淺談智能電表中繼電器分流器改進(jìn)方案和檢測(cè)方法

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(gè)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)榇蚩椎拇嬖冢娊孛娣e下降，內(nèi)部的導(dǎo)電性能必然下降，電阻變大；即使連接時(shí)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(dòng)等因素的存在，螺絲接觸很有可能變松，松動(dòng)后，分流片和端子之間就變成了不良接觸，這些原因，都會(huì)導(dǎo)致連接處的電阻變大[2-5]。

對(duì)于電表而言，通電端子會(huì)在使用中會(huì)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(shí)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(shí)，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(gè)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(huì)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(huì)帶來兩個(gè)問題：

（1）繼電器分流片與表殼所帶端子通常為兩個(gè)生產(chǎn)廠家，對(duì)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(zhǎng)期的電流發(fā)熱狀況下，其焊接處會(huì)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(huì)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(cè)方法

以檢測(cè)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(cè)線連接至電表MCU 的電壓檢測(cè)或者獨(dú)立的 AD 檢測(cè)處。

（2）通過實(shí)際測(cè)量，當(dāng)一只電表選用一個(gè) 300 μΩ 繼電器分流片時(shí)，與接線端子可靠連接后（我們選擇焊接時(shí)測(cè)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(cè)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(shí)需要接入最大電流 Imax ＝60 A 時(shí)，檢測(cè)安裝在兩只彈性鋼卡上的檢測(cè)線之間的電壓，計(jì)算過程如下。

一個(gè) 300 μΩ 的繼電器分流片在 60 A 電流時(shí)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(shí)，繼電器分流片在 60 A 電流時(shí)分壓的電壓應(yīng)該為（3）。

V2＝(500×10-6 Ω)×60 A＝0.030 V（3）

檢測(cè)安裝在兩只彈性鋼卡上的檢測(cè)線之間，通過 MCU 或者獨(dú)立的 AD 檢測(cè)處，實(shí)際測(cè)量的電壓為 V。

通過比較這三個(gè)量之間的關(guān)系得到以下關(guān)系。

當(dāng) V＞V2 時(shí)，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(huì)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(shí)，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(shí)電流時(shí)，經(jīng)測(cè)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(cè)量繼電器分流片兩端電壓而對(duì)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(cè)，對(duì)于零線處同樣可以按此方式檢測(cè)。結(jié)合圖 2，即使在不適用繼電器的分流器連接檢測(cè)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(huì)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(huì)因?yàn)轭嶔ぁ⒄饎?dòng)等原因松動(dòng)。（3）安裝便捷，出現(xiàn)故障維修方便。（4）可以在校表過程中，檢測(cè)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(huì)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(huì)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)

[1] 王思彤,周暉,袁瑞銘,易忠林.智能電表的概念及應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(04):17-23.

[2] 王甲,阮頤,宋文博,楊興智.一種基于M-BUS通信技術(shù)和圖像識(shí)別算法的攝像式水表設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù),2017(06):5-8.

[3] 王甲,阮頤.一種簡(jiǎn)化型M-BUS通信芯片設(shè)計(jì)[J].集成電路應(yīng)用,2017,34(01):33-35.

[4] 王甲,宋文博,阮頤,宋清亮.磁阻傳感器在電子式水表、氣表中的應(yīng)用研究[J].集成電路應(yīng)用,2017,34(04):40-42.

[5] 王甲,傅代軍,阮頤,宋文博.一種單IO口控制的繼電器驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)思路[J].集成電路應(yīng)用,2017,34(05):27-29.