GB/T 2099.3-2015中14.23.2条款插头附加力矩量规设计

江朝军 刘水强 蔡军 李忠耀 刘 阳 陈 鹏

（1.公牛集团股份有限公司 慈溪 315314； 2.中国质量认证中心 北京 100000；3.中国电器科学研究院股份有限公司 广州 510300）

引言

GB/T 2099.1-2021[1]《家用和类似用途插头插座 第1部分：通用要求》已于2021年10月11日发布，而标准GB/T 2099.3正处于新版本的起草阶段，本文想通过对附加力矩量规的研究结果，推荐给标委会引入一种量规，用来测试本标准中第14.23.2条款中的“力矩”试验。

1 研究背景

1.1 标准背景

目前我国现行转换器产品国家推荐性标准为GB/T 2099.3-2015[2]；在本标准第14.23.2条款中，要求转换器要进行“力矩”试验。并明确，要采用满足标准要求的插头进行相应的试验。同时，在本条款注2中明确“代替相应的插头和线缆的量规，正在考虑中。”

而国际上，针对转换器产品的力矩试验，有部分国家标准，明确了附加力矩试验用量规。分别是BS 1363-3:2018[3]和 NF C 61-314:2017[4]，其中，BS 1363-3标准在1995版本中附加力矩测试已有量规测试的要求，NF C 61-314:2008版本中BB 14.23.2注2中描述：正在研究一种量规，以取代相应的插头和软缆，随后在NF C 61-314:2010版本中BB 14.23.2已增加附加力矩测试量规。

1.2 现行标准转换器力矩试验情况说明

GB/T 2099.3标准规定：“转换器的每个插座应先插合相应的插头，插头带有一根长1 m、符合60227 IEC 53 （RVV）标准的圆软缆，其标称横截面积为0.75 mm2。”转换器力矩试验要配有标称横截面积为0.75 mm2软缆的插头插入转换器进行试验。插头的质量与插头外形带来的“力臂”，将对试验结果产生影响。由于我国插头插座标准的历史背景以及和插头插座产品特殊的市场情况，GB/T 1002-2021[5]标准也未对插头的外形有规定。因此在进行力矩试验时，选择哪一种外形和质量的试验插头，可能影响试验结果。

本文选用两种典型试验插头，90 °弯插头和180 °直插头，对市场上常见的转换器进行附加力矩测试对比，来验证是否存在影响。经过100多组的测试结果对比，得出结论：

1）多位转换器只插入180 °直插头测试结果如下：在“一转二位”转换器及以上都用180 °直插头进行测试，市场上的转换器基本超出现有标准要求值。

2）多位转换器只插入90 °弯插头测试结果如下：在“一转二位”转换器及以上都用90 °弯插头进行测试，市场上的转换器90 %未超出现有标准要求值。

3）多位转换器同时插入180 °直插头与90 °弯插头测试结果如下：在“一转二位”、“一转三位”转换器通过两种类型的插头组合测试，分析得出：当转换器上插合两个180 °直插头，市场上现有的产品约有87.8 %比例超出现有标准要求值。

综上所述，插头的外形与质量，将对试验结果产生较大的影响。

2 英/法式转换器标准力矩测试要求说明

2.1 BS 1363-3:2018标准针对转换器的力矩测试要求

英式转换器力矩测试要求用量规测试在BS 1363-3:1995版本中就已经有要求，测试方法按照13.10条款进行，测试用量规按照标准Figure 35（见图1）。附加力矩值要求不能超过0.7 N·m。英国插头外形类型均为90 °平插头，其量规设计均按其外形设计，量规的整体材质采用黄铜材质，插头量规中R15部分是用来调节量规的扭力，M5部分是用来连接平衡配重砝码，平衡配重砝码B是模拟1 m 线长1.5 mm2电源线质量，平衡配重砝码C是模拟1 m 线长0.75 mm2电源线质量。

BS 1363-3标准测试方法与GB/T 2099.3标准测试方法上相差比较大，其量规的设计是组合的方式，不同的插头量规加上不同规格平衡配重砝码，故国标附加力矩量规的设计不参考英式附加力矩量规设计要求。

