低壓直流斷路器的性能和應(yīng)用

1、第31卷低壓直流斷路器的性能和應(yīng)用1998年第6期第31卷低壓直流斷路器的性能和應(yīng)用1998年第6期經(jīng)驗(yàn)交流流斷路器的性能和應(yīng)用第31卷低壓直流斷路器的性能和應(yīng)用1998年第6期電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 華北電力設(shè)計(jì)院 北京人民電器廠F eatures and Application of Low Vo It age DC Breakers卓樂(lè)友(北京l(X)Oil)陳鞏劉百震(北京l(X)Oll) 南寅(北京102600)第31卷低壓直流斷路器的性能和應(yīng)用1998年第6期第31卷低壓直流斷路器的性能和應(yīng)用1998年第6期Q t894z2011 China Academic Journal Elect

2、ronic Publishing House. All rights reserved.瞞要】 研制的型塑料外殼式低壓直流斷路器采用 VJC絕緣四重加速窄縫分?jǐn)嗉夹g(shù)，限制電弧的擴(kuò)散，提高了 限流作用。它具冇快速切斯直流電弧、安秒特性、選擇性好、 可靠性高、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)；適用于發(fā)電廠、變電站及工 礦企業(yè)的低壓直流系統(tǒng)；合理選擇直流斷路器.可以提高直 流系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。咲鍵詞】 低壓直流斷路器 分?jǐn)嗵匦?選擇性K流斷路器貝有可旅切斷直流電流I叫路故障電流的保 護(hù)功能國(guó)際上(2廣泛使用。我國(guó)苴流凹路的保護(hù)設(shè)備一宜 以交流斷路器或熔斷器代用因其切斷苴流電弧能力和安秒 特性不穩(wěn)定，選擇性基等性能

3、不能滿足白流回路的耍求，造 成苴流回路故障矮見(jiàn)不鮮，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)電氣設(shè)涪的安 全可靠運(yùn)行。北京人氏電器廠1996年試制生產(chǎn)了(；1型塑 料外殼式低壓玄流斷路器，其性能經(jīng)北京電器研究所型式試 驗(yàn)介格通過(guò)北京市機(jī)械匸業(yè)管理局組織的專家，進(jìn)行了產(chǎn) 品鑒定并經(jīng)過(guò)1年使用運(yùn)行表明.它貝有快速切斷電弧和 安秒特性、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)能保證低床苴流系統(tǒng)安全運(yùn)行。1 fl流斷路器的分?jǐn)嗵匦訤i流斷路器的觸頭按通電流和長(zhǎng)期承載電流與一般交 流斷路器的性能相似.無(wú)特殊要求。而苴流斷路器與交流斷 路器的分?jǐn)嚯娏鞯牟愝^大，因直流斷路器的觸頭分?jǐn)嗍且?熄滅直流電弧,直流電恒定不變電流愈大，時(shí)間常數(shù)愈大, 電弧就愈難分

4、斷。斷路器的觸頭分?jǐn)鄷r(shí)，在斷LI處立即產(chǎn)生電弧，這既仃 W T電路的及時(shí)分?jǐn)啵謺?huì)使觸頭燒損，此時(shí)主耍問(wèn)題是觸 頭的電燒損，這對(duì)交n流回路的帖況足不一樣的。為了解交 直流斷路器的切斷電弧性能.荊先耍分析電弧的產(chǎn)生過(guò)程和 滅弧能力。當(dāng)分?jǐn)鄷r(shí)，觸頭間剛出現(xiàn)斷口時(shí)兩觸頭間距離極 小，電場(chǎng)強(qiáng)度極大，易產(chǎn)生高熱和強(qiáng)電場(chǎng)，金屬內(nèi)部的自由電 子從陰極表面逸出，奔向陽(yáng)極。同時(shí),自由電子在電場(chǎng)中撞擊 中性氣體分子，使之激勵(lì)和游離，產(chǎn)生正負(fù)離子和電子在強(qiáng) 電場(chǎng)作用F繼續(xù)向陽(yáng)極移動(dòng)時(shí)，還耍撞擊其他中性分了。因 此，在儺頭間隙會(huì)產(chǎn)生大量的正負(fù)離子和電子的帶電粒子, 使氣體導(dǎo)電形成熾熱的電子流，即電弧。電弧產(chǎn)生后，有游

