固定式插座用無螺紋端子分析

劉悅 江燕

LIU Yue JIANG Yan

廣東中認(rèn)華南檢測技術(shù)有限公司 廣東中山 528427

Guangdong Zhongren South China Technology Laboratory Ltd. Zhongshan 528427

1 引言

端子在整個供電系統(tǒng)中起著重要的作用，插座安裝的時候都需要使用端子固定導(dǎo)線，最終通過插座給各類電器通電；在整個導(dǎo)電系統(tǒng)中端子處的連接至關(guān)重要，直接影響整個電路的安全。目前開關(guān)插座中主流的接線端子有螺紋型端子和快速連接的無螺紋端子，螺紋型端子是應(yīng)用最為普遍的接線端子，對接線者有一定的要求，安裝時要確保能壓住導(dǎo)體不松動，又不能壓力過大而損失導(dǎo)線。無螺紋端子接線操作簡單，只需將導(dǎo)線直接插入端子即可，其能自動夾緊導(dǎo)線，拉而不脫，避免損失導(dǎo)線。本文從標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.1對固定式插座用無螺紋端子結(jié)構(gòu)和標(biāo)識、無螺紋端子材料的選用、經(jīng)受電應(yīng)力和熱應(yīng)力測試過程中相關(guān)因素進(jìn)行分析。

2 無螺紋端子結(jié)構(gòu)和相關(guān)標(biāo)識

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.1和GB/T 1002要求對于裝有無螺紋端子的固定式插座，額定電流僅限10A和16A，其無螺紋

3 無螺紋端子的材料

端子的主要部件由金屬材料制成，其金屬材料的性能直接影響端子整體的性能，端子作為連接用的載流部件，在GB/T 2099.1中明確要求載流部件，包括端子（及接地端子）能滿足所需的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電率和耐腐蝕性能等要求的金屬制成，其中銅和含銅量至少為58%的合金材料被普遍使用，可根據(jù)GB/T 5121.1對關(guān)鍵件進(jìn)行銅含量的測定以保證符合要求。因?yàn)殂~具有很好的金屬加工特性和很高的抗腐蝕特性，銅的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能極佳，僅次于銀，對與企業(yè)來講性價比高。端子中的彈簧、彈性件、夾緊板之類的部件，不視為端子中的主要載流部件可不做要求。

金屬導(dǎo)電實(shí)質(zhì)上是金屬中自由電子做定向移動導(dǎo)電的，取決于單位體積內(nèi)自由電子數(shù)和金屬導(dǎo)體中原子熱運(yùn)動的劇烈程度（即溫度），單位體積內(nèi)自由電子數(shù)越多，溫度越低，金屬的導(dǎo)電性能越好，在同樣環(huán)境下衡量金屬導(dǎo)電性能的電阻率（表2）可以看出銅的性價比最高。金屬導(dǎo)熱主要依靠自由電子的熱運(yùn)動，導(dǎo)電性能好的金屬材料其熱導(dǎo)率也大（表3），金屬導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)來衡量，導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K，℃），在1秒鐘內(nèi)（1s），通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米?度（W/(m?K)。但純金屬內(nèi)加入其他元素成為合金后，由于這些元素的嵌入，嚴(yán)重阻礙自由電子的運(yùn)動，使熱導(dǎo)率大大下降，所以雖然企業(yè)成本有所下降，但是整體產(chǎn)品的質(zhì)量就出現(xiàn)明顯下降，特別對于無螺紋端子連接部分體現(xiàn)更加明顯。

4 經(jīng)受電應(yīng)力和熱應(yīng)力測試

無螺紋端子應(yīng)能經(jīng)受得住正常使用時出現(xiàn)的電應(yīng)力和熱應(yīng)力，首先GB/T 2099.1中要求每個夾緊件上均進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)產(chǎn)品額定電流選擇試驗(yàn)電流和連接導(dǎo)線（表4）。測試過程中影響最終測試結(jié)果的關(guān)鍵因素有以下幾個方面：

