小型斷路器在小容量終端配電中的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)的終端配電箱典型的結(jié)線方案主要有兩種，如圖1所示，一是電源經(jīng)（DZ10 型或DZ20 型）空氣斷路器（有的還增加熔斷器）后進(jìn)入配電箱的母線，輸出各路均經(jīng)熔斷器，如圖1 方案（a）;二是電源經(jīng)空氣斷路器進(jìn)入配電箱的母線，輸出各路均由閘刀開(kāi)關(guān)（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(jìn)線的空氣斷路器主要作為電源的通斷的操作和后級(jí)短路保護(hù)之用，為防止電路發(fā)生較小電流短路時(shí)空氣斷路器不能可靠快速動(dòng)作，增設(shè)了各路出線的熔斷器，各路出線的閘刀開(kāi)關(guān)主要作為隔離開(kāi)關(guān)，方案（a）中的各路出線熔斷器也可以兼顧隔離開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)。對(duì)于小容量終端配電，這些組合、結(jié)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(hù)，配電箱的體積較大，占用空間大，欠美觀，當(dāng)要求配電箱的輸出支路數(shù)較多時(shí)尤為突出。

　　2.電路的連接點(diǎn)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(hù)，熔斷器及其接線端的連接點(diǎn)多且接觸可靠性差，維護(hù)工作量大，而且很容易出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)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(hù)時(shí)，配電箱就沒(méi)有各支路的隔離開(kāi)關(guān)，需要各支路單獨(dú)停送電操作時(shí)，只能通過(guò)取出或裝回熔斷器的熔心的方法來(lái)完成，不僅麻煩，而且有觸電的危險(xiǎn)。

　　4.成本高。用DZ 型空氣斷路器作為出線開(kāi)關(guān)時(shí)，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(yàn)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(yùn)行短路電流不超過(guò)6000A 的配電線路中作過(guò)載和短路保護(hù)，也可作為不頻繁通斷操作與轉(zhuǎn)換之用。C 型用于照明及民用的配電，D 型用于工業(yè)動(dòng)力配電?，F(xiàn)介紹DZ47-63（D）型小型斷路器主要技術(shù)性能參數(shù)如下：

　?。?）保護(hù)功能：過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)和瞬時(shí)短路保護(hù)功能。

　　（2）過(guò)電流脫扣特性：如表1 所示。

　?。?）額定分?jǐn)嗄芰Γ?80V 時(shí)4000A，220V 時(shí)6000A。

　　（4）機(jī)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(qū)別在于前者要求5 倍額定電流時(shí)0.1 秒內(nèi)不脫扣，后者則為7倍額定電流時(shí)0.1 秒內(nèi)不脫扣，承受瞬時(shí)峰值電流的能力更強(qiáng)，避讓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的可靠性更高。

2.應(yīng)用于終端配電的分析

　　根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)，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(yè)動(dòng)力的低壓配電和控制。照明電路的負(fù)荷變化雖然較大，但其沖擊負(fù)荷卻比較小，因此，小型斷路器在建筑照明電路的應(yīng)用已經(jīng)比較普及，但對(duì)沖擊負(fù)荷很大的工業(yè)動(dòng)力配電領(lǐng)域，小型斷路器卻少見(jiàn)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(fù)荷的可靠性、短路保護(hù)性能、過(guò)載保護(hù)性能和機(jī)械電氣壽命等受到質(zhì)疑。

　　現(xiàn)僅就前述的小型斷路器應(yīng)用于低壓動(dòng)力配電的各項(xiàng)性能分析如下：

　?。?）控制沖擊負(fù)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(shí)能在0.1 秒內(nèi)不脫扣。

　　小型三相交流異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為額定電流的4～7 倍，峰尖值持續(xù)時(shí)間短暫，完全能夠滿足電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不脫扣的要求。

　?。?）短路保護(hù)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(shí)能在0.1 秒內(nèi)脫扣，額定分?jǐn)嗄芰Γ?80V 時(shí)4000A，220V 時(shí)6000A。能夠滿足小容量動(dòng)力