5、離與去游離因索，游離作用足山于在 弧隙中產(chǎn)生大量的熱能，主耍是使氣體熱游離.特別足卅觸 頭表而的金屬蒸汽進(jìn)入弧隙后，氣體熱游離作用更為顯苦， 電床越寫(xiě)、電流越大.即電弧功率越大弧區(qū)溫度越高.電弧 的游離因索就越強(qiáng)。去游離是I人游離的正離子和電子在空 間相遇時(shí)要復(fù)合,重新形成中性的氣體分子；而高度密集的 高溫離子和電代也要向其周圍密度小和溫度低的介質(zhì)方面 擴(kuò)散，其結(jié)果弧隙內(nèi)離f和門由電子的濃度降低,電弧電阻 增大，電弧電流減少.從而削弱熱游離。要熄滅電弧,就要抑制游離因素和加強(qiáng)去游離因素,如 將電弧拉入窄縫，增加動(dòng)觸頭與柵片之間的距離等，縮小電 弧直徑，使其內(nèi)部的離子濃度增大，就可以加強(qiáng)擴(kuò)散和冷

6、卻 作用.把電弧拉長(zhǎng)或在電弧內(nèi)部設(shè)置障礙.使局部離子和電 子復(fù)合，即將去游離作用人于游離作用就能將電弧熄火。GM型直流斷路器在完成極隔分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)時(shí)，有以下 4個(gè)過(guò)程：(1) 短路電流沿看預(yù)期短路電流的指數(shù)曲線，從零沿較 高梯度升高至瞬時(shí)整定脫J1I電流值，約持續(xù)0. 54 inst(2) 脫扣器動(dòng)作以肩，觸頭經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)|占|有動(dòng)作時(shí)間 斷開(kāi).此間電流繼續(xù)上升時(shí)間大約持續(xù)I4 mso(3) 在冷發(fā)射和熱發(fā)射作用下產(chǎn)生電弧，電弧拉長(zhǎng)并在 瓠柱中熱游離，熱碰撞。氣體游離速度加快產(chǎn)生較大熱量及 壓力.時(shí)間大約持續(xù)0.3-6 mso(4) GM型2流斷路器在動(dòng)、靜觸頭之間有永久磴鐵或 電磁線圈，并產(chǎn)

7、生磁場(chǎng)磁通比較集中,它經(jīng)鐵心導(dǎo)磁夾板進(jìn) 入滅弧空間，并和滅弧片形成一層層閉合磁路使電弧在強(qiáng) 磁場(chǎng)作用下迅速由觸頭經(jīng)引弧角引向滅弧室窄縫畫(huà)場(chǎng)滅孤 室?guī)Щ鸹≌钟赡突∷芰现瞥?它的作用:一是引導(dǎo)電弧縱向 吹出，借此防止發(fā)生相間短路;二是使電弧與滅弧的絕緣壁 接觸，從而迅速冷卻，增強(qiáng)去游離作用，提高弧柱電壓降，迫 使電弧魂滅;三是產(chǎn)生惰性氣體.幫助滅弧，窄縫可將電弧柱 遼徑壓縮，使電弧同縫壁緊您接觸，加強(qiáng)冷卻和去游離作用。 柵片間是絕緣的.其作用能導(dǎo)出電弧的熱戢.以提烏電弧的 弧柱壓降，同時(shí)柵片將電弧分割成一段段的電弧，每一柵片 是這些短弧的電極.也就有許多個(gè)陽(yáng)極床降和陰極床降.對(duì) 直流電弧，近極處的

