开关标准之解析

1、电气装置的开关标准之解析开关是家家户户所必需的建筑电气产品，所有的灯要亮起来，都少不了开关。所以，松下幸之助就曾经说过“开关是墙上的一面旗帜”。2003年5月26日国家质检总局发布了GB 16915.1-2003家用和类似用途固定式电气装置的开关 第1部分：通用要求，规定该标准于2004年1月1日实施。此标准代替GB 16915.1-1997。为了使广大同行加深对新标准理解和认识，笔者根据自身多年的实践工作经验，及对我国标准的理解，和对国际电工标准IEC 60669标准的认识，对新标准作一全面地解析，以期能够对新标准作一简明且清楚的诠释。但是，由于新技术、新材料的不断出现，产品标准也随之在不断

2、发展，检测技术也在不断完善，所以，笔者希望抛砖引玉，与同行共同学习理解新标准，同时，也希望广大同行能够给予批评指正。第一部分 简 况世界各国所用的开关标准众多，如，我国采用GB 16915.1-2003、英国用BS 3676-1:2000 （BS EN 60669-1:2000）、德国为DIN 0632 Teil 1 （DIN EN 60669-1）、澳洲采用AS 3133:2003、国际电工标准IEC 60669-1:2000，等等。各个标准既有相同之处，又有不同点，总之都主要是从安全角度去建立标准体系和测试要求的。这里将我国现有的开关标准进行归纳如下：一、标准系列：1、通用要求（GB 16

3、915.1-2003）适用于户内或户外使用的，仅用于交流电、额定电压不大于440V，额定电流不大于63A的家用和类似用途固定式电气装置的手动操作的一般用途开关。装有无螺纹端子的开关的额定电流限为最大16A。亦适用于开关安装盒。还适用于： 装有信号灯的开关； 电磁遥控开关； 装有延时装置的开关； 带有开关和其他功能组合的开关； 电子开关； 装有软缆保持装置或软缆出口装置的开关。2、电子开关（GB 16915.2-2000）适用于户内或户外使用的，家用和类似用途固定式电气装置的电子开关或相关的电子辅助装置。适用于操纵照明电路、控制灯的亮度（调光器）、控制电动机（如排气扇等用的）转速和作其他用途（如

4、电热装置）的电子开关，这些开关的工作电压不超过交流250V，额定电流不超过16A。上述的操纵和控制是人为地通过起动元件、传感面和传感装置，借助于触摸、接近、旋转、光、声、热或其他影响等方式来实现的。3、遥控开关（GB 16915.3-2000）适用于额定电压不超过440V、额定电流不超过63A的电磁遥控开关；并适用于额定电压不超过250V、额定电流不超过16A的电子遥控开关；这两种遥控开关是供户内或户外使用的家用和类似用途固定式电气装置使用的。4、延时开关（GB 16915.4-2003）适用于额定电压不大于440V、额定电流不大于63A，用于家用和类似用途供户内或户外使用的固定式电气装置上用

5、手动和/或遥控操作并装有机械的、热的、气动的、液压的或电操作的延时装置，或上述中任意组合的延时装置的延时开关。二、产品概况：1、主要产品有（按操作方法分类）：（1）旋转开关（如，控制风扇风速的调速开关、控制灯的亮度的调光开关）（2）倒扳开关（3）跷板开关（常见的墙壁开关）（4）按钮开关（如，门铃开关）（5）拉线开关（老式的灯开关）2、开关的基本结构：传统机械式开关产品一般由面板、底座、触头组成，其中，特别是触头的好坏决定着开关产品性能的优劣。电子开关一般由面板、底座、电子控制和导通机构组成。第二部分 标准要求一、标志（第8章）目的：标志可以指导消费者正确安装、使用和维修产品，是确保人身财产安全

6、的极其重要的标准内容。要使用正确的标志，标志符号的位置要明显，且应经久耐用，清晰可辨。问题1：需要标注哪些标志？（1）重要的三个标志： 商标（识别标志） 型号（可以是产品目录编号） 电气参数（电流、电压、电源性质）（重要：凡电流不超过16A的开关（除瞬动式开关（如，门铃开关），均要打“AX”标志，见标准6.2条）（2）其它标志： 小间隙结构的符号（m） 微间隙结构符号（） 带有无螺纹端子的开关如果仅适于连接硬导线，则应标出仅能连接硬导线的标志 导线插进无螺纹端子（如有）之前应剥去的绝缘长度问题2：标志要标在哪里？一些标志要标在开关主要部位上： 额定电流、额定电压和电源性质符号 制造商或代理商的