　　配電的短路保護(hù)要求。

　?。?）過(guò)載保護(hù)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(shí)能在120 秒內(nèi)脫，能夠滿足電動(dòng)機(jī)和配電線路的過(guò)載保護(hù)要求。

　　（4）機(jī)械電氣壽命 DZ47-63 型小型斷路器的機(jī)械電氣壽命：4000 次，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，小型斷路器應(yīng)用于照明配電控制出現(xiàn)機(jī)械電氣失效的故障不多，也應(yīng)該能滿足工業(yè)動(dòng)力配電的要求。

3.小型斷路器的特性驗(yàn)證

　　小型斷路器的性能是否與生產(chǎn)廠家給出的技術(shù)參數(shù)一致，是影響實(shí)際使用主要因素，我們擬定對(duì)小型斷路器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證的內(nèi)容如下：A.帶負(fù)荷通電試驗(yàn)，驗(yàn)證能否躲避電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的沖擊電流而不掉閘?B.切斷短路電流能力的試驗(yàn)和過(guò)載保護(hù)性能試驗(yàn);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(fù)荷通電、斷電能力的試驗(yàn)

　　A.試驗(yàn)對(duì)象：DZ47-63/20（D）型三相小型斷路器（隨機(jī)抽）3 個(gè)。B.試驗(yàn)設(shè)備：C620 型車(chē)床帶主軸啟動(dòng)（電動(dòng)機(jī)Y132S-4 5.5kW380V，In =11.6A）;電壓表（MF-47 型萬(wàn)用表2.5 級(jí)）;鉗型電流表（T-302 2.5 級(jí)）。C.試驗(yàn)方法：在將C620 型車(chē)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(guò)小型斷路器的通電、斷電操作，控制車(chē)床的電動(dòng)機(jī)帶主軸啟動(dòng)和停止，每次啟動(dòng)前必須使車(chē)床主軸處于靜止?fàn)顟B(tài)，反復(fù)操作50 次后，更換另一個(gè)小型斷路器重復(fù)以上操作。D.試驗(yàn)結(jié)果：電壓380V，啟動(dòng)電流（實(shí)測(cè)）為 62A。三個(gè)小型斷路器帶負(fù)荷通電、斷電能力的試驗(yàn)中，一切工作正常，表面最高溫度約40℃。

　?。?）切斷短路和過(guò)載電流的試驗(yàn)

　　A.試驗(yàn)對(duì)象： DZ47-63/32（D）型三相小型斷路器1 個(gè)，DZ47-63/20（D）型三相小型斷路器3 個(gè)。B.試驗(yàn)設(shè)備：交流電焊機(jī)（BX3-500 型）;鉗型電流表（T-302 2.5 級(jí)）;電子秒表。C.試驗(yàn)方法：按圖2 的電路，利用交流電焊變壓器二次側(cè)短路電流作為模擬短路和過(guò)電流的負(fù)荷，接入三相小型斷路器進(jìn)行試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)電流分2.55 倍、7 倍和14 倍小型斷路器的額定電流三個(gè)檔次，用鉗型電流表對(duì)實(shí)際模擬試驗(yàn)負(fù)荷電流進(jìn)行檢測(cè)。D.試驗(yàn)結(jié)果：表2 僅列出了DZ47-63/32（D）型三相小型斷路器試驗(yàn)結(jié)果，與產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的特性參數(shù)一致。

　　其他三個(gè)DZ47-63/20（D）型三相小型斷路器的切斷短路和過(guò)載電流試驗(yàn)結(jié)果，與產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的特性參數(shù)基本一致。