8、電弧電壓降加弧柱的電圧降一起滅弧。 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電弧一方面被拉長(zhǎng),另一方面又被冷卻，去游 離速度加快，電弧熄滅時(shí)間大約持續(xù)230 nisoGM型口流斷路器采用VJC絕緣四巫加速窄縫分?jǐn)嗉?術(shù)限制電弧的擴(kuò)散.提高了限流作用。交流斷路器如作為口流電路的保護(hù)元件，山于交流電流 的電弧容易熄滅，故其斷路器的動(dòng)挪觸頭之間的開(kāi)距小，不 能達(dá)到拉弧作用，滅弧室的匚作原理也不盡相同，用于交流 時(shí)的短路整定電流不能適應(yīng)肖流的技術(shù)要求I人I任流瞬動(dòng)電 流是交流瞬動(dòng)電流的1.42倍.根據(jù)試齡資料得知，如額定 電流人=32 A,交流瞬動(dòng)電流值為1()/.= 320 A,可斷開(kāi)交流 電路，同樣電流用在直流回路則不能動(dòng)

9、作。有些制造廠為r 將交流斷路器用丁流回路.用多極斷路器將其觸頭串聯(lián)便 用,不但分?jǐn)鄷r(shí)間長(zhǎng),如果某-極導(dǎo)線虛接或觸頭同步性差, 并觸頭分擔(dān)的電壓不同而燃弧產(chǎn)生的熱容量可足以使某一 極滅弧室燒毀。f流斷路器的臨界狀態(tài)分?jǐn)?，耍求從不大于額定電流的 3%至4倍額定電流時(shí)都應(yīng)正常分?jǐn)?(；M羽*流斷器單極能分 斷250 V苴流電氐 分?jǐn)鄷r(shí)間為6ms,如在125 V電壓下作可 保證高度的町靠運(yùn)行，如用兩極分?jǐn)?50 V苴流電路.即使一極 有故障.列-極也能可靠1：作.而對(duì)交流斷路器是不可能的。2血流斷路器分?jǐn)嚯娏鞯纳喜芳?jí)匹配口流回路以往用熔斷器較多，耍求上下級(jí)間的熔斷特性 配介，一般耍求熔片電流23級(jí)配

10、介，但山于熔片的特性及 管理上的原因，可靠性極差，主耍問(wèn)題有以下幾方面：(1) 熔片局部熔化。熔斷器通過(guò)電流超過(guò)額定值時(shí).熔片 隨電流大小的變化熔化的程度不同在實(shí)際運(yùn)行中，短時(shí)間 的2人5人的電流可能出現(xiàn)使熔片局部熔化.出現(xiàn)不是短 路故障而熔斷的事故。(2) 熔片氧化。熔片一般用銅質(zhì)材料，銅熔片會(huì)被氧化, 氧化愈厲害，*載的電流愈小，而可能引起謀熔斷。(3) 熔片內(nèi)阻不一致。當(dāng)正負(fù)極各用一個(gè)熔斷器時(shí)，山于 熔片厚薄不均勻，內(nèi)阻不一樣,短路故障時(shí)，內(nèi)陰小的熔片先 熔斷它承受全部或大部分的短路電流強(qiáng)電流產(chǎn)生高溫、高 斥，很可能使一只熔斷器爆炸。此外在安裝過(guò)程固定熔片的螺栓床力不一樣,或不小 心造成

