GB 21518—2022《交流接觸器能效限定值及能效等級(jí)》最新標(biāo)準(zhǔn)解讀

鄭世欣

（甘肅電器科學(xué)研究院）

0 引言

交流接觸器廣泛應(yīng)用于低壓電路中，控制容量大，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件之一，也是我國(guó)首批“CCC”認(rèn)證產(chǎn)品之一。

交流接觸器的線圈以控制電源產(chǎn)生磁場(chǎng)而帶動(dòng)主電路接通或分?jǐn)?，線圈的工作電壓有多種選擇。接觸器因可頻繁操作必須具備長(zhǎng)使用壽命，機(jī)械壽命通常為數(shù)百萬(wàn)次至一千萬(wàn)次，電壽命一般則為數(shù)十萬(wàn)次至數(shù)百萬(wàn)次。作為廣泛使用的低壓電器產(chǎn)品，接觸器的功耗問題引起了業(yè)界的關(guān)注。接觸器接入電路中產(chǎn)生的功耗主要是線圈部分的功耗。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗的整體要求的提高，對(duì)產(chǎn)品的能耗要求也將進(jìn)一步提高[1]。

接觸器線圈的功率主要包括吸合功耗（起動(dòng)功耗）和吸持功耗（維持功耗）兩部分。雖然線圈在吸合起動(dòng)瞬間功耗較大，但時(shí)間很短（幾十毫秒）；工作時(shí)間則一直處于吸持保持狀態(tài)（此時(shí)能量損耗主要集中在吸持狀態(tài)鐵損上）。相比于接觸器產(chǎn)品總的能耗，毫秒級(jí)的起動(dòng)過程的功率占比較小，通常為5%，可以忽略不計(jì)。因此通過對(duì)交流接觸器吸持功率的測(cè)量，可以確定其能效限定值及能效等級(jí)。

1 新標(biāo)準(zhǔn)的重大技術(shù)變化內(nèi)容

為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能與標(biāo)準(zhǔn)化改革政策，在貫徹節(jié)能減排、淘汰落后產(chǎn)能的大背景下，中國(guó)能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)合理用電分委員在原有GB 21518—2008《交流接觸器能效限定值及能效等級(jí)》基礎(chǔ)上，對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)首次進(jìn)行修訂，發(fā)布新版標(biāo)準(zhǔn)GB 21518—2022。相比舊版，新標(biāo)準(zhǔn)中更改了標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、交流接觸器能效限定值要求、試驗(yàn)方法，增補(bǔ)了試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)境要求、控制電路電流測(cè)試要求、吸持功率測(cè)量的不確定度以及吸持功率的計(jì)算方法，刪除了交流接觸器節(jié)能評(píng)價(jià)值的定義和要求。

新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了交流接觸器的能效等級(jí)、能效限定值、抽樣、試驗(yàn)和計(jì)算方法，其中試驗(yàn)和計(jì)算方法部分重點(diǎn)參考了GB/T 14048.4—2020《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4-1 部分：接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器機(jī)電式接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器（含電動(dòng)機(jī)保護(hù)器）》9.3.3.2.1.2 條款，對(duì)能效檢測(cè)試驗(yàn)的抽樣測(cè)試、檢測(cè)環(huán)境、檢測(cè)設(shè)備以及測(cè)量不確定度做出具體要求。作為強(qiáng)制性執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)疑對(duì)交流接觸器節(jié)能技術(shù)的研究推廣起到積極作用。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)名稱

標(biāo)準(zhǔn)名稱仍為“交流接觸器能效限定值及能效等級(jí)”，其含義與節(jié)能政策相一致，即規(guī)定了接觸器吸持功率的最大允許值。

1.2 適用范圍

細(xì)化了適用范圍。考慮到接觸器應(yīng)用場(chǎng)合的實(shí)際工況，相對(duì)舊標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)適用范圍，從GB21518—2008《交流接觸器能效限定值及能效等級(jí)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第 1 號(hào)修改單中“額定頻率50Hz、額定工作電壓為380V（400V）、額定工作電流6～630A 的直動(dòng)式、三極電動(dòng)式、整體式交流接觸器”更改為“額定頻率為50Hz、主電路額定工作電壓為l000V 及以下，額定工作電流為6～630A，接觸器的額定控制電源電壓為交流400V 及以下，使用類別為AC-3 的三極機(jī)電式，直動(dòng)式的整體式接觸器。”明確了不適用于外加節(jié)電裝置、家用和類似用途的接觸器及半導(dǎo)體接觸器（固態(tài)接觸器）。

