小型斷路器在小容量終端配電中的應用

　　傳統的終端配電箱典型的結線方案主要有兩種，如圖1所示，一是電源經（DZ10 型或DZ20 型）空氣斷路器（有的還增加熔斷器）后進入配電箱的母線，輸出各路均經熔斷器，如圖1 方案（a）;二是電源經空氣斷路器進入配電箱的母線，輸出各路均由閘刀開關（也可以為DZ10 型或DZ20 型空氣斷路器和熔斷器）控制，如圖1 方案（b）。電源進線的空氣斷路器主要作為電源的通斷的操作和后級短路保護之用，為防止電路發生較小電流短路時空氣斷路器不能可靠快速動作，增設了各路出線的熔斷器，各路出線的閘刀開關主要作為隔離開關，方案（a）中的各路出線熔斷器也可以兼顧隔離開關的功能。在圖1 的配電方案（b）也有使用DZ 型空氣斷路器作為出線開關。對于小容量終端配電，這些組合、結線方案主要存在如下不足：

　　1.占用的空間較大。使用熔斷器作為配電箱的短路保護，配電箱的體積較大，占用空間大，欠美觀，當要求配電箱的輸出支路數較多時尤為突出。

　　2.電路的連接點多，安裝的工藝性、可靠性差。使用熔斷器作為配電箱的短路保護，熔斷器及其接線端的連接點多且接觸可靠性差，維護工作量大，而且很容易出現接觸不良的現象，造成電動機缺相運行而被燒毀。

　　3.操作不安全，也不方便。僅使用熔斷器作為支路出線保護時，配電箱就沒有各支路的隔離開關，需要各支路單獨停送電操作時，只能通過取出或裝回熔斷器的熔心的方法來完成，不僅麻煩，而且有觸電的危險。

　　4.成本高。用DZ 型空氣斷路器作為出線開關時，不僅占用空間大，而且成本高。

（二）小型斷路器的特性分析與驗證

　　1.小型斷路器的特性

　　以DZ47-63 型小型斷路器為例，按脫扣形式主要分為D型和C 型兩種，主要用于交流50Hz，額定電壓380V，額定運行短路電流不超過6000A 的配電線路中作過載和短路保護，也可作為不頻繁通斷操作與轉換之用。C 型用于照明及民用的配電，D 型用于工業動力配電。現介紹DZ47-63（D）型小型斷路器主要技術性能參數如下：

　　（1）保護功能：過載長延時和瞬時短路保護功能。

　　（2）過電流脫扣特性：如表1 所示。

　　（3）額定分斷能力：380V 時4000A，220V 時6000A。

　　（4）機械電氣壽命：4000 次。

　　DZ47-63 型的C 型和D 型兩種脫扣形式的小型斷路器區別在于前者要求5 倍額定電流時0.1 秒內不脫扣，后者則為7倍額定電流時0.1 秒內不脫扣，承受瞬時峰值電流的能力更強，避讓電動機啟動電流的可靠性更高。

2.應用于終端配電的分析

　　根據生產廠家提供的技術參數，DZ47-63 型小型斷路器的C 型可用于照明電路配電和控制，D 型可用于工業動力的低壓配電和控制。照明電路的負荷變化雖然較大，但其沖擊負荷卻比較小，因此，小型斷路器在建筑照明電路的應用已經比較普及，但對沖擊負荷很大的工業動力配電領域，小型斷路器卻少見涉足。究其原因，主要是小型斷路器的體積太小，其控制沖擊負荷的可靠性、短路保護性能、過載保護性能和機械電氣壽命等受到質疑。

　　現僅就前述的小型斷路器應用于低壓動力配電的各項性能分析如下：

　　（1）控制沖擊負荷的可靠性 從表1 中可知，D 型脫扣形式的小型斷路器在7 倍額定電流時能在0.1 秒內不脫扣。

　　小型三相交流異步電動機的啟動電流為額定電流的4～7 倍，峰尖值持續時間短暫，完全能夠滿足電動機啟動時不脫扣的要求。

　　（2）短路保護的性能 從表1 中可知，D 型脫扣形式的小型斷路器在14 倍額定電流時能在0.1 秒內脫扣，額定分斷能力：380V 時4000A，220V 時6000A。能夠滿足小容量動力

　　配電的短路保護要求。

　　（3）過載保護性能 從表1 中可知，D 型脫扣形式的小型斷路器在2.55 倍額定電流時能在120 秒內脫，能夠滿足電動機和配電線路的過載保護要求。

　　（4）機械電氣壽命 DZ47-63 型小型斷路器的機械電氣壽命：4000 次，據調查統計，小型斷路器應用于照明配電控制出現機械電氣失效的故障不多，也應該能滿足工業動力配電的要求。

3.小型斷路器的特性驗證

　　小型斷路器的性能是否與生產廠家給出的技術參數一致，是影響實際使用主要因素，我們擬定對小型斷路器進行現場試驗驗證的內容如下：A.帶負荷通電試驗，驗證能否躲避電動機啟動的沖擊電流而不掉閘?B.切斷短路電流能力的試驗和過載保護性能試驗;C.解體檢查多次切斷短路電流后的觸頭燒損和絕緣破壞的情況。

