低壓聯合接線盒的改進設計及應用分析

顧星辰 何慧之 馬 媛 王鈺楠 虞琰文 李 峰

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0 引言

隨著電力市場化交易的逐步推行，電能計量的準確性直接關系到貿易雙方的公平與公正。電能計量裝置是由各種類型的電能表或與計量用電壓、電流互感器及其二次回路相連組成的用于計量電能的裝置，包括電能計量柜（箱、屏）［1］。聯合接線盒是電能計量裝置的輔助設備，低壓聯合接線盒的作用是將電流互感器引出的二次線經聯合接線盒接線端的端子串并聯后再接到電能表的接線端子［2］，它適用于經互感器接入式低壓計量裝置二次回路聯合接線，可在不停電情況下開展電能表輪換、現場校驗、故障處理、用電檢查等作業，不但確保了人員安全，而且保障了設備正常運行。聯合接線盒運行的正常與否將直接影響到電能計量裝置是否安全可靠，甚至影響到計量結果的準確性［3］。

1 低壓聯合接線盒概述

低壓聯合接線盒在低壓計量裝置二次回路中的應用十分廣泛。電流互感器二次回路應安裝聯合接線盒，電流互感器從輸出端子直接接至低壓聯合接線盒，便于帶電換表和實負荷校表。本文查閱DL/T 825《電能計量裝置安裝接線規則》，聯合接線盒結構示意圖如圖1所示［4］。

圖1 聯合接線盒結構示意圖

接線盒從接線端鈕左右結構排列上來看，共有7組端子組成，其中電流線路3組，每組3只接線端子，每只端子上下是一個整體，端子間用連接片進行連接或斷開。電壓線路4組，每組3只接線端子，它們是一個整體，上下是斷開的，采用連接片或熔絲管進行連接或斷開。接線盒從接線端鈕上下功能結構來看，可分上、中、下3個部分，上端1 W~21 W為出線側端鈕，分別與電能表或其它二次設備連接。中間1 V、4 V、7 V為電壓連接片，2 V、3 V、5 V、6 V、8 V、9 V為電流連接片，10 V為零線連接片。下端1 U~13 U為進線側端鈕，與電壓互感器、電流互感器的二次出線側連接。

2 傳統低壓聯合接線盒存在的不足

低壓聯合接線盒是低壓經互感器接入式客戶用電計量和不停電更換計量裝置的重要裝置，目前廣泛使用的低壓聯合接線盒在設計及應用上存在以下幾點不足：

1）電壓回路接線主要依靠熔絲管和金屬片卡扣的形式，熔絲管較易發生熔斷，金屬片卡扣隨著使用年份的增加和熔絲管的插拔使用，較易發生松動和接觸不良的異常，進而導致失壓、欠壓、金屬卡片扣損壞等情況，進而產生電量計量的損失和維護成本的提高，若聯合接線盒整體更換，需客戶側配合停電，因涉及的客戶多為大容量客戶，整體維修維護困難。

2）電流回路接線主要采用螺釘及金屬連接片形式，電流回路操作煩瑣，接點太多，導致虛接、接觸不良的概率增大，裝、拆連接片擰12顆螺釘需耗費較長時間，作業效率低且容易出錯，長期使用也容易因松動、銹蝕等原因導致接觸不良，出現失流、損壞、少計量等異常情況。如果因人為疏忽或客觀因素導致電流互感器二次側開路，還會直接威脅設備和人員的安全。

3）低壓聯合接線盒面板表面金屬裸露部分較多，工作人員在頻繁擰螺釘操作連接片的過程中容易誤碰裸露帶電部位，可能引起相間短路、表箱外殼對地導電，發生電弧灼傷或觸電，存在一定的安全隱患。

3 低壓聯合接線盒改進設計及創新

針對上述分析出的低壓聯合接線盒的缺陷，本文對接線盒的電壓回路、電流回路、整體電路部分進行了設計改進，改進后的接線盒的外形尺寸、固定位置以及進出線位置與現有接線盒保持一致，便于替換安裝，具有普適性。

3.1 改進熔絲管的安裝和設計

采用熔絲管座安裝熔絲管，具有連接可靠、不易松動、拔插安全可靠等特性，本文選用PTF78型焊裝式熔絲管插座（圖2所示）。同時加裝斷路指示燈，熔絲熔斷時發光示警。

圖2 PTF78型熔絲管插座

熔絲管座內部采用黃銅卡片，徑向開口，有很好的夾持力，連接可靠，不會松動（圖3所示）。

圖3 熔絲管插座內部結構示意圖

3.2 改進接線盒電流、電壓回路連接方式

采用開關替代原螺釘及金屬連接片構成的電流回路連接方式，可根據需要通過撥動開關進行電流回路切換，操作簡便、不易出錯，并且不會松動或銹蝕，能保證電流回路安全可靠連接、切換。本文電流回路開關選用SS-22L11型撥動開關（8 A 250 V AC）如圖4所示。