7、名称、商标或识别标记 导线插进无螺纹端子（如有）之前应剥去的绝缘长度 小间隙结构、微间隙结构或半导体转换器件的符号 型号问题3：如何理解“主要部位”？“主要部位”是指开关中带有触头的部件，或与触头成一整体的任何部件。如，开关功能件、底座等。问题4：外壳上需要标志吗？组合式开关的可拆卸的外壳上的标志：商标（或识别标志）和型号。问题5：哪些开关需要接通指示？代号为2、3和03的开关（多极开关，如，两极开关），和额定电压大于250V或额定电流大于16A的开关的标志，均应清楚地标示出起动元件朝不同的位置移动的方向或开关的实际位置。开关接通指示的三种表示方式： on/off 指示灯 O/1问题6：对开关

8、标志的试验有哪些？擦拭试验：对不是钢印打印、铸造的、压铸的或刻印的标志（如，丝印、胶合标签、水滑板印、喷墨等），要用浸透水、汽油的布片各擦拭15s。试验后，标志或符号仍应清晰明了；如果有标志牌，不应发生卷边现象。二、防触电保护（第10章）目的：通过试验、材料分析、结构检查，防止在使用中产生触电事故。问题1：如何进行试验指试验？两种试验指：有节试验指（触及试验）、无节试验指（压力试验），见下图。安装：按正常使用时垂直安装，如，模拟产品安装在墙面上。无节试验指有节试验指触及试验：试验设备需要接通指示试验仪；合格判断：试验指不应触及带电部件。压力试验：试验指不应触及带电部件。试验原理图：问题2：起动

9、元件（操作部件）应是什么材料制成？起动元件（操作部件），如，旋钮、操作杆、按钮、跷板等，应为绝缘材料制品，起动元件（操作部件）如果是金属材料制品就必须用双重绝缘或加强绝缘将它们的易触及的金属部件与开关机构的金属部件隔开，或将它们的易触及金属部件牢靠接地。问题3：开关的外部部件（如，外壳）应是什么材料制成？额定电流不大于16A的普通开关的易触及部件（即，外部部件，如外壳）应由绝缘材料制成，除了，（1）金属盖或盖板要用由绝缘衬垫或绝缘隔层构成的附加绝缘来保护（2）应在固定金属盖或盖板的同时将盖或盖板接地。接地连接应是低电阻连接，电阻值不应超过0.05。带电端子问题4：目前，我国的拉线开关是否符合标

10、准要求？不符合防触电要求，见下图原因：老式拉线开关（黑色胶木）在更换拉线时，使用者会触及带电部件。三、接地措施（第11章）目的：保证接地良好，在发生短路时，能够将电流引向大地。问题1：哪些开关要考虑接地措施？金属部件（如，金属面板、金属框架）：绝缘失效时会变成带电的易触及金属部件，应装有接地端子或连接到接地端子。四、端子（第12章）目的：端子是开关中一个至关重要的接线部件，直接关系到开关的安全和使用性能。本章对端子的考核非常全面，也很严格，有接线容量的测试、导线拉出测试、导线损伤程度的检查、力矩测试、无螺纹端子的电应力和热应力测试、无螺纹端子的弯曲测试等。问题1：端子有哪些类型？（1）螺纹夹紧

11、型端子：主要有柱型、螺钉、螺栓、鞍型、接片、罩式端子等。在开关产品中，使用的端子主要是柱型、螺钉端子。柱型端子：这种端子是使用最为广泛的一类端子，见下图。螺钉和螺栓端子：螺钉端子目前也使用较普遍，螺栓端子在开关产品中使用很少，见下图。（2）无螺纹型端子：国内俗称“直插式端子”。请特别留意，标准明确规定：装有无螺纹型端子的开关的额定电流限为最大16A。由于国内的无螺纹端子结构是压紧片和导线之间线接触的形式，接触面较小，接触电阻较大，发热较高，所以笔者认为此类端子不适合用于大电流的电器环境下，如，空调器的电气接线等。但是，由于无螺纹型端子安装比较方便、简单，施工工地的电工比较喜欢使用这种直插式端子

