費(fèi)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(wǎng)有限責(zé)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(yīng)高密度用電場所的電能管理之際，費(fèi)控電能表應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)的運(yùn)用為電能的收費(fèi)與控制提供了一種更加信息化、智能化的模式。在費(fèi)控電能表的使用過程中，費(fèi)控負(fù)荷開關(guān)是費(fèi)控電能表實(shí)現(xiàn)智能化管理的關(guān)鍵元件，小電流的費(fèi)控電能表一般采用內(nèi)置繼電器的方式實(shí)現(xiàn)對電能表的費(fèi)控管理，而額定最大電流為60 A及以上的費(fèi)控電能表則采用微型斷路器作為外置開關(guān)的方式。微型斷路器和費(fèi)控電能表的配套使用不僅實(shí)現(xiàn)了對線路的通斷管理，同時(shí)具備了短路短延時(shí)、過載長延時(shí)以及短路瞬時(shí)等功能特性，而且擁有了接地和漏電等保護(hù)功能，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的控制。在斷路器的電氣特性中，脫扣特性直接反應(yīng)出了斷路器的功能強(qiáng)弱，決定了其保護(hù)上限。本文主要研究費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器脫扣特性，淺析費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器與費(fèi)控電能表的配合機(jī)制。

1 外置斷路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

電能表用外置斷路器通過電機(jī)操作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程全自動(dòng)控制，電動(dòng)機(jī)構(gòu)是斷路器穩(wěn)定運(yùn)行控制的重要保證[1]，電機(jī)操作機(jī)構(gòu)通過齒輪采用內(nèi)軸傳動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)與斷路器的傳動(dòng)。斷路器動(dòng)觸頭只能在閉合或者斷開的位置，具備手動(dòng)分合閘操作手柄，除了可開啟的中性極外，其他極的動(dòng)觸頭同軸聯(lián)動(dòng)同時(shí)通斷。斷路器遠(yuǎn)程自動(dòng)分閘時(shí)，動(dòng)觸頭點(diǎn)處于斷開位置，不能手動(dòng)合閘。

2 外置斷路器的脫扣原理

費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器在正常情況下可以通過手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘，也可以通過電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行。如圖1為費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器脫扣原理圖，斷路器合閘后，動(dòng)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(tài)。當(dāng)手動(dòng)分閘時(shí)，或者使用線路發(fā)生短路或者過載的情況時(shí)，與斷路器主回路串聯(lián)的磁脫扣器和熱脫扣器作用，卡扣和鎖扣分離，動(dòng)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(fèi)控電能表用外置低壓斷路器脫扣原理圖

費(fèi)控電能表通過與斷路器的欠壓脫扣器與分勵(lì)脫扣器以及通電形成的閉合電磁鐵實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程脫扣，即遠(yuǎn)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(fù)載端，控制端子接費(fèi)控電能表電壓端子[3]，當(dāng)正常用電時(shí)，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(dòng)合閘，當(dāng)使用過程中發(fā)生電費(fèi)欠費(fèi)時(shí)，計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)化主站下發(fā)信號(hào)到費(fèi)控電能表，費(fèi)控電能表控制端子輸出低電平，線圈通電產(chǎn)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(shí)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(hù)的裝置，短路時(shí)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(fā)現(xiàn)短路電流時(shí)瞬時(shí)完成脫扣。當(dāng)使用環(huán)境發(fā)生短路情況時(shí)，如圖2磁脫扣示意圖所示，短路電流過磁脫扣器載流導(dǎo)體，載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場，磁場對通電的銜鐵產(chǎn)生一個(gè)吸力，使銜鐵向軛鐵方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電流夠大磁場場所產(chǎn)生的吸力足夠強(qiáng)時(shí)，銜鐵觸碰牽引桿轉(zhuǎn)動(dòng)，與牽引桿相連的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)解脫，完成脫扣。當(dāng)電流減少磁場場所產(chǎn)生的吸力不夠時(shí)，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(shí)的保護(hù)裝置，在使用過程中線路過載時(shí)[5]，其脫扣動(dòng)作時(shí)間與過載電流平方成反比，當(dāng)延時(shí)一定的時(shí)間后，過載電流仍大于整定值，即執(zhí)行脫扣。為確保用電功率大導(dǎo)致錯(cuò)誤脫扣的情況不會(huì)發(fā)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(dāng)過載電流通入時(shí)，載流導(dǎo)體發(fā)熱傳導(dǎo)至雙金屬片，由于雙金屬片的熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)溫度變化時(shí)，形變不同，從而雙金屬片的整體就會(huì)向一側(cè)彎曲產(chǎn)生推力，推動(dòng)牽引桿運(yùn)動(dòng)，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，產(chǎn)生足夠的擾度和推力，牽引桿上的斷路器脫扣裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)解脫，脫扣裝置完成脫扣。

表1 費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器反時(shí)限動(dòng)作特性

熱脫扣在費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器中起到反時(shí)限保護(hù)的作用，其通過電流越大時(shí)，斷路器動(dòng)作的時(shí)間越短，執(zhí)行線路保護(hù)越快，根據(jù)GB 10963.1-2005中規(guī)定，在基準(zhǔn)溫度（30℃）下，在電流整定值的1.13 In時(shí)，冷態(tài)通電2小時(shí)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(tài)通電2小時(shí)內(nèi)斷路器應(yīng)能完成脫扣功能。

為測試費(fèi)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(jìn)行熱脫扣性試驗(yàn)，對其在基準(zhǔn)溫度（30 ℃）下測試，分別在冷態(tài)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(yàn)結(jié)果中，試驗(yàn)的十組對象在規(guī)定的試驗(yàn)條件，冷態(tài)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(nèi)脫扣，時(shí)間在瞬時(shí)脫扣時(shí)間范圍內(nèi)，符合熱脫扣特性，其能滿足費(fèi)控電能表配合使用要求。

4 電壓脫扣延時(shí)特性分析

費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器在正常使用過程中會(huì)遇到非正常原因造成的費(fèi)控電能表跳閘端子短時(shí)失壓的情況，為了不會(huì)導(dǎo)致由于短時(shí)失壓斷路器誤跳閘而造成重大斷電事故的情況發(fā)生，費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器在設(shè)計(jì)初衷設(shè)計(jì)了電壓脫扣延時(shí)特性。電壓脫扣延時(shí)時(shí)間大于等于短路延時(shí)的時(shí)間，所以費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器的欠壓脫扣時(shí)會(huì)延時(shí)0.1～2 s，保證斷路器在短時(shí)失壓時(shí)不會(huì)跳閘斷電。

5 結(jié)束語

通過對費(fèi)控電能表用外置低壓斷路器進(jìn)行研究，了解了費(fèi)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(diǎn)，同時(shí)為實(shí)際運(yùn)用中選型方案的選擇實(shí)施以及故障分析提供了一定的參考依據(jù)。