（1）測試環(huán)境和測試設(shè)備的精度及工作原理作為重要因素，直接影響最終讀取的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)要求用100mm的硬單芯銅導(dǎo)線接入端子進(jìn)行導(dǎo)通測試，環(huán)境溫濕度變化會導(dǎo)致導(dǎo)線氧化，應(yīng)避免導(dǎo)線在測試過程中過分氧化。設(shè)備電源輸出的穩(wěn)定性也直接影響最終數(shù)據(jù)，設(shè)備本身導(dǎo)線之間也應(yīng)避免纏繞或松動，以免影響測試結(jié)果。

（2）人為操作的測試過程為影響結(jié)果的關(guān)鍵因素，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試電路示意圖，試驗(yàn)期間，電流不流經(jīng)插座，僅流經(jīng)端子。但如果因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或?yàn)闇y試方便，直接在插座插孔中插入插銷進(jìn)行連接導(dǎo)通形成測試回路，此種做法嚴(yán)重影響最終測試數(shù)據(jù)，不同材料插銷的導(dǎo)電性能不同，增加了整個回路的壓降，插銷與插套之間的接觸點(diǎn)，并不能形成完全一體化，受此處連接的影響，對最終數(shù)據(jù)影響較大，測試結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)限值15mV。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.1中圖12測試電路示意圖，從圖中可見毫伏表與受試的夾緊件之間的連接比較簡單，實(shí)際需根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正確布線。根據(jù)前面所述，測試電流回路與電壓降測試兩端位置的選擇直接影響最終結(jié)果，所以電壓降測試時不能包含過多的導(dǎo)線，導(dǎo)線本身會有電壓降，當(dāng)17.5A電流直接施加于100mm的銅導(dǎo)線兩端的電壓降大概就有10mV。測試導(dǎo)線也應(yīng)確保正確接入端子，保證端子與導(dǎo)線之間的接觸面足夠。然后電流需從端子與導(dǎo)線之間流過形成回路，中間除了端子與導(dǎo)線之間的夾緊連接，不能再出現(xiàn)其他連接處，必須是完整一體的，實(shí)際產(chǎn)品測試電路解剖見圖3。

表1 無螺紋端子的額定電流和可連接的銅導(dǎo)線的橫截面積之間的關(guān)系

圖1 帶無螺紋端子固定式插座外觀

圖2 固定式插座無螺紋端子內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3 產(chǎn)品測試電路解剖

表2 金屬在20℃時的電阻率

表3 常見金屬的熱傳導(dǎo)系數(shù)

表4 檢驗(yàn)無螺紋端子在正常使用中電應(yīng)力和熱應(yīng)力的試驗(yàn)電流和導(dǎo)線橫截面積

圖4 接觸壓力與接觸電阻的關(guān)系

（3）端子本身的接觸壓力也是影響結(jié)果的重要因素，只有足夠的壓力，才能保證較低的接觸電阻（圖4），形成良好的連接效果，無螺紋端子中的彈簧、鍥塊、偏心輪或錐輪是壓緊機(jī)構(gòu)中的重要部件。目前企業(yè)主要采用彈簧片的回彈力來壓接導(dǎo)線，然后在載流部件上設(shè)計(jì)防滑紋路，能夠防止松脫。

5 結(jié)束語

通過以上對無螺紋端子的分析得知，端子作為產(chǎn)品的重要組成部分，設(shè)計(jì)上除了為了用戶使用方便，更應(yīng)該注重產(chǎn)品整體安全性能可靠性，以確保用戶的人身和財產(chǎn)安全，然后在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)階段要關(guān)注端子的結(jié)構(gòu)、材料的使用，不斷的優(yōu)化端子。使類似無螺紋端子的快速連接方式得到大眾的認(rèn)可，并降低人力成本。