预付费智能电能表用微型断路器的脱扣特性分析

任 鹏，李 飞，冯 波，马红明，张 璇

（国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021）

预付费智能电能表用微型断路器的脱扣特性分析

任 鹏，李 飞，冯 波，马红明，张 璇

（国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021）

介绍预付费智能电能表用微型断路器的脱扣性能，分析微型断路器的瞬时脱扣特性和电压脱扣延时特性，通过仿真测试说明该类型微型断路器的脱扣特性可满足智能电能表的使用要求。

微型断路器；预付费智能电能表；分励脱扣器；瞬时脱扣；电压脱扣延时

负荷开关是配合预付费智能电能表实现费控功能的关键器件，大电流（Imax＞60A）的智能电能表一般采用外置开关的方式。外置开关一般功率较小，通常选用微型断路器。在微型断路器的使用过程中，由于其电气特性指标较多，给智能电能表用微型断路器的选择带来困难，其中脱扣特性决定微型断路器对电路是否有足够的保护。微型断路器的保护特性分为A、B、C、D四类。根据外置负荷开关电能表的技术要求与电流规格，配合智能电能表使用的微型断路器通常为C类。以下主要对C类微型断路器脱扣特性进行分析与研究，通过模拟实验给出满足预付费智能电能表用微型断路器的主要脱扣特性参数。

1 微型断路器脱扣性能

微型断路器正常工作时，触头只能停留在闭合或断开位置。分合闸过程中，先分或后合的触头上会产生电弧，由于U相、V相、W相具有电流脱扣元件，能够对过载和短路快速作出反应，保证电路和设备的安全。

预付费智能电能表用微型断路器一般为控制端子长时间通电，即欠压脱扣器，当控制端电源电压下降到70%以下时，使微型断路器脱扣，在电源未恢复正常时，防止微型断路器重新接通。

欠压脱扣器包括火线端子、零线端子和控制端子CTRL，火线端子、零线端子接微型断路器的负载端，控制端子CTRL接到智能电能表电压常闭端子。根据不同的需求和使用环境，欠压脱扣器可安装在W相与N相之间、U相与N相之间，也可以安装在U相与V相之间或者V相与W相之间。以最常见的欠压脱扣器安装在W相与N相之间为例，微型断路器脱扣原理如图1所示。

当用户正常用电时，控制端子CTRL上有电压（智能电能表电压常闭端子输出AC 220V），该电压信号经二极管D2整流，电阻R1降压、限流，电容Cl滤波后送到三极管Q1基极，使Q1导通，此时三极管Q2基极为低电平，Q2截止，脱扣器的脱扣线圈不通电，微型断路器处于允许合闸状态，用户可以手动闭合闸。

图1 微型断路器欠压脱扣器脱扣原理示意

当用户电能表欠费时，控制端子CTRL上没有电压信号（智能电能表电压常闭端子输出低电平），三极管Q1基极为低电平，Q1截止，L相电压经二极管D1整流，电阻R4降压、限流，给电容C2充电，当充到高于稳压管ZD2的导通电压时，稳压管ZD2导通，使三极管Q2导通，脱扣器的脱扣线圈通电，微型断路器脱扣且处于不允许合闸状态，用户手动无法合闸。

2 微型断路器瞬时脱扣特性分析

微型断路器具有短路脱扣（磁脱扣）和过载脱扣（热脱扣）功能。

当线路发生过载故障时，过载电流使热双金属元件弯曲，脱扣机构动作，推动锁定机构复位，从而分断线路。过载保护具有反时限特性，电流越大，脱扣时间越短。当线路发生短路故障时，短路电流流过螺管式电磁铁，衔铁瞬时被吸合，使脱扣机构动作，推动锁定机构复位，实现分断功能。

对于普通居民用户，当家中使用负载电器功率较大时，通过微型断路器的电流值大于其额定电流值In时发生过载，过载电流小于1.45In时，微型断路器不会发生脱扣，过载电流达到1.45In时，微型断路器在约定时间后发生过载脱扣会提醒用户注意，而约定时间内的过载电流不会对智能电能表造成永久性损坏。当家中发生短路故障时，短路电流值瞬间会达到很高，这种情况下若微型断路器不能在很短时间内脱扣，会对智能电能表造成永久性损坏，所以微型断路器的瞬时脱扣特性是判定其好坏的重要指标。

