(一)傳統終端配電箱的現狀
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