2.2 NF C 61-314:2017针对转换器的力矩测试要求说明

NF C 61-314:2008标准中BB 14.23.2注2中要求：正在研究一种量规，以取代相应的插头和线缆。在下一版本NF C 61-314:2010 Annexe BB.14.23.2（见图2）中增加了附加力矩试验量规的尺寸、质量的要求以及附加力矩测试装置。附加力矩值要求不能超过0.25 N·m。法式插头外形类型主要分为90 °弯插头和180 °直插头。分析其量规的尺寸及其质量，量规主要分为插头主体和附加配重砝码两部分，插头主体部分的材质为密度2.9 g/cm3的铝，插头的插销和附加配重砝码的材质为密度7.85 g/cm3的钢，其中附加配重砝码是模拟1 m 线长0.75 mm2线缆的质量，量规整体尺寸是模拟插头的长度。

图2 NF C 61-314:2010 Annexe BB.14.23.2

NF C 61-314与GB/T 2099.3均属与采用修改IEC 60884标准，本文可以在转换器标准设计附加力矩量规时，可参考借鉴法式附加力矩量规的设计思路。

3 我国居民转换器产品实际使用场景调研及验证

3.1 家用电器插头类型

对25户家庭正在使用的家用电器插头类型做了相应调研。本次调查得出：家庭里的常见的电器主要分为33款大类，其中家用电器弯插头约占比63.6 %，单相两极直插头约占比27.3 %，单相两极带接地直插头约占比9.1 %，家用电器的插头类型弯插头占比较大。

调研显示：

1）90 °单相两极带接地弯插头使用场景相对较多；

2）180 °单相两极带接地直插头的使用场景较少；

3）90 °单相两极弯插头使用场景较少；

4）180 °单相两极直插头使用场景相对较多。

3.2 我国居民转换器产品实际使用场景

对家装插座使用的高度要求做调研，转换器的使用场景更多的是在台面或桌面上。在台面或桌面上使用情况下，插入转换器的插头的线缆会受到外力支撑，插头软缆对转换器本体的“拖拽”情况较多，转换器不易从插座中脱出，也即转换器实际被施加的力矩值较小。

综合家用电器插头类型及转换器使用场景，本文以10 A 、16 A 90 °单相两极带接地弯插头、10 A 180 °单相两极带接地直插头、10 A 180 °单相两极直插头这四类插头作为研究对象。

4 国标转换器力矩试验附加力矩量规设计思路与量规参数说明

4.1 附加力矩量规设计方案前相关验证

“一转二位”、“一转三位”的转换器是最为基础、也是目前家庭常见的转换器类型，市场数量占比约60 %以上。选用这两种类型的转换器进行附加力矩的验证具有代表性。

通过上述场景调研数据可得出：转换器中插合2个180 °直插头，超出标准规定值上限的概率约为87.8 %；因此量规设计时，应考虑以90 °弯插头为主，再加上一位180 °直插头。

我国转换器力矩试验附加力矩量规设计时，应考虑模拟上述插头实际情况，综合考虑量规的质量以及外形。

4.2 附加力矩量规质量参考因素——电源线部分线路参数与质量确认

GB/T 2099.3标准中对电源线线缆的要求为：长度1 m，符合60227 IEC 53（RVV）标准的圆软缆，其标称横截面积为0.75 mm2。依据GB/T 5023.5-2008［6］标准表9中对2×0.75 mm2线缆外形尺寸要求：下限5.7 mm，上限7.2 mm；对3×0.75 mm2线缆外形尺寸要求：下限6.0 mm，上限7.6 mm。经过市场上此规格电源线的调研，3×0.75 mm2电源线线缆外形尺寸的均值为6.8 mm，处于标准上下限的中位值上，我们市场上随机抽取线缆外形尺寸6.8 mm十款电源线，对其1 m线长质量进行称量（见表1），其平均值为64.8 g，其值近似等于法式附加力矩量规的附加砝码质量；2×0.75 mm2电源线线缆外形尺寸的均值为6.4 mm，处于标准上下限的中位值上，我们市场上随机抽取线缆外形尺寸6.4 mm十款电源线，对其1 m线长质量进行称量（见表1），其平均值为54.2 g。