12、的开关。一般而言，螺纹型端子（如，柱型端子）中螺钉与导线间的接触面大，压接良好，从安全角度考虑，笔者建议用户最好还是使用螺纹型端子。问题2：开关应接什么样的导线？根据电流的大小，选取合适的连接导线，即接线容量，见标准表2。如，10A开关应能接1.02.5mm2的导线。这是检查端子的接线孔要足够的大，才能容纳规定截面积的导线。注意，这里的连接导线一般为硬导线（包括，单芯或绞合导线），因为此类开关一般是用于建筑工程上，而建筑上使用的电线一般为硬导线。问题3：对端子螺钉有哪些要求？螺钉和螺母的螺纹、螺矩和机械强度应符合我国普通螺纹标准的要求。螺钉不应是软的或易于蠕变的金属（如，锌或铝）来制造，但可以

13、用黄铜、A3铁等来制造。问题4：如何保证螺纹夹紧型端子应能夹紧导线而不过度损伤导线？对该项目的检查要通过旋转拉力试验，试验装置是检查导线损伤程度的试验装置，见标准图10。根据导线不同的截面积，使用不同直径孔的套管，不同的高度，挂上与导线对应的砝码。旋转速率：（102）r/min，持续15min，如，对1.0 mm2，套管孔直径6.5mm，高度260mm，砝码0.4kg。试验期间，导线不得脱出或断开问题5：如何进行导线拉出试验？此测试项目关注的是导线应能可靠牢固地夹紧在端子里，从而保证良好的接触。测试方法详见标准第12.2.6条，对端子施加轴向拉力（力的大小见标准表5），1min。试验期间，导线

14、不应在端子里明显移动。这里请注意，如果夹紧件是夹两根导线的，应依次向每根导线施加相应的拉力。如，对螺钉端子（见问题1图示）是要拉多次的，两边的插线孔都要检查，而且要考虑到多种复杂的接线情况：接一根线的情况、两根线的情况、接最小导线的情况、接最大导线的情况、同时接最小和最大导线的情况，所以测试是很多的。问题6：对接地端子材料有哪些要求？接地端子的零件应能防腐蚀： 本体应以黄铜或其他耐腐蚀性材料制成； 如果本体是铝合金框架或外壳的一部分应有措施防止铜铝接触引起的腐蚀。（因为铜铝接触会起化学反应）问题7：导线插入时的距离要求？柱型端子的夹紧螺钉与导线完全插入时导线端部之间的距离应至少为图1的规定值。

15、注意：夹紧螺钉与导线端部之间的最小距离，仅适用于导线不能直接穿过的柱型端子。即，不适用于穿通式端子。但是，注意，对某些穿通式端子，当导线插入后，可能触及不同极性的带电连接条或部件，从而造成短路，或是电气间隙的减小，可能会引起事故。问题8：无螺纹端子电应力和热应力试验如何进行？两个试验：试验a)，按表8通以试验电流，电流不流经开关，仅流经端子。通电时间一结束，立即测出在通过额定电流的情况下每个无螺纹端子两端的电压降，电压降不应超过15mV。试验b) ，测出第192个周期（每个周期中，通电30min，断电30min）后的电压降（见图片）， 要求：电压降22.5mV或第24个周期之后测得值的两倍，二

16、者中，取较小值。问题9：无螺纹端子的弯曲试验装置应注意的问题？试验装置见标准图11，该装置应能使插入到端子的导线朝每个方向相差30度5度的12个方向中任一方向弯曲。五、结构要求（第13章）目的：通过检查开关的结构，确保开关符合基本的安全要求。问题1：结构上有哪些基本要求？开关的结构应： 易于将导线插入和连接到接线端子里； 使导线正确定位； 易于将开关固定到墙壁上或固定到安装盒里； 底座的底面与底座的安装表面之间，或底座的各边与外壳（盖或安装盒）之间有足够的空间，使开关在安装好之后，导线的绝缘不会压着不同极性的带电部件或机构中的运动部件。（但是，目前很多明装式开关（特别是和插座组合在一起的产品）

