1 引言
應(yīng)用在智能電表[1]上的磁保持繼電器分流片與接線端子的連接,均是依靠在分流片和接線端子打一個直徑為 4~5 mm 的螺絲孔,然后靠螺絲和彈性金屬墊片進(jìn)行物理鏈接。但眾所周知的是,金屬導(dǎo)體因?yàn)榇蚩椎拇嬖?,通電截面積下降,內(nèi)部的導(dǎo)電性能必然下降,電阻變大;即使連接時所使用螺絲和墊片也是金屬的,但由于金屬材質(zhì)的不同,加之螺絲表面不可能加工的十分光滑,所以很難保證其導(dǎo)電性良好;并且在運(yùn)輸?shù)倪^程中,由于顛簸震動等因素的存在,螺絲接觸很有可能變松,松動后,分流片和端子之間就變成了不良接觸,這些原因,都會導(dǎo)致連接處的電阻變大[2-5]。
對于電表而言,通電端子會在使用中會傳導(dǎo)比較大的電流,而根據(jù)電能產(chǎn)生熱能的公式(1)。
、
Q = I2×R×t(1)
其中,I 為電流,R 為導(dǎo)體電阻,t 為通電時間。由于螺絲連接處的電阻變大,那么此處的發(fā)熱也十分嚴(yán)重。給一只電表輸入 60 A 的通電電流時,在室溫 21 ℃ 的情況下,15 分鐘后,螺絲的點(diǎn)的溫度可以升高到 43 ℃。這個熱能由于在電表殼體內(nèi)密封,很難通過熱導(dǎo)將其向外傳遞,因此,極大的會影響電表內(nèi)部元件的正常使用。而如果用焊接方法解決的話,也會帶來兩個問題:
(1)繼電器分流片與表殼所帶端子通常為兩個生產(chǎn)廠家,對于安裝調(diào)試來說幾乎是不可調(diào)和的,不論讓哪一方完成焊接都難以實(shí)現(xiàn),如果焊接,分流片出現(xiàn)問題則無法更換。
(2)即使是焊接,但是由于助焊劑、焊接工藝的問題,在長期的電流發(fā)熱狀況下,其焊接處會出現(xiàn)異常狀況,這種狀況既不可逆,又無法處理。
2 改進(jìn)方案
為了解決智能電表上的磁保持繼電器分流片與接線端子的連接發(fā)熱問題,本方案改進(jìn)現(xiàn)有的繼電器分流片和端子的形狀,并提供一種易行可靠的連接方法,使得繼電器分流片和通電端子良好連接,不會因?yàn)檫B接問題而增加額外的阻抗,從而避免額外的發(fā)熱。
2.1 方案構(gòu)成
這種用于智能電表上分流片與接線端子的連接結(jié)構(gòu),其特征如圖 1 所示,圖 1(a)為彈性鋼卡夾,其卡夾具有夾持部和接線端;圖 1(b)為分流片的連接端子具有齒條結(jié)構(gòu),與所述端子連接圖 1(c),接線端子具有齒條結(jié)構(gòu),連接端子的齒條結(jié)構(gòu)與接線端子的齒條結(jié)構(gòu)嚙合連接,嚙合連接處夾持所述卡夾的夾持部;圖 1(d)為各主要結(jié)構(gòu)原件組裝完成后的效果圖。
2.2 檢測方法
以檢測一只 5(60) A 使用 300 μΩ 繼電器分流片的電表為例,結(jié)合圖 1 中的(d)圖。
(1)先安裝在彈性鋼卡上的檢測線連接至電表MCU 的電壓檢測或者獨(dú)立的 AD 檢測處。
(2)通過實(shí)際測量,當(dāng)一只電表選用一個 300 μΩ 繼電器分流片時,與接線端子可靠連接后(我們選擇焊接時測量的值作為參考量),從接線端子最下端(即接線端子 2 中的下方螺絲孔處)測量,其總電阻最大阻值不超過 500 μΩ。那么就說明,如果使用彈性鋼卡將繼電器分流片和接線端子連接后,其最大阻值應(yīng)該在 500 μΩ 左右。
(3)在電表校驗(yàn)時需要接入最大電流 Imax =60 A 時,檢測安裝在兩只彈性鋼卡上的檢測線之間的電壓,計(jì)算過程如下。
一個 300 μΩ 的繼電器分流片在 60 A 電流時分壓的電壓應(yīng)該為(2)。
V1=(300×10-6 Ω)×60 A=0.018 V(2)
而其在最下端時,繼電器分流片在 60 A 電流時分壓的電壓應(yīng)該為(3)。
V2=(500×10-6 Ω)×60 A=0.030 V(3)
檢測安裝在兩只彈性鋼卡上的檢測線之間,通過 MCU 或者獨(dú)立的 AD 檢測處,實(shí)際測量的電壓為 V。
通過比較這三個量之間的關(guān)系得到以下關(guān)系。
當(dāng) V>V2 時,則說明繼電器分流片的連接端子和接線端子沒有可靠連接,因而阻值超過正常值,電表會有發(fā)熱異常的隱患,應(yīng)當(dāng)重新連接或更換部件。
當(dāng) V1<V<V2,則繼電器分流片的連接端子和接線端子連接可靠,彈性鋼卡處的分壓正常。
當(dāng) V3<V1 時,則繼電器分流片的阻值偏小,為不合格產(chǎn)品。
通過實(shí)驗(yàn),如果還按照原有的打孔螺絲鏈接,還在電表接入 60 A 時電流時,經(jīng)測量最下端的電壓可以達(dá)到 VL=0.092 V。通過和本方案的比較可以看出,如果用螺絲鏈接,發(fā)熱量將是本方案的 VL/V2=0.092 V / 0.030 V=3.06 倍,可見,本方案是有效可以降低電表發(fā)熱的一種方式。
2.3 方案變形
如果在 DRAM 中存在超標(biāo)情況,例如:內(nèi)部不論是否通過彈性鋼卡連接,凡是通過測量繼電器分流片兩端電壓而對繼電器分流片連接異常進(jìn)行判斷的。本文檔給出的是火線處繼電器分流片的檢測,對于零線處同樣可以按此方式檢測。結(jié)合圖 2,即使在不適用繼電器的分流器連接檢測中,也同樣可以采用這種方法。
3 結(jié)語
本方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)連接可靠,接觸面積大,并且不需要打孔,不改變導(dǎo)體形狀,不會因?yàn)樯a(chǎn)安裝的原因帶來其接觸部位的電阻變大,導(dǎo)致發(fā)熱。(2)彈性鋼卡為彈性材料,不會因?yàn)轭嶔ぁ⒄饎拥仍蛩蓜?。?)安裝便捷,出現(xiàn)故障維修方便。(4)可以在校表過程中,檢測出繼電器分流片和端子連接的異常,從而判斷出電表是否會在此處發(fā)熱。(5)通過該方式,使得在生產(chǎn)過程中就能通過校表等過程直接篩選出可能會出現(xiàn)發(fā)熱的表計(jì),從而保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
參考文獻(xiàn)
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原文標(biāo)題:智能電表中繼電器分流器的改進(jìn)設(shè)計(jì)
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