guò)熱和火災(zāi)危險(xiǎn)更小，使用更安全。

此外，從防觸電的角度分析，彈片插座在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于插座彈片的夾緊力逐漸減小，可導(dǎo)致插頭的插銷不能完全保持在插座內(nèi)，部分插銷外露，大大增加了觸電的危險(xiǎn)。而彈簧插座由于彈簧力的存在，夾緊力能始終保持在正常范圍內(nèi)，不存在這種危險(xiǎn)，使用過(guò)程中更加安全。

4.3節(jié)能效果

在插頭插座中損失的能量主要是電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的熱量，產(chǎn)生的熱量越低，即越節(jié)能。根據(jù)上述安全性方面的分析可知，由于彈簧插座在接觸電阻方面的優(yōu)勢(shì)，使得該插座比彈片插座更加節(jié)能。以上述試驗(yàn)所用的國(guó)內(nèi)某知名品牌彈片插座與彈簧插座對(duì)比，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可得：

Q彈簧插座/Q國(guó)內(nèi)某知名品牌彈片插座=R彈簧插座/R國(guó)內(nèi)某知名品牌彈片插座= 0.012/0.019=0.63，即在正常使用中，彈簧插座產(chǎn)生的熱量?jī)H為該知名品牌彈片插座的63%，產(chǎn)生的熱量相對(duì)減少37%。以該知名品牌彈片插座為例，計(jì)算出由于接觸電阻造成的能耗（假設(shè)通過(guò)插座的電流I=10A，一天使用8h），由Q=I2Rt可得，一個(gè)插座一天產(chǎn)生的熱量Q=（102×0.019×8×3600）J=54720J，約0.0152千瓦時(shí)。根據(jù)上述分析，相對(duì)該知名品牌彈片插座而言，一個(gè)彈簧插座一天就可節(jié)能0.0152× 37%=0.0056千瓦時(shí)。雖然個(gè)體節(jié)能效果并不顯著，但如果彈簧插座在社會(huì)上得到廣泛使用，其節(jié)能效果非常可觀。

5 結(jié)論

彈簧插座在耐久性、安全性及節(jié)能效果方面均優(yōu)于彈片結(jié)構(gòu)的插座，特別是在耐久性方面，正常操作的插拔次數(shù)達(dá)到了27萬(wàn)余次，按每個(gè)插座每天插拔10次計(jì)算，至少可以使用70多年，這種優(yōu)勢(shì)使得其更加適用于使用特別頻繁的場(chǎng)所，例如火車站、飛機(jī)場(chǎng)和酒店。此外，彈簧插座能大大降低過(guò)熱和火災(zāi)的危險(xiǎn)，廣泛使用后，還將產(chǎn)生良好的節(jié)能效果。

［1］GB 2099.1-2008家用和類似用途插頭插座第1部分：通用要求［S］.

［2］GB1002-2008家用和類似用途單相插頭插座型式、基本參數(shù)和尺寸［S］.

［3］黃永福，林淼，吳向峰.淺談我國(guó)插頭插座結(jié)構(gòu)型式存在的幾點(diǎn)不足［J］.電子質(zhì)量，2011，11：68-72.

［4］中研普華.2015-2020年中國(guó)中國(guó)插座行業(yè)發(fā)展?jié)摿巴顿Y戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)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

珠海出入境檢驗(yàn)檢疫局科技計(jì)劃項(xiàng)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.