17、很难达到要求，其开关功能件与外壳之间的空隙太小，造成连接导线挤在一起，有产生短路、或是积热的隐患。）明装式的开关在安装过程中，固定件不会损伤电缆绝缘。结构A的开关应不用移动导线便可将盖或盖板定位或拆掉。问题2：如何固定盖或盖板？盖或盖板的脱出试验，见标准表11。要参照第20章中相关条款一同测试，主要为：第20.4条、第20.5条、第20.6条、第20.7条、第20.8条。（这里说明了标准是一个严密的整体，条款之间有内在的联系，研究标准时要上下内容结合在一起考虑，不能只考虑独立的章节。）问题3：旋转开关的拉力试验？此试验的目的是避免用户在操作旋钮过程中，将旋钮拉出，从而，触及带电部件，造成事故。

18、所以，要求旋转开关的旋钮应与操作机构的轴或部件牢固的耦合。试验方法：向旋钮施加100N的轴向拉力1min。将仅有一个操作方向的开关的旋钮朝相反方向旋转100次。试验期间，旋钮不应脱出。问题4：组合开关的安装？组合装置在设计上应能保证每个底座正确定位。每个底座的固定与整个组合装置在安装表面的固定应是相互独立的。六、机构（第14章）检查要点：1、开关的起动元件在被释放时应能自动地处于与动触头相应的位置，拉线开关和单按钮开关（如，门铃开关）的起动元件可以处于单一静止位置。2、一般情况下，开关的动触头只能静止于“通”或“断”的位置上。3、代号为2、3、03和6/2的开关的所有极应基本上同时接通和断开。

19、这要求开关的触头机构操作是同步，而且结构的设计合理，如果不能同时接通和断开，就会在断口处造成过大的拉弧，对触头的损伤严重，从而影响到开关的使用寿命，甚至会影响操作者的人身安全。4、拉线开关的拉力试验：在两个方向上施力： 垂直地施加45N的力， 65N的力在455方向。注意：这里要求测试时，开关“按正常使用要求安装”是指“按制造商的规定安装”，因为拉线开关可能是垂直于墙面安装，也可能是吊于天花板上，所以要考虑到实际使用情况。七、耐老化、防有害进水和防潮（第15章）目的：开关进行老化、防潮试验主要是对其绝缘材料进行考核，测试绝缘材料耐老化性能、耐候性、吸水性能等。（参见拙作：电器附件产品常用塑料分

20、析）试验1：老化试验：开关和开关盒放置在温度为70的加热箱中7天(168h)，取出后，放置4天（96h）。试验后，试样： 不应有可见裂痕 材料不应发粘、变腻 不应留有布痕（用5N的力压试样） 不应有不符合标准要求的损坏试验2：防潮开关应能耐受得住正常使用时可能出现的潮湿潮湿处理在潮湿箱里进行，箱内空气温度在402，空气相对湿度应维持在91%95%之间将试样放进潮湿箱里： 普通开关：2d(48h) 非普通开关：7d(168h)（非普通开关：一般指有防水要求的开关）注意：不用工具即可拆下的部件要拆下（如，某些仅装饰用的面框）并与主要部件一起经受潮湿处理，使之充分受潮。八、绝缘电阻和电气强度（第16

21、章）注意：绝缘电阻和电气强度是紧接着防潮试验之后进行的。并在将不用工具即可拆下的部件和为了试验而拆下了的部件重新装配好之后进行。试验1：绝缘电阻：施加500V d.c.的电压1min，量出绝缘电阻。验证绝缘电阻用的试验电压施加点见标准表13。试验仪器可用兆欧表。试验2：电气强度：基本要求：开关应有足够的电气强度。开关经受基本正弦波，频率为50Hz或60Hz表13规定的电压1min，不发生击穿或闪络。试验方法：电压施加的几个重要部位如下：（1）开关处于“通”的位置：所有连接在一起的极与本体之间；（2）开关处于“通”的位置：依次在每极与所有连接到本体的其他极之间；（3）开关处于“断”的位置：开关处

