小型断路器在小容量终端配电中的应用

（一）传统终端配电箱的现状
传统的终端配电箱典型的结线方案主要有两种，如图1所示，一是电源经（DZ10 型或DZ20 型）空气断路器（有的还增加熔断器）后进入配电箱的母线，输出各路均经熔断器，如图1 方案（a）；二是电源经空气断路器进入配电箱的母线，输出各路均由闸刀开关（也可以为DZ10 型或DZ20 型空气断路器和熔断器）控制，如图1 方案（b）。电源进线的空气断路器主要作为电源的通断的操作和后级短路保护之用，为防止电路发生较小电流短路时空气断路器不能可靠快速动作，增设了各路出线的熔断器，各路出线的闸刀开关主要作为隔离开关，方案（a）中的各路出线熔断器也可以兼顾隔离开关的功能。在图1 的配电方案（b）也有使用DZ 型空气断路器作为出线开关。对于小容量终端配电，这些组合、结线方案主要存在如下不足：

1.占用的空间较大。使用熔断器作为配电箱的短路保护，配电箱的体积较大，占用空间大，欠美观，当要求配电箱的输出支路数较多时尤为突出。
2.电路的连接点多，安装的工艺性、可靠性差。使用熔断器作为配电箱的短路保护，熔断器及其接线端的连接点多且接触可靠性差，维护工作量大，而且很容易出现接触不良的现象，造成电动机缺相运行而被烧毁。
3.操作不安全，也不方便。仅使用熔断器作为支路出线保护时，配电箱就没有各支路的隔离开关，需要各支路单独停送电操作时，只能通过取出或装回熔断器的熔心的方法来完成，不仅麻烦，而且有触电的危险。
4.成本高。用DZ 型空气断路器作为出线开关时，不仅占用空间大，而且成本高。
（二）小型断路器的特性分析与验证
1.小型断路器的特性
以DZ47-63 型小型断路器为例，按脱扣形式主要分为D型和C 型两种，主要用于交流50Hz，额定电压380V，额定运行短路电流不超过6000A 的配电线路中作过载和短路保护，也可作为不频繁通断操作与转换之用。C 型用于照明及民用的配电，D 型用于工业动力配电。现介绍DZ47-63（D）型小型断路器主要技术性能参数如下：
（1）保护功能：过载长延时和瞬时短路保护功能。
（2）过电流脱扣特性：如表1 所示。

（3）额定分断能力：380V 时4000A，220V 时6000A。
（4）机械电气寿命：4000 次。
DZ47-63 型的C 型和D 型两种脱扣形式的小型断路器区别在于前者要求5 倍额定电流时0.1 秒内不脱扣，后者则为7倍额定电流时0.1 秒内不脱扣，承受瞬时峰值电流的能力更强，避让电动机启动电流的可靠性更高。
2.应用于终端配电的分析
根据生产厂家提供的技术参数，DZ47-63 型小型断路器的C 型可用于照明电路配电和控制，D 型可用于工业动力的低压配电和控制。照明电路的负荷变化虽然较大，但其冲击负荷却比较小，因此，小型断路器在建筑照明电路的应用已经比较普及，但对冲击负荷很大的工业动力配电领域，小型断路器却少见涉足。究其原因，主要是小型断路器的体积太小，其控制冲击负荷的可靠性、短路保护性能、过载保护性能和机械电气寿命等受到质疑。
现仅就前述的小型断路器应用于低压动力配电的各项性能分析如下：
（1）控制冲击负荷的可靠性 从表1 中可知，D 型脱扣形式的小型断路器在7 倍额定电流时能在0.1 秒内不脱扣。
小型三相交流异步电动机的启动电流为额定电流的4～7 倍，峰尖值持续时间短暂，完全能够满足电动机启动时不脱扣的要求。
（2）短路保护的性能 从表1 中可知，D 型脱扣形式的小型断路器在14 倍额定电流时能在0.1 秒内脱扣，额定分断能力：380V 时4000A，220V 时6000A。能够满足小容量动力
配电的短路保护要求。
（3）过载保护性能 从表1 中可知，D 型脱扣形式的小型断路器在2.55 倍额定电流时能在120 秒内脱，能够满足电动机和配电线路的过载保护要求。
（4）机械电气寿命 DZ47-63 型小型断路器的机械电气寿命：4000 次，据调查统计，小型断路器应用于照明配电控制出现机械电气失效的故障不多，也应该能满足工业动力配电的要求。
3.小型断路器的特性验证
小型断路器的性能是否与生产厂家给出的技术参数一致，是影响实际使用主要因素，我们拟定对小型断路器进行现场试验验证的内容如下：A.带负荷通电试验，验证能否躲避电动机启动的冲击电流而不掉闸？B.切断短路电流能力的试验和过载保护性能试验；C.解体检查多次切断短路电流后的触头烧损和绝缘破坏的情况。

