費控電能表用外置低壓斷路器脫扣特性分析

馬金才

（云南電網有限責任公司尋甸供電有限公司，昆明 655200）

0 前言

在普通的電子式電能表逐漸無法適應高密度用電場所的電能管理之際，費控電能表應運而生，該技術的運用為電能的收費與控制提供了一種更加信息化、智能化的模式。在費控電能表的使用過程中，費控負荷開關是費控電能表實現智能化管理的關鍵元件，小電流的費控電能表一般采用內置繼電器的方式實現對電能表的費控管理，而額定最大電流為60 A及以上的費控電能表則采用微型斷路器作為外置開關的方式。微型斷路器和費控電能表的配套使用不僅實現了對線路的通斷管理，同時具備了短路短延時、過載長延時以及短路瞬時等功能特性，而且擁有了接地和漏電等保護功能，同時還可實現遠距離的控制。在斷路器的電氣特性中，脫扣特性直接反應出了斷路器的功能強弱，決定了其保護上限。本文主要研究費控電能表用外置低壓斷路器脫扣特性，淺析費控電能表用外置低壓斷路器與費控電能表的配合機制。

1 外置斷路器結構特點分析

電能表用外置斷路器通過電機操作機構實現遠程全自動控制，電動機構是斷路器穩定運行控制的重要保證[1]，電機操作機構通過齒輪采用內軸傳動的方式實現與斷路器的傳動。斷路器動觸頭只能在閉合或者斷開的位置，具備手動分合閘操作手柄，除了可開啟的中性極外，其他極的動觸頭同軸聯動同時通斷。斷路器遠程自動分閘時，動觸頭點處于斷開位置，不能手動合閘。

2 外置斷路器的脫扣原理

費控電能表用外置低壓斷路器在正常情況下可以通過手動操作機構進行合閘，也可以通過電動操作機構進行。如圖1為費控電能表用外置低壓斷路器脫扣原理圖，斷路器合閘后，動觸頭與靜觸頭貼合，形成通路，卡扣和鎖扣鎖住，斷路器閉合在合閘狀態。當手動分閘時，或者使用線路發生短路或者過載的情況時，與斷路器主回路串聯的磁脫扣器和熱脫扣器作用，卡扣和鎖扣分離，動觸頭在彈簧力的作用下與靜觸頭分離[2]，斷路器分閘。

圖1 費控電能表用外置低壓斷路器脫扣原理圖

費控電能表通過與斷路器的欠壓脫扣器與分勵脫扣器以及通電形成的閉合電磁鐵實現遠程脫扣，即遠程分合閘，欠壓脫扣器主要由線端子和控制端子兩條線接入斷路器，線端子接斷路器負載端，控制端子接費控電能表電壓端子[3]，當正常用電時，控制端子上一直有電壓（ACC 220 V），線圈不通電，斷路器允許手動合閘，當使用過程中發生電費欠費時，計量系統自動化主站下發信號到費控電能表，費控電能表控制端子輸出低電平，線圈通電產生磁場，作用于銜鐵與牽引桿，外置低壓斷路器脫扣。

3 外置斷路器瞬時脫扣特性

3.1 外置斷路器磁脫扣特性

磁脫扣即短路脫扣功能，是斷路器中電路短路保護的裝置，短路時斷路器通過的電流一般為額定電流的10～12倍，因此電磁脫扣器要在發現短路電流時瞬時完成脫扣。當使用環境發生短路情況時，如圖2磁脫扣示意圖所示，短路電流過磁脫扣器載流導體，載流導體周圍產生磁場，磁場對通電的銜鐵產生一個吸力，使銜鐵向軛鐵方向運動，當電流夠大磁場場所產生的吸力足夠強時，銜鐵觸碰牽引桿轉動，與牽引桿相連的傳動機構解脫，完成脫扣。當電流減少磁場場所產生的吸力不夠時，銜鐵所受到的吸力小于彈簧的作用力，銜鐵則在彈簧的作用力的作用下返回到起始位置[4]。

圖2 磁脫扣器示意圖

圖3 熱脫扣器示意圖

3.2 外置斷路器熱脫扣特性

熱脫扣即過載脫扣功能，是斷路器過載長延時的保護裝置，在使用過程中線路過載時[5]，其脫扣動作時間與過載電流平方成反比，當延時一定的時間后，過載電流仍大于整定值，即執行脫扣。為確保用電功率大導致錯誤脫扣的情況不會發生，熱脫扣器能耐受一定過載電流。熱脫扣器廣泛采用雙金屬片式，如圖3為熱脫扣器示意圖，當過載電流通入時，載流導體發熱傳導至雙金屬片，由于雙金屬片的熱膨脹系數不同，當溫度變化時，形變不同，從而雙金屬片的整體就會向一側彎曲產生推力，推動牽引桿運動，當溫度達到一定值時，產生足夠的擾度和推力，牽引桿上的斷路器脫扣裝置傳動機構解脫，脫扣裝置完成脫扣。

表1 費控電能表用外置低壓斷路器反時限動作特性

熱脫扣在費控電能表用外置低壓斷路器中起到反時限保護的作用，其通過電流越大時，斷路器動作的時間越短，執行線路保護越快，根據GB 10963.1-2005中規定，在基準溫度（30℃）下，在電流整定值的1.13 In時，冷態通電2小時后，斷路器不能脫扣，然后直接通過電流值為1.45 In的電流，熱態通電2小時內斷路器應能完成脫扣功能。

為測試費控電能表用外置低壓斷路器的熱脫扣性，選擇不同廠家的10只樣品進行熱脫扣性試驗，對其在基準溫度（30 ℃）下測試，分別在冷態下通過1.13 In的電流2 h，如果沒有脫扣，接著通過1.45 In的電流，在上述的試驗結果中，試驗的十組對象在規定的試驗條件，冷態下通過1.13 In的電流2 h，均沒有脫扣，接著通過1.45 In的電流脫扣，均在2 h內脫扣，時間在瞬時脫扣時間范圍內，符合熱脫扣特性，其能滿足費控電能表配合使用要求。

4 電壓脫扣延時特性分析

費控電能表用外置低壓斷路器在正常使用過程中會遇到非正常原因造成的費控電能表跳閘端子短時失壓的情況，為了不會導致由于短時失壓斷路器誤跳閘而造成重大斷電事故的情況發生，費控電能表用外置低壓斷路器在設計初衷設計了電壓脫扣延時特性。電壓脫扣延時時間大于等于短路延時的時間，所以費控電能表用外置低壓斷路器的欠壓脫扣時會延時0.1～2 s，保證斷路器在短時失壓時不會跳閘斷電。

5 結束語

通過對費控電能表用外置低壓斷路器進行研究，了解了費控電能表用外置低壓斷路器的工作原理，通過對其脫扣特性的分析，深入了解該類型斷路器的特點，同時為實際運用中選型方案的選擇實施以及故障分析提供了一定的參考依據。