22、于“通”的位置时，电气连接在一起的端子之间。对一般开关，试验电压值应为2 000V。试验设备：通常用耐压试验机，要注意耐压试验机升压变压器的容量500VA，整定电流100mA。若绝缘材料中含有太多金属杂质（如，在制造过程中混入的细小金属物质），或是带电部件之间的爬电距离过小，都有可能出现被击穿现象。九、温升（第17章）目的：这个试验对开关产品来讲是一个非常重要的安全性能试验，它模拟实际使用情况，产品通电后发热，测试积热是否会超标，从而探究造成事故的可能性。因为如果开关在使用中过热的话，一方面对绝缘材料造成严重的影响，使材料很快老化、变质；一方面有可能会烫伤用户。所以，标准要求开关的结构应能确保

23、其在正常使用时温升不会超过规定值。进行温升试验时，应注意以下方面：（1）安装方式：将开关按正常使用要求垂直安装，接上标准表14规定的PVC绝缘的硬的铜导线。连接开关的电缆要从安装盒顶部进入。这是模拟开关装在墙面上的进线方式。（2）试验用安装盒：这是模拟一个墙面条件的盒子，由灰泥和松木槽组成。开关要装在此安装盒里，人为模拟热量在盒子里聚集。注意：在安装盒里，每根导线长度为80mm10mm。（3）试验区域：在不通风的环境里进行试验，尽量避免空气的流动对试验结果的影响。端子的温升不应超过45K。十、通断能力（第18章）目的：开关应有足够的通断能力，以避免由于分断能力不足，当遇到电路异常情况时，触头熔

24、焊在一起，不能正常分断电路。本试验是模拟电路出现异常情况（如，负载出现异常情况、供电电路出现异常过高电压）时，需要即时分断电路时，开关应能顺利地断开，否则就会造成危险或损失。标准要求开关在经受本试验后，应不出现影响继续使用的损坏。试验1：异常状态（过电压、过电流）试验（因为此试验是在超过额定电压、超过额定电流的条件下的测试，属于非正常使用条件，笔者认为这种条件是异常情况，故定义为异常状态试验。）开关接上同第17章温升试验规定的导线，装在专用试验设备（如，开关耐久性试验机，要求该试验机应使开关的起动元件操作平稳，既不会影响开关机构的正常操作，又不会阻碍起动元件的自由移动）上，在1.1倍额定电压和

25、1.25倍额定电流，功率因数为0.30.05的条件下，经受200次操作试验。操作速度要均匀：额定电流不超过10A的开关，每分钟30次操作（即，每分钟15个循环）；额定电流超过10A但小于25A的开关，每分钟15次操作（即，每分钟7.5个循环）；额定电流不小于25A的开关，每分钟7.5次操作（即，每分钟3.75个循环）。试验期间，不应出现持续的闪弧。试验之后，开关不应有任何会不利于继续使用的损坏，如跷板不能操作、不能接通电路等现象。试验2：钨丝灯负载试验额定电流不大于16A、额定电压不大于250V开关，和代号为3和03的且额定电压大于250V的开关，需要进行此试验。试验条件：以额定电压和1.2倍

26、额定电流的钨丝灯负载进行试验。这里需注意的是试验电压为钨丝灯的额定电压。可用的短路电流为至少1 500A。试验用若干个200W钨丝灯来进行，例如10A250V的开关进行试验时，钨丝灯的额定电压为240V，灯的个数应为：开关经200次操作试验（此处试验条件同18.1条，如，操作速度）。试验期间，不应出现持续的闪弧，触头不应熔焊。相关概念介绍：1、对“一次操作”的理解根据平常的认识，开关的操作是一个循环是一次操作，所以标准规定200次操作是进行200个循环。但是，这种理解是不符合标准的，在标准第3.2条明确规定：“一次操作：动触头由一个位置到另一位置的位置转移”，即，打开开关算一次操作，关断开关算

27、另一次操作，所以，一个循环是两次操作，标准规定200次操作是进行100个循环。2、对功率因数的要求，如，在异常状态试验中功率因数为0.30.05。由于开关实际控制的电路中大量存在电感/电容元件，而非纯阻性电路。由于电容/电感是储能元件，它们会给开关触头在接通/分断时造成严重损伤。当开关接通电感性电路时，若负载无源，电感有抑制电流增长的作用；若负载有源，则因起动电流甚大而易发生熔焊。当接通电容性负载时，涌流的出现也易导致触头熔焊。3、触头的熔焊在标准耐久性测试中，经常会出现“熔焊”一词，那么什么是“熔焊”呢？熔焊是指动静触头因被加热而熔化、以致焊在一起无法正常分开的现象。熔焊有静熔焊和动熔焊两种