　　（1）帶負荷通電、斷電能力的試驗

　　A.試驗對象：DZ47-63/20（D）型三相小型斷路器（隨機抽）3 個。B.試驗設備：C620 型車床帶主軸啟動（電動機Y132S-4 5.5kW380V，In =11.6A）;電壓表（MF-47 型萬用表2.5 級）;鉗型電流表（T-302 2.5 級）。C.試驗方法：在將C620 型車床原控制電路拆除后接入由DZ47-63/20（D）型三相小型斷路器，控制380V 的三相交流電源。通過小型斷路器的通電、斷電操作，控制車床的電動機帶主軸啟動和停止，每次啟動前必須使車床主軸處于靜止狀態，反復操作50 次后，更換另一個小型斷路器重復以上操作。D.試驗結果：電壓380V，啟動電流（實測）為 62A。三個小型斷路器帶負荷通電、斷電能力的試驗中，一切工作正常，表面最高溫度約40℃。

　　（2）切斷短路和過載電流的試驗

　　A.試驗對象： DZ47-63/32（D）型三相小型斷路器1 個，DZ47-63/20（D）型三相小型斷路器3 個。B.試驗設備：交流電焊機（BX3-500 型）;鉗型電流表（T-302 2.5 級）;電子秒表。C.試驗方法：按圖2 的電路，利用交流電焊變壓器二次側短路電流作為模擬短路和過電流的負荷，接入三相小型斷路器進行試驗，模擬試驗電流分2.55 倍、7 倍和14 倍小型斷路器的額定電流三個檔次，用鉗型電流表對實際模擬試驗負荷電流進行檢測。D.試驗結果：表2 僅列出了DZ47-63/32（D）型三相小型斷路器試驗結果，與產品說明書的特性參數一致。

　　其他三個DZ47-63/20（D）型三相小型斷路器的切斷短路和過載電流試驗結果，與產品說明書的特性參數基本一致。

　　（3）破壞性分合大電流試驗和解體檢查

　　試驗方法：分別對4 個小型斷路器加12 倍額定電流，帶負荷合閘和分斷試驗20 次，每個小型斷路器只試驗其中一相，然后逐一進行了解體檢查，具體情況如下：

　　A.DZ47-63/20～32（D）型三相小型斷路器由三個完全相同的、電路獨立的單相小型斷路器組成，內部電路沒有相互聯系，只有各相的操作機構、手柄之間的機械聯接和殼體之間的四顆銅管鉚釘的聯接。B.三相小型斷路器的每一相都是由靜觸頭、動觸頭、隔弧板、滅弧柵、過流脫扣線圈及其裝置等主要部件組成，靜觸頭為平面結構（3×3mm，厚0.8 mm），用特殊合金材料制成，壓焊在靜觸頭架上，動觸頭為球面結構（約SR6mm），為整體結構。C.靜觸頭有重度燒傷，凹坑截面約2.6×2.6mm，最深約0.4mm，動觸頭有中度燒傷，深度約為0.2mm，隔弧板敷有一層比較均勻的銅金屬蒸氣沉積層，滅弧柵和塑料殼體都比較完好，外觀和絕緣幾乎沒有損傷。

（三）小型斷路器在終端配電中的應用

　　1.在建筑照明電路電氣終端配電中的應用從1999 年開始，在照明電路上我們就逐步使用小型斷路器作為配電和控制開關，隨著時間的推移和使用量的增加，小型斷路器的優點不斷得到認可，對其可靠性的質疑也逐步消除。

　　在實際使用中，與傳統終端配電方式相比，故障率明顯降低，在正常使用的情況小很少出故障。在幾年的使用中，小型斷路器的故障主要由以下幾種情況：

　　（1）小型斷路器的進出線連接用螺栓直接壓緊，在負荷變化較大的場合，沒有及時檢查和擰緊，造成接觸局部不良。

　　（2）在沖擊電流很大的場合使用，如計算機（普通顯示器，同時啟動時顯示器的消磁線圈電流非常大）教室的控制開關，經常出現合閘脫扣和機構失效等現象。

　　（3）個別小型斷路器的觸頭氧化，造成接觸失效。

　　在家庭配電安裝時，為適用大變動負荷的要求，電源總開關的額定容量應該選擇大些的小型斷路器，同時配套漏電保護裝置，輸出支路的小型斷路器則按實際計算負荷容量選擇。

　　2.在小容量動力終端配電中的應用

　　我們在車間配終端電箱選用DZ47-63 系列三相小型斷路器作為各支路的負荷開關（兼顧短路過流保護），為提高短路過流保護的可靠性，在每個配電箱電源進線安裝了過流保護性能較好的DZ20 系列的空氣斷路器作為后級保護，各斷路器的容量根據負荷實際容量確定。

　　從2003 年10 月起投入使用DZ47-63/20～32（D）三相小型斷路器約200 多只，負荷大部分為C6140 型車床等臥式車床、CJK6140A 型數控車床和HK7140B 型數控銑床等機械加工設備，電動機的功率都在4～9kW（總容量可達12kVA）之間。

　　幾年來故障率一直都比較低，電路出現3 次短路故障，小型斷路器均能夠可靠切斷故障電流，沒有引起后級過流保護裝置的動作。使用效果令人滿意。

　　為提高可靠性，選用DZ47-63（D）系列三相小型斷路器作為動力配電和控制的負荷開關兼顧短路保護時，建議選用額定電流在32A 以下的品種。

（四）結語

　　小型斷路器具有體積小、易于集成化安裝的優點，不僅能在建筑的終端供配電和工業照明終端配電中應用，也能應用于動力終端配電和控制，能夠簡化供配電系統的結構，提高安裝施工的工藝性能，方便維護，并大大降低安裝和使用成本。