表1 计量表

因此设计转换器力矩试验附加力矩量规时，应考虑一个附加砝码，其质量分别取65 g和55 g，用以模拟插头的软缆重量。

4.3 附加力矩量规质量参考因素——插头部分参数与质量确认

设计转换器力矩试验附加力矩量规时，同时应考虑设计一个量规本体，用以模拟插头本体（去掉软缆）部分重量以及外形厚度所施加的“力臂”。

对90 °弯插头本体（去掉软缆）进行测量（见表2），量规主体部分质量取40 g（最大值取整），插头量规全长30 mm（同时与法式量规全长设计参数保持一致）。

表2 测量数量

对180 °直插头本体（去掉软缆）进行测量（见表3），量规主体部分质量取40 g（最大值取整），插头量规全长取39 mm。

表3 测量数量

4.4 附加力矩量规其他参数设计说明

1）量规中插销尺寸参数选择：采用GB/T 1002-2021的尺寸参考值。

2）量规外形尺寸参数选择：单相两极带接地附加力矩试验用量规外形参考GB/T 1002-2021中的图3插头外形示意图；单相两极附加力矩试验用量规外形参考我国常见插头外形。

图3 验证数据

3）量规材质以及其他参数选择：为使量规本体材质耐腐蚀磨损，以及方便机械加工，量规本体材质由铝材和钢材构成，相关参数直接参考法式NF C 61-314:2017标准中 Annexe BB.14.23.2。见本文图2中对附加力矩试验量规的尺寸、质量的要求。

4.5 附加力矩量规模拟测试数据与插头测试数据分析比较

根据以上设定的量规设计参数要求，设计出首款转换器附加力矩用插头量规，进行附加力矩等效对比验证，验证数据（见图3），并对验证结果进行方差分析，得出P值远小于0.05，可认为此设计的量规代替90 °弯插头电源线方式是可靠的。

通过以上参数要求，重新设计附加力矩插头量规，进行附加力矩等效对比验证，验证数据（见图4），并对验证结果进行方差分析，得出P值远小于0.05，可认为此设计的量规代替180 °直插头电源线方式是可靠的。

图4 验证数据

4.6 附加力矩量规设计方案说明

对10 A单相两极带接地等效量规设计方案：

1）目前第三方、企业实验室在转换器力矩测试过程中较少全部使用180 °直插头进行测试；

2）经实际使用场景调研，转换器在使用过程中同时使用两个或以上的180 °直插头场景很少；

3）考虑到虽然180 °直插头使用场景少，但也会存在，故基于90 °弯插头和180 °直插头在同时使用的情况比例下，设计一个量规等效来代替同时插合一个180 °直插头和两个90 °弯插头场景下的量规。

结合90 °弯插头和180 °直插头参数，量规的全长取33 mm，其值算法是30 mm+（39 mm-30 mm）/3 mm= 33 mm。

采用相同的验证设计思路，分别对10A两极180 °直插头电源线、16 A三极90 °弯插头电源线进行分解测试，测试结果（见图5、图6）。

图5 测试结果

图6 测试结果

根据测试完成的参数，设计相对应的量规进行附加力矩等效对比验证，验证数据见图7，方差分析得出P值远小于0.05，认为量规代替插头电源线的方式是可靠的。

图7 验证数据

综上所述，我们通过方差分析的结果认为，根据对应的插头电源线参数设计出的量规替换原有的插头电源线的方式是可靠的。推荐在标准GB/T 2099.3的14.23.2第1段内容之后增加：对转换器，转换器的每个插座应先插合相应的附加力矩量规（见图8、图9）。图8、图9是指标准中对应的图号。

图8 第14.23.2章单项两极附加力矩插头量规

图9 第14.23.2章单项两极带接地附加力矩插头量规

5 结束语

结合我国现行转换器国家标准GB/T 2099.3-2015的未来修订方向，综合转换器实际使用场景和我国市场上常见插头类型及参考国际先进试验方法，设计出转换器力矩试验附加力矩量规；采用该量规进行测试，加够保证附加力矩检测结果的均匀性和一致性，对标准试验方法进行有效补充，促进相关标准被更广泛的企业采纳。