1.3 術(shù)語(yǔ)和定義

考慮到“節(jié)能評(píng)價(jià)值”是實(shí)施節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證的依據(jù)，它是推薦性指標(biāo)，當(dāng)用能產(chǎn)品的能源利用效率達(dá)到或超過所規(guī)定的“節(jié)能評(píng)價(jià)值”時(shí)，該產(chǎn)品就可結(jié)合其他指標(biāo)被節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu)評(píng)定為節(jié)能產(chǎn)品。作為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)中刪除了“節(jié)能評(píng)價(jià)值”的定義和要求，僅對(duì)“能效限定值”做出強(qiáng)制性要求。

1.4 能效限定值和能效等級(jí)

修訂了各能效等級(jí)對(duì)應(yīng)的最大允許吸持功率要求值。接觸器能效等級(jí)分為3 級(jí)，其中1 級(jí)能效最高。各等級(jí)接觸器在額定工作電流下的實(shí)測(cè)吸持功率應(yīng)不大于下表的規(guī)定。為便于對(duì)比分析，下表中同時(shí)列出新版和舊版標(biāo)準(zhǔn)的吸持功率規(guī)定值。

表 接觸器能效限定值及能效等級(jí)

“能效限定值”是配合我國(guó)實(shí)施《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》中淘汰高耗能產(chǎn)品制度而制定的性能指標(biāo)，它是一個(gè)強(qiáng)制性指標(biāo)，如果用能產(chǎn)品的能源利用效率低于該指標(biāo)就被認(rèn)為是高耗能產(chǎn)品，根據(jù)《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》的規(guī)定，這種產(chǎn)品是不能生產(chǎn)或被銷售的，凡生產(chǎn)或銷售這種低效用能產(chǎn)品的行為都將被認(rèn)為是違法行為，要受到法律的處罰。交流接觸器能效限定值為表中能效等級(jí)3 級(jí)，也就是接觸器吸持功率最大允許值。

從表中新舊版吸持功率最大允許值對(duì)比可以看出，“能效限定值”指標(biāo)調(diào)整幅度適中，1、2 級(jí)能效指標(biāo)調(diào)整幅度相對(duì)較大。我國(guó)低壓電器行業(yè)有500多家企業(yè)生產(chǎn)該產(chǎn)品，年產(chǎn)量達(dá)12700 萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約60 億元。其中大容量產(chǎn)品通常采取電子控制或傳統(tǒng)控制方式。傳統(tǒng)控制方式在很多重要的場(chǎng)合如鋼廠因其穩(wěn)定、精準(zhǔn)的控制被廣泛使用，故始終得以與電子控制方式并存，并占據(jù)更大的市場(chǎng)份額。小容量產(chǎn)品因其維持功率相對(duì)較低且增加電子控制對(duì)成本影響很大。如若大幅提高“能效限定值”指標(biāo)，市場(chǎng)上現(xiàn)有的傳統(tǒng)控制方式的產(chǎn)品大部分將面臨被淘汰，對(duì)于國(guó)內(nèi)制造業(yè)而言是一個(gè)沉重的打擊，整個(gè)低壓接觸器行業(yè)和用戶也將會(huì)受到很大的影響，且產(chǎn)品供應(yīng)容易出現(xiàn)斷層，導(dǎo)致市場(chǎng)混亂。因此，此次能效指標(biāo)的修訂是建立在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，在考慮產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的前提下，結(jié)合實(shí)際的行業(yè)技術(shù)水平制定出的切實(shí)可行的能效指標(biāo)，有利于引導(dǎo)行業(yè)有序健康的發(fā)展。

作為GB 21518 的配套政策，2016 年6 月1 日正式實(shí)施的《能源效率標(biāo)識(shí)管理辦法》（第35 號(hào)令）以及CEL 018—2016《交流接觸器能源效率標(biāo)識(shí)實(shí)施規(guī)則》明確規(guī)定所有上市的接觸器產(chǎn)品必須施加能效標(biāo)識(shí)，如圖1 所示。能效標(biāo)識(shí)設(shè)有二維碼區(qū)域。消費(fèi)者及執(zhí)法部門可以通過掃描二維碼，進(jìn)入能效標(biāo)識(shí)信息平臺(tái)，獲取用能產(chǎn)品的能效信息、能效備案號(hào)、產(chǎn)品能效質(zhì)量抽查情況。交流接觸器使用的能源效率標(biāo)識(shí)的吸持功率標(biāo)注值應(yīng)符合GB 21518 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 交流接觸器能效標(biāo)識(shí)樣式示例

1.5 試驗(yàn)和計(jì)算方法

新標(biāo)準(zhǔn)參考引用GB/T 14048.4—2020《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-1 部分：接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器機(jī)電式接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器（含電動(dòng)機(jī)保護(hù)器）》，對(duì)試驗(yàn)方法做出修訂，增補(bǔ)了計(jì)算方法。

