預付費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

（國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021）

預付費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

（國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021）

介紹預付費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脫扣特性和電壓脫扣延時特性，通過仿真測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；預付費智能電能表；分勵脫扣器；瞬時脫扣；電壓脫扣延時

負荷開關是配合預付費智能電能表實現費控功能的關鍵器件，大電流（Imax＞60A）的智能電能表一般采用外置開關的方式。外置開關一般功率較小，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電路是否有足夠的保護。微型斷路器的保護特性分為A、B、C、D四類。根據外置負荷開關電能表的技術要求與電流規格，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C類微型斷路器脫扣特性進行分析與研究，通過模擬實驗給出滿足預付費智能電能表用微型斷路器的主要脫扣特性參數。

1 微型斷路器脫扣性能

微型斷路器正常工作時，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產生電弧，由于U相、V相、W相具有電流脫扣元件，能夠對過載和短路快速作出反應，保證電路和設備的安全。

預付費智能電能表用微型斷路器一般為控制端子長時間通電，即欠壓脫扣器，當控制端電源電壓下降到70%以下時，使微型斷路器脫扣，在電源未恢復正常時，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載端，控制端子CTRL接到智能電能表電壓常閉端子。根據不同的需求和使用環境，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。

當用戶正常用電時，控制端子CTRL上有電壓（智能電能表電壓常閉端子輸出AC 220V），該電壓信號經二極管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導通，此時三極管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，用戶可以手動閉合閘。

圖1 微型斷路器欠壓脫扣器脫扣原理示意

當用戶電能表欠費時，控制端子CTRL上沒有電壓信號（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相電壓經二極管D1整流，電阻R4降壓、限流，給電容C2充電，當充到高于穩壓管ZD2的導通電壓時，穩壓管ZD2導通，使三極管Q2導通，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，用戶手動無法合閘。

2 微型斷路器瞬時脫扣特性分析

微型斷路器具有短路脫扣（磁脫扣）和過載脫扣（熱脫扣）功能。

當線路發生過載故障時，過載電流使熱雙金屬元件彎曲，脫扣機構動作，推動鎖定機構復位，從而分斷線路。過載保護具有反時限特性，電流越大，脫扣時間越短。當線路發生短路故障時，短路電流流過螺管式電磁鐵，銜鐵瞬時被吸合，使脫扣機構動作，推動鎖定機構復位，實現分斷功能。

對于普通居民用戶，當家中使用負載電器功率較大時，通過微型斷路器的電流值大于其額定電流值In時發生過載，過載電流小于1.45In時，微型斷路器不會發生脫扣，過載電流達到1.45In時，微型斷路器在約定時間后發生過載脫扣會提醒用戶注意，而約定時間內的過載電流不會對智能電能表造成永久性損壞。當家中發生短路故障時，短路電流值瞬間會達到很高，這種情況下若微型斷路器不能在很短時間內脫扣，會對智能電能表造成永久性損壞，所以微型斷路器的瞬時脫扣特性是判定其好壞的重要指標。

按照要求當電流達10In時，微型斷路器應在0.1s內脫扣。為了測試微型斷路器的瞬時脫扣特性，選擇In＝63A微型斷路器進行試驗，當對其所有極通630A電流時，得到該微型斷路器的瞬時脫扣時間t＝0.06 282s＜0.1s，在規定的瞬時脫扣時間范圍內，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特性分析

智能電能表跳閘控制端子輸出時間為電能表跳閘端子相對電能表輸入電壓端子上電的延時時間，技術標準中規定跳閘控制端子輸出時間不應大于500ms。微型斷路器電壓脫扣延時時間為斷路器控制端子失壓時，斷路器自動脫扣的時間。為了保證斷路器正常工作，不會由于電能表停電或因電能表其他原因復位時跳閘端子短時掉電，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用戶的斷電停產事故，結合電能表的跳閘控制端子輸出時間，河北省電力公司規定斷路器電壓脫扣延時時間為1～2s，以配合智能電能表跳閘控制端子輸出時間不應大于500ms的要求，保證在用戶停電恢復后斷路器維持在供電狀態，不會出現誤跳閘現象。

為了對微型斷路器的電壓脫扣延時特性進行試驗，利用FLUKE雙通道示波器，分別監測記錄其輸入和輸出端電壓。先將微型斷路器處于合閘狀態，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，計算斷路器延時動作時間，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，利用示波器時間測試功能直接讀出輸出端電壓保持時間即為微型斷路器的電壓脫扣延時時間t，從圖中可見此微型斷路器的電壓脫扣延時時間t＝1.536s，在規定的延時時間范圍內，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動作時間波形

圖1中電容C2的充放電回路對斷路器的電壓脫扣延時時間起著決定性作用，調節電容C2可改變其延時時間。電容復位后重復測量電壓脫扣延時時間可檢驗微型斷路器電壓脫扣延時特性的一致性是否符合要求。

4 脫扣特性與通斷狀態檢測關系

電能量采集主站向智能電能表發出跳閘信號后，若電能表仍計量電量，則判定微型斷路器跳閘動作故障，發出相應的告警提示信息。考慮到智能電能表輸出跳閘信號（輸出低電平）時，微型斷路器存在電壓脫扣延時動作時間，有可能在此期間智能電能表計量了一個或數個最小計量單位的電量（0.01kWh），所以智能電能表一般將判據設定為智能電能表發出跳閘信號后，繼續計量一定電量（如0.05kWh），則判定為微型斷路器跳閘動作故障，發出相應的告警提示信息。若微型斷路器電壓脫扣延時動作時間較長，不滿足上述時間要求，有可能產生斷路器跳閘失敗誤判信息。

現有微型斷路器無法自動合閘，當主站向智能電能表下發允許合閘命令后可進行人工手動合閘，但合閘后當用戶未用電時不會產生電量，此時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量電量，所以一般不對斷路器合閘成功與否做檢測與報警。

5 結束語

通過對預付費智能電能表用微型斷路器的特性與技術指標進行研究，分析了配合國網智能電能表用C類微型斷路器的2個技術特性，并利用仿真測試驗證其滿足智能電能表的使用要求，為選擇預付費智能電能表用微型斷路器提供了參考依據。

［1］GB 10963.1－2005，電氣附件家用及類似場所用過電流保護斷路器第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控電路應用分析［J］.儀表技術，2012（11）：9-12.

［3］張元敏，方如舉.預付費微型斷路器分勵脫扣器的研究［J］.電力系統保護與控制，2008，36（17）：87-89.

本文責任編輯：齊勝濤

AnalysisonTrippingCharacteristicsofMiniatureBreakerfor PrepaymentIntelligentElectricEnergyMeter

Ren Peng，Li Fei，Feng 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，主要從事電測計量技術研究工作。