王粵威 胡永樂 葛亮 劉杰 王霄

（珠海出入境檢驗檢疫局 廣東珠海 519087）

一種新型插座耐久性試驗的研究與分析

王粵威 胡永樂 葛亮 劉杰 王霄

（珠海出入境檢驗檢疫局 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對兩者進(jìn)行了對比試驗，試驗結(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。

彈簧機(jī)械裝置；插座；安全性；耐久性；節(jié)能效果

1 前言

目前我國插座行業(yè)的研究重點和發(fā)展方向主要為成型工藝及智能插座，通過不斷提高工藝水平和選用新型材料來增加插座的安全性、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］對兩者進(jìn)行的對比試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，從安全性、可靠性及節(jié)能效果三方面對兩者進(jìn)行深入對比分析，結(jié)果表明新型插座在此三方面均具有一定優(yōu)勢。該結(jié)構(gòu)插座填補(bǔ)了目前國內(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

我國傳統(tǒng)插座采用的型式一般如圖1所示，每個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，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)點在于生產(chǎn)工藝簡單，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，插頭以及插座彈片均會產(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，此時電流通過時就會產(chǎn)生比通常情況下更多的熱量，從而大大增加過熱和火災(zāi)的危險［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)的形變來夾持插頭（下稱彈簧插座）。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點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，對彈片會造成一定的磨損，但由于彈簧力的作用，插頭插座依然可以保持較好接觸，接觸電阻不會明顯增大，當(dāng)電流通過時不會產(chǎn)生過多熱量，從而大大減小過熱和火災(zāi)的危險。

圖2　彈簧插座的結(jié)構(gòu)

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

3 兩種插座的對比試驗

選取國內(nèi)某知名品牌的彈片插座與彈簧插座進(jìn)行對比試驗，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：

“（對插座進(jìn)行試驗用的）試驗插銷和（對帶彈性接地插套的插頭或非實心插銷的插頭進(jìn)行試驗用的）固定式插座，要在第4500個和第9000個行程之后更換。

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。

將插頭插入和拔出插座5000次（10000個行程），插拔的速率為：

——對額定電流不大于16A，額定電壓小于250V的電器附件，每分鐘30個行程；

——對其他電器附件，每分鐘15個行程。

注：一個行程就是插頭一次插入或者一次拔出［1］?！?/p>

根據(jù)試驗的可行性及研究重點，試驗方法參照上述要求：

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

表1　對比試驗結(jié)果

圖3　彈片插座試驗后的狀態(tài)

圖4　彈簧插座試驗后的狀態(tài)

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

表2　彈簧插座第一個試驗周期至溫升＞45K時的數(shù)據(jù)

隨著試驗的進(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)能效果的對比

通過以上試驗數(shù)據(jù)的對比，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：

4.1耐久性

彈簧插座正常操作的插拔次數(shù)達(dá)到27萬余次，而對比樣品僅為2萬余次，差距十分明顯。彈簧插座在耐久性方面的明顯優(yōu)勢取決于其結(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，彈簧插座在整個試驗過程中，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試驗過程中均小于對比樣品，且試驗前后接觸電阻的增幅也小于對比樣品。電流通過插頭插座時產(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為時間）確定，其一通過熱輻射和熱對流傳播到空氣中，其二通過熱傳導(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］。對同一插頭，當(dāng)電流恒定時，溫度的上升與接觸電阻成正比。接觸電阻越小，電流通過插頭插座時產(chǎn)生的熱量也越小，即過熱和火災(zāi)危險更小，使用更安全。

此外，從防觸電的角度分析，彈片插座在長期使用過程中，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。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，使用過程中更加安全。

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時產(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，使得該插座比彈片插座更加節(jié)能。以上述試驗所用的國內(nèi)某知名品牌彈片插座與彈簧插座對比，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可得：

Q彈簧插座/Q國內(nèi)某知名品牌彈片插座=R彈簧插座/R國內(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)生的熱量僅為該知名品牌彈片插座的63%，產(chǎn)生的熱量相對減少37%。以該知名品牌彈片插座為例，計算出由于接觸電阻造成的能耗（假設(shè)通過插座的電流I=10A，一天使用8h），由Q=I2Rt可得，一個插座一天產(chǎn)生的熱量Q=（102×0.019×8×3600）J=54720J，約0.0152千瓦時。根據(jù)上述分析，相對該知名品牌彈片插座而言，一個彈簧插座一天就可節(jié)能0.0152× 37%=0.0056千瓦時。雖然個體節(jié)能效果并不顯著，但如果彈簧插座在社會上得到廣泛使用，其節(jié)能效果非?？捎^。

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27萬余次，按每個插座每天插拔10次計算，至少可以使用70多年，這種優(yōu)勢使得其更加適用于使用特別頻繁的場所，例如火車站、飛機(jī)場和酒店。此外，彈簧插座能大大降低過熱和火災(zāi)的危險，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.淺談我國插頭插座結(jié)構(gòu)型式存在的幾點不足［J］.電子質(zhì)量，2011，11：68-72.

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

珠海出入境檢驗檢疫局科技計劃項目（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.