　　（3）破壞性分合大電流試驗(yàn)和解體檢查

　　試驗(yàn)方法：分別對(duì)4 個(gè)小型斷路器加12 倍額定電流，帶負(fù)荷合閘和分?jǐn)嘣囼?yàn)20 次，每個(gè)小型斷路器只試驗(yàn)其中一相，然后逐一進(jìn)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(gè)完全相同的、電路獨(dú)立的單相小型斷路器組成，內(nèi)部電路沒(méi)有相互聯(lián)系，只有各相的操作機(jī)構(gòu)、手柄之間的機(jī)械聯(lián)接和殼體之間的四顆銅管鉚釘?shù)穆?lián)接。B.三相小型斷路器的每一相都是由靜觸頭、動(dòng)觸頭、隔弧板、滅弧柵、過(guò)流脫扣線圈及其裝置等主要部件組成，靜觸頭為平面結(jié)構(gòu)（3×3mm，厚0.8 mm），用特殊合金材料制成，壓焊在靜觸頭架上，動(dòng)觸頭為球面結(jié)構(gòu)（約SR6mm），為整體結(jié)構(gòu)。C.靜觸頭有重度燒傷，凹坑截面約2.6×2.6mm，最深約0.4mm，動(dòng)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(méi)有損傷。

（三）小型斷路器在終端配電中的應(yīng)用

　　1.在建筑照明電路電氣終端配電中的應(yīng)用從1999 年開(kāi)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(kāi)關(guān)，隨著時(shí)間的推移和使用量的增加，小型斷路器的優(yōu)點(diǎn)不斷得到認(rèn)可，對(duì)其可靠性的質(zhì)疑也逐步消除。

　　在實(shí)際使用中，與傳統(tǒng)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：

　?。?）小型斷路器的進(jìn)出線連接用螺栓直接壓緊，在負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，沒(méi)有及時(shí)檢查和擰緊，造成接觸局部不良。

　?。?）在沖擊電流很大的場(chǎng)合使用，如計(jì)算機(jī)（普通顯示器，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)顯示器的消磁線圈電流非常大）教室的控制開(kāi)關(guān)，經(jīng)常出現(xiàn)合閘脫扣和機(jī)構(gòu)失效等現(xiàn)象。

　?。?）個(gè)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(shí)，為適用大變動(dòng)負(fù)荷的要求，電源總開(kāi)關(guān)的額定容量應(yīng)該選擇大些的小型斷路器，同時(shí)配套漏電保護(hù)裝置，輸出支路的小型斷路器則按實(shí)際計(jì)算負(fù)荷容量選擇。

　　2.在小容量動(dòng)力終端配電中的應(yīng)用

　　我們?cè)谲?chē)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(fù)荷開(kāi)關(guān)（兼顧短路過(guò)流保護(hù)），為提高短路過(guò)流保護(hù)的可靠性，在每個(gè)配電箱電源進(jìn)線安裝了過(guò)流保護(hù)性能較好的DZ20 系列的空氣斷路器作為后級(jí)保護(hù)，各斷路器的容量根據(jù)負(fù)荷實(shí)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(fù)荷大部分為C6140 型車(chē)床等臥式車(chē)床、CJK6140A 型數(shù)控車(chē)床和HK7140B 型數(shù)控銑床等機(jī)械加工設(shè)備，電動(dòng)機(jī)的功率都在4～9kW（總?cè)萘靠蛇_(dá)12kVA）之間。

　　幾年來(lái)故障率一直都比較低，電路出現(xiàn)3 次短路故障，小型斷路器均能夠可靠切斷故障電流，沒(méi)有引起后級(jí)過(guò)流保護(hù)裝置的動(dòng)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(dòng)力配電和控制的負(fù)荷開(kāi)關(guān)兼顧短路保護(hù)時(shí)，建議選用額定電流在32A 以下的品種。

（四）結(jié)語(yǔ)

　　小型斷路器具有體積小、易于集成化安裝的優(yōu)點(diǎn)，不僅能在建筑的終端供配電和工業(yè)照明終端配電中應(yīng)用，也能應(yīng)用于動(dòng)力終端配電和控制，能夠簡(jiǎn)化供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高安裝施工的工藝性能，方便維護(hù)，并大大降低安裝和使用成本。