11、熔片有缺【I或磨損.都會(huì)造成熔斷器的熔斷特性變 化引起誤動(dòng)。宙于以上原肉，熔斷器用于白流回路可靠性較差，同時(shí)， 熔斷器的操作更換熔片較困難等，故用血流斷路器代替熔斷 器對(duì)運(yùn)行可靠和維護(hù)管理都更為有利。直流斷路器的電流脫扌II保護(hù)裝置冇較好的選擇也上下 兩級(jí)的電流脫抑元件的動(dòng)作電流能很好的配介。(；1熨直流 斷路器在電力部電科院的標(biāo)準(zhǔn)何流電源試驗(yàn)臺(tái)上通過(guò)短路 電流作了選擇杵試驗(yàn)，證明貝:特性能配合，現(xiàn)將其試驗(yàn)惜況 及結(jié)果介紹如下：試驗(yàn)5臺(tái)斷路器觸頭串接通過(guò)短路電流試驗(yàn)。試驗(yàn)接線如附圖所示。被試設(shè)備編1； a、b、c、d、c分別為 GM 10()型 100A.GM 100 型 63A、(；M 32

12、 型 32A.GM32 型 20A、GM 32型6A。瞬時(shí)動(dòng)作電流整定倍數(shù)為9人±20%。試附圖5臺(tái)斷路器串聯(lián)試驗(yàn)接線表15臺(tái)斷路器串聯(lián)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)電流(；M 100/(；M 1(X)/(；M 32/GM 32/GM 32/AI ooa63a32A20a6A1 50()不動(dòng)動(dòng)作動(dòng)作動(dòng)作動(dòng)作1 300不動(dòng)不動(dòng)動(dòng)作動(dòng)作動(dòng)作5(X)不動(dòng)不動(dòng)動(dòng)作動(dòng)作動(dòng)作400不動(dòng)不動(dòng)不動(dòng)動(dòng)作動(dòng)作30()不動(dòng)不動(dòng)不動(dòng)動(dòng)作動(dòng)作270不動(dòng)不動(dòng)不動(dòng)不動(dòng)動(dòng)作從農(nóng)1可看出(；M 32的兩種斷路器上下級(jí)差為3級(jí)時(shí), 上級(jí)(32A)短路動(dòng)作電流約為15八。大小框架匹配.上級(jí)為 GM100/63A.下級(jí)為CM32/ 32A時(shí)

13、，上級(jí)(63A)短路動(dòng)作電 流約為20 /ro3門流斷路器的選擇原則及其技術(shù)參數(shù)(1) 額定電壓：按直流回路的額定電壓選擇。(2) 額定電流：額定電流除按回路的最大負(fù)荷電流選擇 外.11應(yīng)符介選擇性要求。上下級(jí)之間電流W可靠配介不能 越級(jí)動(dòng)作。(3) 短路電流：應(yīng)大于苴流冋路的計(jì)算垠大短路電詵值, 因直潦斷路有可靠的限流特性在計(jì)算各級(jí)的垠大短路電流 時(shí).應(yīng)占也斷路器的限流系數(shù)和連接導(dǎo)線的內(nèi)阻，以便獲得 最佳選擇。衣2列岀了兒種斷路器的限流系數(shù)。表2GM型斷路器的限流系數(shù)斷路器 熨式試驗(yàn)電流/kA整定波幅/ m m實(shí)測(cè)波幅/ mm限流 系數(shù)GM 80()112522 512.50.56GM 400112522 5150.67GM 225112()229.50.43GM 100M152270.324結(jié)束語(yǔ)(1) 山于直流斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用于II流回路切斷H 流電弧快速.分?jǐn)嘀笜?biāo)高.限流作用明顯.較交流斷路器性能 良好，工作可靠。(2) fi流斷路器的瞬時(shí)脫扣動(dòng)作的安秒特性較熔斷器熔 斷特性的選擇性、經(jīng)濟(jì)性郁優(yōu)越，可明顯簡(jiǎn)化保護(hù)，便于維護(hù) 管理和提島可靠性。介理化選擇血流斷路器，可以提高近流系統(tǒng)可靠性, 建議在直流典型設(shè)計(jì)和工程中選用。第31卷低壓直流斷路器的性能和應(yīng)用1998年第6期第3