任 鵬，李 飛，馮 波，馬紅明，張 璇

（國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021）

預(yù)付費(fèi)智能電能表用微型斷路器的脫扣特性分析

任 鵬，李 飛，馮 波，馬紅明，張 璇

（國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021）

介紹預(yù)付費(fèi)智能電能表用微型斷路器的脫扣性能，分析微型斷路器的瞬時(shí)脫扣特性和電壓脫扣延時(shí)特性，通過仿真測(cè)試說明該類型微型斷路器的脫扣特性可滿足智能電能表的使用要求。

微型斷路器；預(yù)付費(fèi)智能電能表；分勵(lì)脫扣器；瞬時(shí)脫扣；電壓脫扣延時(shí)

負(fù)荷開關(guān)是配合預(yù)付費(fèi)智能電能表實(shí)現(xiàn)費(fèi)控功能的關(guān)鍵器件，大電流（Imax＞60A）的智能電能表一般采用外置開關(guān)的方式。外置開關(guān)一般功率較小，通常選用微型斷路器。在微型斷路器的使用過程中，由于其電氣特性指標(biāo)較多，給智能電能表用微型斷路器的選擇帶來困難，其中脫扣特性決定微型斷路器對(duì)電路是否有足夠的保護(hù)。微型斷路器的保護(hù)特性分為A、B、C、D四類。根據(jù)外置負(fù)荷開關(guān)電能表的技術(shù)要求與電流規(guī)格，配合智能電能表使用的微型斷路器通常為C類。以下主要對(duì)C類微型斷路器脫扣特性進(jìn)行分析與研究，通過模擬實(shí)驗(yàn)給出滿足預(yù)付費(fèi)智能電能表用微型斷路器的主要脫扣特性參數(shù)。

1 微型斷路器脫扣性能

微型斷路器正常工作時(shí)，觸頭只能停留在閉合或斷開位置。分合閘過程中，先分或后合的觸頭上會(huì)產(chǎn)生電弧，由于U相、V相、W相具有電流脫扣元件，能夠?qū)^載和短路快速作出反應(yīng)，保證電路和設(shè)備的安全。

預(yù)付費(fèi)智能電能表用微型斷路器一般為控制端子長(zhǎng)時(shí)間通電，即欠壓脫扣器，當(dāng)控制端電源電壓下降到70%以下時(shí)，使微型斷路器脫扣，在電源未恢復(fù)正常時(shí)，防止微型斷路器重新接通。

欠壓脫扣器包括火線端子、零線端子和控制端子CTRL，火線端子、零線端子接微型斷路器的負(fù)載端，控制端子CTRL接到智能電能表電壓常閉端子。根據(jù)不同的需求和使用環(huán)境，欠壓脫扣器可安裝在W相與N相之間、U相與N相之間，也可以安裝在U相與V相之間或者V相與W相之間。以最常見的欠壓脫扣器安裝在W相與N相之間為例，微型斷路器脫扣原理如圖1所示。

當(dāng)用戶正常用電時(shí)，控制端子CTRL上有電壓（智能電能表電壓常閉端子輸出AC 220V），該電壓信號(hào)經(jīng)二極管D2整流，電阻R1降壓、限流，電容Cl濾波后送到三極管Q1基極，使Q1導(dǎo)通，此時(shí)三極管Q2基極為低電平，Q2截止，脫扣器的脫扣線圈不通電，微型斷路器處于允許合閘狀態(tài)，用戶可以手動(dòng)閉合閘。

圖1 微型斷路器欠壓脫扣器脫扣原理示意

當(dāng)用戶電能表欠費(fèi)時(shí)，控制端子CTRL上沒有電壓信號(hào)（智能電能表電壓常閉端子輸出低電平），三極管Q1基極為低電平，Q1截止，L相電壓經(jīng)二極管D1整流，電阻R4降壓、限流，給電容C2充電，當(dāng)充到高于穩(wěn)壓管ZD2的導(dǎo)通電壓時(shí)，穩(wěn)壓管ZD2導(dǎo)通，使三極管Q2導(dǎo)通，脫扣器的脫扣線圈通電，微型斷路器脫扣且處于不允許合閘狀態(tài)，用戶手動(dòng)無法合閘。