（1）带负荷通电、断电能力的试验
A.试验对象：DZ47-63/20（D）型三相小型断路器（随机抽）3 个。B.试验设备：C620 型车床带主轴启动（电动机Y132S-4 5.5kW380V，In ＝11.6A）；电压表（MF-47 型万用表2.5 级）；钳型电流表（T-302 2.5 级）。C.试验方法：在将C620 型车床原控制电路拆除后接入由DZ47-63/20（D）型三相小型断路器，控制380V 的三相交流电源。通过小型断路器的通电、断电操作，控制车床的电动机带主轴启动和停止，每次启动前必须使车床主轴处于静止状态，反复操作50 次后，更换另一个小型断路器重复以上操作。D.试验结果：电压380V，启动电流（实测）为 62A。三个小型断路器带负荷通电、断电能力的试验中，一切工作正常，表面最高温度约40℃。
（2）切断短路和过载电流的试验
A.试验对象： DZ47-63/32（D）型三相小型断路器1 个，DZ47-63/20（D）型三相小型断路器3 个。B.试验设备：交流电焊机（BX3-500 型）；钳型电流表（T-302 2.5 级）；电子秒
表。C.试验方法：按图2 的电路，利用交流电焊变压器二次侧短路电流作为模拟短路和过电流的负荷，接入三相小型断路器进行试验，模拟试验电流分2.55 倍、7 倍和14 倍小型断路器的额定电流三个档次，用钳型电流表对实际模拟试验负荷电流进行检测。D.试验结果：表2 仅列出了DZ47-63/32（D）型三相小型断路器试验结果，与产品说明书的特性参数一致。
其他三个DZ47-63/20（D）型三相小型断路器的切断短路和过载电流试验结果，与产品说明书的特性参数基本一致。

（3）破坏性分合大电流试验和解体检查
试验方法：分别对4 个小型断路器加12 倍额定电流，带负荷合闸和分断试验20 次，每个小型断路器只试验其中一相，然后逐一进行了解体检查，具体情况如下：
A.DZ47-63/20～32（D）型三相小型断路器由三个完全相同的、电路独立的单相小型断路器组成，内部电路没有相互联系，只有各相的操作机构、手柄之间的机械联接和壳体之间的四颗铜管铆钉的联接。B.三相小型断路器的每一相都是由静触头、动触头、隔弧板、灭弧栅、过流脱扣线圈及其装置等主要部件组成，静触头为平面结构（3×3mm，厚0.8 mm），用特殊合金材料制成，压焊在静触头架上，动触头为球面结构（约SR6mm），为整体结构。C.静触头有重度烧伤，凹坑截面约2.6×2.6mm，最深约0.4mm，动触头有中度烧伤，深度约为0.2mm，隔弧板敷有一层比较均匀的铜金属蒸气沉积层，灭弧栅和塑料壳体都比较完好，外观和绝缘几乎没有损伤。

（三）小型断路器在终端配电中的应用
1.在建筑照明电路电气终端配电中的应用从1999 年开始，在照明电路上我们就逐步使用小型断路器作为配电和控制开关，随着时间的推移和使用量的增加，小型断路器的优点不断得到认可，对其可靠性的质疑也逐步消除。
在实际使用中，与传统终端配电方式相比，故障率明显降低，在正常使用的情况小很少出故障。在几年的使用中，小型断路器的故障主要由以下几种情况：
（1）小型断路器的进出线连接用螺栓直接压紧，在负荷变化较大的场合，没有及时检查和拧紧，造成接触局部不良。
（2）在冲击电流很大的场合使用，如计算机（普通显示器，同时启动时显示器的消磁线圈电流非常大）教室的控制开关，经常出现合闸脱扣和机构失效等现象。
（3）个别小型断路器的触头氧化，造成接触失效。
在家庭配电安装时，为适用大变动负荷的要求，电源总开关的额定容量应该选择大些的小型断路器，同时配套漏电保护装置，输出支路的小型断路器则按实际计算负荷容量选择。
2.在小容量动力终端配电中的应用
我们在车间配终端电箱选用DZ47-63 系列三相小型断路器作为各支路的负荷开关（兼顾短路过流保护），为提高短路过流保护的可靠性，在每个配电箱电源进线安装了过流保护性能较好的DZ20 系列的空气断路器作为后级保护，各断路器的容量根据负荷实际容量确定。
从2003 年10 月起投入使用DZ47-63/20～32（D）三相小型断路器约200 多只，负荷大部分为C6140 型车床等卧式车床、CJK6140A 型数控车床和HK7140B 型数控铣床等机械加工设备，电动机的功率都在4～9kW（总容量可达12kVA）之间。
几年来故障率一直都比较低，电路出现3 次短路故障，小型断路器均能够可靠切断故障电流，没有引起后级过流保护装置的动作。使用效果令人满意。
为提高可靠性，选用DZ47-63（D）系列三相小型断路器作为动力配电和控制的负荷开关兼顾短路保护时，建议选用额定电流在32A 以下的品种。
（四）结语
　　小型断路器具有体积小、易于集成化安装的优点，不仅能在建筑的终端供配电和工业照明终端配电中应用，也能应用于动力终端配电和控制，能够简化供配电系统的结构，提高安装施工的工艺性能，方便维护，并大大降低安装和使用成本。

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