按照要求当电流达10In时，微型断路器应在0.1s内脱扣。为了测试微型断路器的瞬时脱扣特性，选择In＝63A微型断路器进行试验，当对其所有极通630A电流时，得到该微型断路器的瞬时脱扣时间t＝0.06 282s＜0.1s，在规定的瞬时脱扣时间范围内，从而可判定其能够满足智能电能表配合使用要求。

3 微型断路器电压脱扣延时特性分析

智能电能表跳闸控制端子输出时间为电能表跳闸端子相对电能表输入电压端子上电的延时时间，技术标准中规定跳闸控制端子输出时间不应大于500ms。微型断路器电压脱扣延时时间为断路器控制端子失压时，断路器自动脱扣的时间。为了保证断路器正常工作，不会由于电能表停电或因电能表其他原因复位时跳闸端子短时掉电，而造成断路器脱扣跳闸，引起居民用户大面积停电事件或工商业用户的断电停产事故，结合电能表的跳闸控制端子输出时间，河北省电力公司规定断路器电压脱扣延时时间为1～2s，以配合智能电能表跳闸控制端子输出时间不应大于500ms的要求，保证在用户停电恢复后断路器维持在供电状态，不会出现误跳闸现象。

为了对微型断路器的电压脱扣延时特性进行试验，利用FLUKE双通道示波器，分别监测记录其输入和输出端电压。先将微型断路器处于合闸状态，控制端子悬空，然后在其输入端施加工频电压。截取输入端和输出端的电压波形，计算断路器延时动作时间，波形图如图2所示，图中A通道电压波形为输入电压，B通道电压波形为输出电压，利用示波器时间测试功能直接读出输出端电压保持时间即为微型断路器的电压脱扣延时时间t，从图中可见此微型断路器的电压脱扣延时时间t＝1.536s，在规定的延时时间范围内，从而可判定为满足智能电能表配合使用。

图2 断路器电压脱扣延时动作时间波形

图1中电容C2的充放电回路对断路器的电压脱扣延时时间起着决定性作用，调节电容C2可改变其延时时间。电容复位后重复测量电压脱扣延时时间可检验微型断路器电压脱扣延时特性的一致性是否符合要求。

4 脱扣特性与通断状态检测关系

电能量采集主站向智能电能表发出跳闸信号后，若电能表仍计量电量，则判定微型断路器跳闸动作故障，发出相应的告警提示信息。考虑到智能电能表输出跳闸信号（输出低电平）时，微型断路器存在电压脱扣延时动作时间，有可能在此期间智能电能表计量了一个或数个最小计量单位的电量（0.01kWh），所以智能电能表一般将判据设定为智能电能表发出跳闸信号后，继续计量一定电量（如0.05kWh），则判定为微型断路器跳闸动作故障，发出相应的告警提示信息。若微型断路器电压脱扣延时动作时间较长，不满足上述时间要求，有可能产生断路器跳闸失败误判信息。

现有微型断路器无法自动合闸，当主站向智能电能表下发允许合闸命令后可进行人工手动合闸，但合闸后当用户未用电时不会产生电量，此时主站无法判断是否为微型断路器合闸失败而造成的电能表不计量电量，所以一般不对断路器合闸成功与否做检测与报警。

5 结束语

通过对预付费智能电能表用微型断路器的特性与技术指标进行研究，分析了配合国网智能电能表用C类微型断路器的2个技术特性，并利用仿真测试验证其满足智能电能表的使用要求，为选择预付费智能电能表用微型断路器提供了参考依据。

［1］GB 10963.1－2005，电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分：用于交流的断路器［S］.

［2］马利人，汪斯珂.基于微型断路器的三相智能电能表费控电路应用分析［J］.仪表技术，2012（11）：9-12.

［3］张元敏，方如举.预付费微型断路器分励脱扣器的研究［J］.电力系统保护与控制，2008，36（17）：87-89.

本文责任编辑：齐胜涛

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 鹏（1984－），男，工程师，主要从事电测计量技术研究工作。