1）增補(bǔ)了抽樣要求。明確了同一殼架接觸器具有不同額定控制電源電壓（U）不同主電路額定工作電流（I）時(shí)，應(yīng)按以下方式進(jìn)行試驗(yàn)：額定控制電源電壓規(guī)格數(shù)量小于5 時(shí)，應(yīng)抽取最大額定控制電源電壓、最小額定工作電流的接觸器進(jìn)行測(cè)試；額定控制電源電壓規(guī)格數(shù)量大于或等于5 時(shí)，應(yīng)抽取5 個(gè)樣品，其中一個(gè)為最小額定控制電源電壓，一個(gè)為最大額定控制電源電壓，另外抽取3 個(gè)制造商認(rèn)為吸持功率較大的額定控制電源電壓規(guī)格，對(duì)每個(gè)電壓規(guī)格選取最小額定工作電流的接觸器進(jìn)行測(cè)試。

2）增補(bǔ)了試驗(yàn)方式。明確了同一殼架接觸器的額定控制電源電壓為一個(gè)范圍時(shí)，應(yīng)按以下方式進(jìn)行試驗(yàn)，并取最大值作為該寬電壓規(guī)格的吸持功率：當(dāng)額定控制電源電壓范圍的上限值為下限值的2 倍及以上時(shí)，分別在電壓范圍的上限值和下限值進(jìn)行測(cè)試；當(dāng)額定控制電源電壓范圍的上限值為下限值的2 倍以下時(shí)，在電壓范圍的上限值進(jìn)行測(cè)試。

3）修訂了試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)境要求。新標(biāo)準(zhǔn)將舊版中環(huán)境溫度“（20±5）℃”更改為“（23±3）℃”，明確試驗(yàn)應(yīng)在環(huán)境溫度23℃±3℃條件下進(jìn)行，測(cè)試電源應(yīng)有足夠的容量。試驗(yàn)中，其主電路或控制電源電路中不應(yīng)有任何負(fù)載。在接觸器控制電路輸入端施加額定控制電源電壓，測(cè)量接觸器閉合狀態(tài)下的吸持功率，接觸器試驗(yàn)接線圖見圖2。

圖2 試驗(yàn)接線圖

4）增補(bǔ)了控制電路電流測(cè)試要求。明確在接觸器控制電源端通電后，控制電路輸入端電流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行控制電路電流的測(cè)試并取值。

5）考慮到測(cè)量準(zhǔn)確度，增補(bǔ)了吸持功率測(cè)量的不確定度要求。明確測(cè)試吸持功率的測(cè)量不確定度應(yīng)小于5%。吸持功率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)按四舍五入法取小數(shù)點(diǎn)后一位。

不確定度是指由于測(cè)量誤差的存在，對(duì)被測(cè)量值的不能肯定的程度。反過來，也表明該結(jié)果的可信賴程度。它是測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。不確定度越小，測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值愈接近，質(zhì)量越高，水平越高，其使用價(jià)值越高；不確定度越大，測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量越低，水平越低，其使用價(jià)值也越低。在報(bào)告物理量測(cè)量的結(jié)果時(shí)，必須給出相應(yīng)的不確定度，一方面便于使用它的人評(píng)定其可靠性，另一方面也增強(qiáng)了測(cè)量結(jié)果之間的可比性。

交流接觸器吸持功率測(cè)量不確定度評(píng)定可參考JJF 1261.18—2017《交流接觸器能源效率計(jì)量檢測(cè)規(guī)則》附錄A 中給出的示例。

6）增補(bǔ)了吸持功率的計(jì)算方法。明確接觸器吸持功率（Sh）為額定控制電源電壓（Us）和額定控制電源電壓下的控制電流的有效值（I）相乘后計(jì)算得來。根據(jù)計(jì)算得出的吸持功率實(shí)測(cè)值，對(duì)照GB 21518—2022 表1 中相應(yīng)的額定工作電流等級(jí)，判定接觸器的能效等級(jí)。

2 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家將交流接觸器產(chǎn)品列入第五批能效標(biāo)識(shí)產(chǎn)品目錄，于2010 年開始實(shí)施對(duì)該產(chǎn)品的能效標(biāo)識(shí)管理。節(jié)能減排是國(guó)家提倡的方針政策，接觸器作為一類主要的低壓電器產(chǎn)品，其能效要求也應(yīng)隨著技術(shù)及市場(chǎng)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。目前我國(guó)節(jié)能型交流接觸器（能效等級(jí)為1、2 級(jí)）已經(jīng)有一定的市場(chǎng)，但還不夠普及，傳統(tǒng)型交流接觸器占主導(dǎo)地位。新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施有利于新1、2 級(jí)能效接觸器的推廣，促進(jìn)節(jié)能型接觸器的廣泛應(yīng)用。