2 微型斷路器瞬時(shí)脫扣特性分析

微型斷路器具有短路脫扣（磁脫扣）和過載脫扣（熱脫扣）功能。

當(dāng)線路發(fā)生過載故障時(shí)，過載電流使熱雙金屬元件彎曲，脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，推動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)復(fù)位，從而分?jǐn)嗑€路。過載保護(hù)具有反時(shí)限特性，電流越大，脫扣時(shí)間越短。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流流過螺管式電磁鐵，銜鐵瞬時(shí)被吸合，使脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，推動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)分?jǐn)喙δ堋?/p>

對(duì)于普通居民用戶，當(dāng)家中使用負(fù)載電器功率較大時(shí)，通過微型斷路器的電流值大于其額定電流值In時(shí)發(fā)生過載，過載電流小于1.45In時(shí)，微型斷路器不會(huì)發(fā)生脫扣，過載電流達(dá)到1.45In時(shí)，微型斷路器在約定時(shí)間后發(fā)生過載脫扣會(huì)提醒用戶注意，而約定時(shí)間內(nèi)的過載電流不會(huì)對(duì)智能電能表造成永久性損壞。當(dāng)家中發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流值瞬間會(huì)達(dá)到很高，這種情況下若微型斷路器不能在很短時(shí)間內(nèi)脫扣，會(huì)對(duì)智能電能表造成永久性損壞，所以微型斷路器的瞬時(shí)脫扣特性是判定其好壞的重要指標(biāo)。

按照要求當(dāng)電流達(dá)10In時(shí)，微型斷路器應(yīng)在0.1s內(nèi)脫扣。為了測(cè)試微型斷路器的瞬時(shí)脫扣特性，選擇In＝63A微型斷路器進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)對(duì)其所有極通630A電流時(shí)，得到該微型斷路器的瞬時(shí)脫扣時(shí)間t＝0.06 282s＜0.1s，在規(guī)定的瞬時(shí)脫扣時(shí)間范圍內(nèi)，從而可判定其能夠滿足智能電能表配合使用要求。

3 微型斷路器電壓脫扣延時(shí)特性分析

智能電能表跳閘控制端子輸出時(shí)間為電能表跳閘端子相對(duì)電能表輸入電壓端子上電的延時(shí)時(shí)間，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定跳閘控制端子輸出時(shí)間不應(yīng)大于500ms。微型斷路器電壓脫扣延時(shí)時(shí)間為斷路器控制端子失壓時(shí)，斷路器自動(dòng)脫扣的時(shí)間。為了保證斷路器正常工作，不會(huì)由于電能表停電或因電能表其他原因復(fù)位時(shí)跳閘端子短時(shí)掉電，而造成斷路器脫扣跳閘，引起居民用戶大面積停電事件或工商業(yè)用戶的斷電停產(chǎn)事故，結(jié)合電能表的跳閘控制端子輸出時(shí)間，河北省電力公司規(guī)定斷路器電壓脫扣延時(shí)時(shí)間為1～2s，以配合智能電能表跳閘控制端子輸出時(shí)間不應(yīng)大于500ms的要求，保證在用戶停電恢復(fù)后斷路器維持在供電狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)誤跳閘現(xiàn)象。

為了對(duì)微型斷路器的電壓脫扣延時(shí)特性進(jìn)行試驗(yàn)，利用FLUKE雙通道示波器，分別監(jiān)測(cè)記錄其輸入和輸出端電壓。先將微型斷路器處于合閘狀態(tài)，控制端子懸空，然后在其輸入端施加工頻電壓。截取輸入端和輸出端的電壓波形，計(jì)算斷路器延時(shí)動(dòng)作時(shí)間，波形圖如圖2所示，圖中A通道電壓波形為輸入電壓，B通道電壓波形為輸出電壓，利用示波器時(shí)間測(cè)試功能直接讀出輸出端電壓保持時(shí)間即為微型斷路器的電壓脫扣延時(shí)時(shí)間t，從圖中可見此微型斷路器的電壓脫扣延時(shí)時(shí)間t＝1.536s，在規(guī)定的延時(shí)時(shí)間范圍內(nèi)，從而可判定為滿足智能電能表配合使用。

