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，是支持營銷業務的重要環節，是配電網的重要組成部分，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安全。

截止2016年8月底，國家電網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，據不完全統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。

論文方法及創新點

針對目前居民用微型斷路器故障頻發，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化參數的取值，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化設計方法。

優化設計主要體現在三個方面：

• 一是通過對滅弧柵進行優化設計，將滅弧柵片數量提升到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化參數的取值，對比仿真結果可知，本文綜合優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）通過對優化前后的微型斷路器樣品在相同試驗環境下進行試驗分析可知，試品優化后比優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、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。