圖4 SS-22L11型撥動開關

采用開關替代原熔絲管插拔通斷電壓回路的方式，能保證電壓回路安全可靠連接、斷開。本文電壓回路開關選用SS-12J02型撥動開關（3 A 250 VAC）如圖5所示。

圖5 SS-12J02型撥動開關

開關觸點材質為紫銅鍍銀，可保證接觸良好、不會銹蝕，開關表面有明確的指示標識。

3.3 接線盒電路部分改用PCB電路板設計

接線盒電路部分改用PCB電路板替代原接線盒的銅條，在保證額定電流安全的前提下，具有制造成本低、適合批量自動化生產、裝配簡便、可靠性高等優點。PCB電路板設計電流回路線寬≥5 mm×2(雙面)，最大載流≤15 A(溫升＜10℃)，可以充分保證電流回路電流負載≤6 A的要求（圖6所示)。

圖6 接線盒PCB電路板設計

電流回路選用KF950V-9.5-3P大電流端子排，電壓回路選用KF762V-7.62-3P大電流端子排(圖7所示)。

圖7 接線端子排

3.4 接線盒盒體、盒蓋設計

盒蓋采用透明材質，方便直接查看盒內接線情況，滿足阻燃、耐高溫、絕緣等要求。盒蓋上有特殊的限位塊，如要蓋好盒蓋則各開關必須在正常計量位置。設計樣品盒體采用3D打印方式完成，盒蓋采用透明材料3D打印完成(圖8所示)，后期批量生產可以開發注塑模具進行注塑加工。

圖8 接線盒盒體、盒蓋

4 低壓聯合接線盒整體組成及功能

4.1 接線盒整體設計

接線盒各回路的接線端子、開關、熔絲插座、指示燈等都焊裝在PCB電路板上，并經過防潮噴膜保護。在電路設計上保證電流、電壓回路的最大額定負載電流安全，電路板可承受最大負載電流達15 A。整體接線示意圖如圖9所示。

圖9 接線盒接線示意圖

該接線盒由盒體、電路板、電壓進出線接線端子、電流進出線接線端子、熔絲管座、電流回路開關、電壓回路開關及斷路指示燈等部分組成，接線盒實物結構圖如圖10所示。

圖10 接線盒實物結構圖

4.2 接線盒功能描述

4.2.1 電壓回路

電壓進線通過進線接線端子(Vxin)引入，通過電壓開關、熔絲、出線接線端子(Vxout)連接電表電壓端口，通過向下撥動SVx開關，可斷開電壓回路，端子命名如圖9所示，其中x為相位A/B/C。

斷路指示燈并接在電壓開關熔絲兩端，熔絲或開關斷路時指示燈亮。熔絲熔斷后首先斷開本相電壓開關，再拔下熔絲管座蓋，更換熔絲。

4.2.2 電流回路

電流互感器引線通過電流進線端子(Ixin1/Ixin2)引入，電表電流線連接電流端子出線(Ixout1/Ixout2)。電流出線(Ixout1)與進線(Ixin1)直接連通，端子命名如圖9所示，其中x為相位A/B/C。

電流回路狀態主要分為以下三類：

1）計量狀態。電流進線(Ixin2)經Kix2開關與電流出線(Ixout2)連通，構成電流計量回路。

2）換表狀態。換表前將Kix1開關撥向左邊，電流進線端子(Ixin2)經Kix2開關-Kix1開關與電流進線(Ixin1)構成電流互感器短路回路。換表結束后將Kix1開關撥向右邊，恢復正常計量狀態。

3）校驗狀態。Kix1開關撥向右邊，Kix2開關撥向左邊。

4.2.3 零線回路

通過接線端子(VNin)引入，通過熔絲、出線接線端子(VNout)連接電表零線端口。

5 結語

本文研發的新型低壓聯合接線盒，解決了傳統接線盒存在容易松動、接觸不良、銹蝕甚至損壞等進而導致失壓、失流計量異常以及操作煩瑣、容易出錯等問題，通過改進電壓回路、電流回路接線形式以及接線盒整體電路模式，達到操作安全便捷、連接可靠的要求，提高計量可靠性，提升用電管理水平。同時，新型低壓聯合接線盒制造成本低、適合批量自動化生產。改進后的接線盒外形尺寸、固定位置以及進出線位置與現有接線盒保持一致，產品具備推廣技術水平。