圖2 斷路器電壓脫扣延時(shí)動(dòng)作時(shí)間波形

圖1中電容C2的充放電回路對(duì)斷路器的電壓脫扣延時(shí)時(shí)間起著決定性作用，調(diào)節(jié)電容C2可改變其延時(shí)時(shí)間。電容復(fù)位后重復(fù)測(cè)量電壓脫扣延時(shí)時(shí)間可檢驗(yàn)微型斷路器電壓脫扣延時(shí)特性的一致性是否符合要求。

4 脫扣特性與通斷狀態(tài)檢測(cè)關(guān)系

電能量采集主站向智能電能表發(fā)出跳閘信號(hào)后，若電能表仍計(jì)量電量，則判定微型斷路器跳閘動(dòng)作故障，發(fā)出相應(yīng)的告警提示信息?？紤]到智能電能表輸出跳閘信號(hào)（輸出低電平）時(shí)，微型斷路器存在電壓脫扣延時(shí)動(dòng)作時(shí)間，有可能在此期間智能電能表計(jì)量了一個(gè)或數(shù)個(gè)最小計(jì)量單位的電量（0.01kWh），所以智能電能表一般將判據(jù)設(shè)定為智能電能表發(fā)出跳閘信號(hào)后，繼續(xù)計(jì)量一定電量（如0.05kWh），則判定為微型斷路器跳閘動(dòng)作故障，發(fā)出相應(yīng)的告警提示信息。若微型斷路器電壓脫扣延時(shí)動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，不滿足上述時(shí)間要求，有可能產(chǎn)生斷路器跳閘失敗誤判信息。

現(xiàn)有微型斷路器無法自動(dòng)合閘，當(dāng)主站向智能電能表下發(fā)允許合閘命令后可進(jìn)行人工手動(dòng)合閘，但合閘后當(dāng)用戶未用電時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電量，此時(shí)主站無法判斷是否為微型斷路器合閘失敗而造成的電能表不計(jì)量電量，所以一般不對(duì)斷路器合閘成功與否做檢測(cè)與報(bào)警。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)預(yù)付費(fèi)智能電能表用微型斷路器的特性與技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究，分析了配合國(guó)網(wǎng)智能電能表用C類微型斷路器的2個(gè)技術(shù)特性，并利用仿真測(cè)試驗(yàn)證其滿足智能電能表的使用要求，為選擇預(yù)付費(fèi)智能電能表用微型斷路器提供了參考依據(jù)。

［1］GB 10963.1－2005，電氣附件家用及類似場(chǎng)所用過電流保護(hù)斷路器第1部分：用于交流的斷路器［S］.

［2］馬利人，汪斯珂.基于微型斷路器的三相智能電能表費(fèi)控電路應(yīng)用分析［J］.儀表技術(shù)，2012（11）：9-12.

［3］張?jiān)簦饺缗e.預(yù)付費(fèi)微型斷路器分勵(lì)脫扣器的研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，36（17）：87-89.

本文責(zé)任編輯：齊勝濤

AnalysisonTrippingCharacteristicsofMiniatureBreakerfor PrepaymentIntelligentElectricEnergyMeter

Ren Peng，Li Fei，F(xiàn)eng Bo，Ma Hongming，Zhang Xuan
（State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021，China）

This paper introduces the tripping characteristics of miniature breaker for prepayment intelligent electric energy，analyzes the characteristics of miniature breaker voltage tripping time delay and instantaneous tripping，and carries out a simulation test.The simulation shows that this type of miniature breaker can meet the technology requirements of prepayment intelligent electric energy meter.

miniature breaker；prepayment intelligent electric energy meter；shunt release；instantaneous tripping；voltage tripping delay

TM561

B

1001-9898（2015）03-015-02

2014-10-23

任 鵬（1984－），男，工程師，主要從事電測(cè)計(jì)量技術(shù)研究工作。