28、：（1）静熔焊：触头在闭合状态下，如通过很大的短路电流或过载电流,使触头产生过热而熔化并焊为一体的现象。（2）动熔焊：当触头在闭合过程中，由于弹跳产生电弧，因电弧的高温作用使接触区局部熔化发生，使触头形成的熔焊的现象。触头被熔焊后，其焊接强度大于电器开关的机械分断力，触头就不能断开，就会有产生严重事故的可能。4、电弧在开关两个触头行将接触或开始分离时，只要它们之间的电压达1220V、电流达0.251A，就可以将触头间隙内介质和金属蒸气击穿，就会产生高温弧光，这就是电弧。电弧通常是有害的：1、因为其温度达成千上万K，足以烧伤触头、使之迅速损坏；2、它也能使触头熔焊、破坏开关电器的正常工作，甚或酿

29、成火灾及人员伤亡等严重事故；3、它还会产生干扰附近的通信设施的高次谐波。然而，电弧也有益处的，开关本身可借助它以防止产生过高的过电压和限制故障电流。4、开关触头材料采用具有优质性能的触头材料是改善开关性能，提高开关的使用寿命和制造出高技术经济指标开关产品的关键性措施之一。开关触头的性能，诸如接触电阻、温升、抗熔焊能力和抗侵蚀能力等，无不与其材料性能密切相关。对触头材料通常有下列要求：具有低的电阻率和低的电阻温度系数；具有高的最小燃弧电压和最小燃弧电流；具有高的热导率、比热容、以及高的熔点和沸点；具有高的抗氧化和抗化学腐蚀能力；具有适当的硬度和良好的工艺性能。显然，要求一种材料兼具所有上述性能并

30、不现实，所以实用上应根据主要矛盾选择触头材料。触头材料一般有纯金属、合金和粉末合金三类。在开关产品中常见的触头材料有银氧化镉、银氧化锌、银镍合金等。银氧化镉粉末合金：CAgCdO(12)：成分：Ag，杂质，CdO。其氧化镉含量为12%15%。氧化镉除在合金中起骨架作用外，还有下列作用：一是它具有较低的蒸气压，易为电弧热量所蒸发，从而去除接触面上的氧化物，并有助于吹灭电弧和驱使弧斑迅速移动，最终减小了电侵蚀量；二是其分解要吸收大量热能，有助于冷却及熄灭电弧；三是分散的镉微粒能增大触头表面熔融物粘度，减少液态金属喷溅；四是镉蒸气有部分会与氧重新结合，生成固态氧化镉沉积在触头表面，加强抗熔焊能力。其

31、缺点是镉蒸气有毒。近年来，此合金中还添加少许其他元素（硅、铝、钙）以细化晶粒，提高抗侵蚀性能。（注意：近期欧盟的RoHS和WEEE指令将“镉”纳入六种有害物质。）银氧化锌粉末合金：它抗熔焊、抗电侵蚀好，而且电导率高，常用于各种低压开关电器。银镍粉末合金：CAgNi：成分：Ag，杂质，Ni，其电阻率小，接触电阻小抗电侵蚀性能好，又无毒。十一、正常操作（第19章）目的：本试验是模拟开关的正常使用，检查其使用寿命、耐久性，其中有两个试验：（1）普通负载情况试验；（2）荧光灯电路负载试验。按标准第6.2条的要求，凡电流不超过16A的开关（除瞬动式开关（如，门铃开关），均要打“AX”标志，即除瞬动式开关（如，门铃开关），其余开关都要进行荧光灯负载试验（参见本解析的标志部分的说明）。即，对普通开关均需进行此项试验，国外相关试验室、知名企业对此试验都是非常重视。正常操作试验是开关产品重要的安全性能试验，它是开关的耐久性和寿命试验，考核开关能否经受得住正常使用情况的机械应力、电应力和热应力而不会出现过度的磨损或其他有害的影响。问题1：4万次寿命试验如何进行