導語

微型斷路器是低壓用戶安全用電的關鍵器件，滅弧能力是關鍵性能。

研究背景

微型斷路器是配合電能表使用，并具有切斷負荷功能的低壓電器，是支持營銷業(yè)務的重要環(huán)節(jié)，是配電網(wǎng)的重要組成部分，也是保障用戶用電安全的一道防線。由于微型斷路器一般與電能表一起安裝在表箱內部，用于切斷負荷，并需要在短路大電流情況下，耐受一定時間的大電流。其質量好壞、智能化程度及可靠性，直接關系到客戶的服務和電網(wǎng)安全。

截止2016年8月底，國家電網(wǎng)公司已安裝智能電能表2.4億只，每只智能電能表對應了一只微型斷路器，據(jù)不完全統(tǒng)計表箱中各配用電設備失效率約為0.04%，其中由微型斷路器引起的失效約占50%左右，而由于滅弧性能不足導致的失效約占微型斷路器失效的60%。

論文所解決的問題及意義

本文綜合優(yōu)化設計方法可明顯提升微型斷路器的滅弧性能和分斷能力，減少微型斷路器的燃弧時間和分斷時間，有效提高微型斷路器的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，有效解決微型斷路器滅弧失效的難題，可產生較好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有較強的應用價值和推廣價值。

論文方法及創(chuàng)新點

針對目前居民用微型斷路器故障頻發(fā)，滅弧能力嚴重不足的問題，開展了微型斷路器滅弧失效分析及性能優(yōu)化研究。在分析微型斷路器滅弧失效機理的基礎上，提出了優(yōu)化設計技術路線圖，建立了微型斷路器失效仿真模型，分析并給出了關鍵優(yōu)化參數(shù)的取值，對提出的四種設計方案進行仿真，得出仿真結果。

在對仿真結果分析的基礎上，從滅弧柵、上引弧片和下引弧片的結構、材料設計入手，提出了提高微型斷路器滅弧性能的優(yōu)化設計方法。

優(yōu)化設計主要體現(xiàn)在三個方面：

• 一是通過對滅弧柵進行優(yōu)化設計，將滅弧柵片數(shù)量提升到13片，提高微型斷路器的滅弧能力；
• 二是通過對引弧片材質進行優(yōu)化，將上引弧片下段和下引弧片材質改進為鎢銅合金，減少微型斷路器內金屬蒸汽的產生；
• 三是通過對引弧片結構進行優(yōu)化設計，盡量減少下引弧片的上端尺寸，防止弧光燒蝕微型斷路器其它部件。

結論

（1）本文提出了微型斷路器優(yōu)化設計技術路線圖，建立了失效仿真模型，分析并給出了關鍵優(yōu)化參數(shù)的取值，對比仿真結果可知，本文綜合優(yōu)化設計方法可有效降低燃弧時間，提高微型斷路器的滅弧性能。

（2）通過對優(yōu)化前后的微型斷路器樣品在相同試驗環(huán)境下進行試驗分析可知，試品優(yōu)化后比優(yōu)化前分斷時間和燃弧時間均顯著減少，焦耳積分明顯降低，試驗結果與仿真結果相符。仿真和實驗結果表明，本文提出的優(yōu)化設計方案可明顯提升微型斷路器的滅弧性能和分斷能力，有效提高微型斷路器的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，有效解決微型斷路器滅弧失效的難題。

引用本文

熊德智, 陳向群, 楊杰, 薛陽, 張蓬鶴. 微型斷路器滅弧失效分析及性能優(yōu)化設計[J]. 電工技術學報, 2019, 34(11): 2333-2332.Xiong Dezhi, Chen Xiangqun, Yang Jie, Xue Yang, Zhang Penghe. Arc Extinguishing Failure Analysis and Performance Optimization Design of Miniature Circuit Breaker. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(11): 2333-2332.

團隊介紹

熊德智

博士，高級工程師，研究方向為智能配電網(wǎng)、電測量技術等；牽頭及參與省部級科研項目10余項；申請專利80余項；發(fā)表SCI等高水平科技論文40余篇；獲省部級科技進步獎一等獎1項、二等獎3項、三等獎1項；牽頭及參與10余項行標、企標、團標的制修訂工作。