中職教育二年級(jí)全學(xué)期交通運(yùn)輸大類《直流斷路器》教學(xué)課件

直流斷路器學(xué)習(xí)目標(biāo)一、了解直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)1二、掌握直流斷路器手車的結(jié)構(gòu)2三、掌握直流斷路器的結(jié)構(gòu)及滅弧原理3一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)

直流開關(guān)柜安裝在牽引變電所或牽引降壓混合變電所中，完成直流電能的控制與分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線、接觸網(wǎng)或者接觸軌等設(shè)備的測(cè)控、保護(hù)以及與上位監(jiān)控設(shè)備的總線通信。

1.直流開關(guān)柜的用途圖3.4.1直流開關(guān)柜一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)

變電所中的直流開關(guān)柜包括750V、1500V兩種電壓等級(jí)。由以下5種柜體或箱體組成：

（1）進(jìn)線柜

（2）饋線柜

（3）負(fù)極柜

（4）端子柜

（5）鋼軌電位限制裝置2.直流開關(guān)柜的組成一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)

直流開關(guān)柜是一種空氣絕緣、金屬封閉式、戶內(nèi)成套的設(shè)備，由一系列標(biāo)準(zhǔn)化單元組成，如低壓室、斷路器（手車）室、母線室、電纜室等，如圖3.4.2所示，左側(cè)為正面，右側(cè)為背面。圖3.4.2MBS柜體結(jié)構(gòu)視圖一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)

直流開關(guān)柜主要包含以下六種設(shè)備：（1）微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置（2）人機(jī)界面觸摸式顯示屏（3）直流快速斷路器（4）直流隔離開關(guān)（5）電流測(cè)量放大器（6）電壓測(cè)量放大器圖3.4.3MBS柜體結(jié)構(gòu)視圖一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)

（1）斷路器室斷路器室包含抽出式斷路器手車、機(jī)械閉鎖機(jī)構(gòu)、手車導(dǎo)軌、手車接地觸點(diǎn)等幾部分。其中抽出式斷路器手車上安裝了直流斷路器、分流器、線路測(cè)試裝置、斷路器控制裝置等設(shè)備。圖3.4.4MBS斷路器室視圖一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)只有當(dāng)斷路器處于分閘狀態(tài)時(shí)，才可將手車?yán)鲋凉耋w外部。通過(guò)一個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)將斷路器手車在“工作”位置和“試驗(yàn)”位置變換。當(dāng)拔掉航空插頭后，無(wú)需專用工具即可將斷路器手車從柜體抽出并移開，使手車移出開關(guān)柜，移出開關(guān)柜后的斷路器手車與開關(guān)柜失去所有聯(lián)系（電路連接、機(jī)械聯(lián)鎖等）。圖3.4.5斷路器手車?yán)鍪疽鈭D一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)斷路器室內(nèi)還設(shè)置了一個(gè)自啟動(dòng)的活門，當(dāng)手車處于“試驗(yàn)”位置時(shí)，活門關(guān)閉并閉鎖，使直流斷路器手車觸頭不能插入，防止手車誤操作而從柜前碰到斷開的電纜室固定觸頭。測(cè)量線路饋線電壓的電壓變送器裝置安裝在柜體的固定部分，便于手車抽出時(shí)能繼續(xù)保持測(cè)量。圖3.4.6斷路器手車設(shè)備圖一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)

（2）母線室

母線室位于柜體后部，包含有與手車上部動(dòng)觸頭相接觸的靜觸頭及母排。母線室與斷路器室之間用絕緣隔板隔開，為方便維護(hù)人員進(jìn)入母線室維護(hù)，絕緣隔板都配有手柄。圖3.4.7MBS柜體結(jié)構(gòu)視圖一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)

（3）低壓室

低壓室位于直流開關(guān)柜上部，安裝有控制設(shè)備（二次系統(tǒng)，包括測(cè)量、控制電路等）。低壓室有一個(gè)單獨(dú)的隔離門，測(cè)量電路后面也安裝有絕緣板，實(shí)現(xiàn)與1500V（或750V）主電路的隔離，保護(hù)操作人員安全。

低壓室不包含任何潛在的主電路（無(wú)饋線電壓/無(wú)負(fù)回流電壓）；一次主回路電壓總是通過(guò)適當(dāng)?shù)念~定電壓變換器與二次回路隔離；就地控制裝置（分合閘控制開關(guān)等）安裝在低壓室門板上。一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)

（4）電纜室

電纜室位于柜體后部，它包括主回路的電纜連接排、固定觸頭（與可抽出的手車下部觸頭相接觸）、饋線電纜接地固定點(diǎn)。電纜室通過(guò)絕緣板與斷路器室隔開，為了方便維護(hù)人員進(jìn)入電纜室維護(hù)，絕緣隔板都裝配有手柄。一、直流開關(guān)柜的基礎(chǔ)知識(shí)3.直流開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)

各個(gè)直流開關(guān)柜的操作均須遵循已確定好的聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行。任何情況下隔離開關(guān)不能帶負(fù)荷操作，由于負(fù)極柜中僅有隔離開關(guān)，因此通常情況下直流牽引側(cè)送電先后順序依次為負(fù)極柜、正極柜、交流斷路器，最后是饋線柜，直流牽引側(cè)停電順序則相反。注意事項(xiàng)二、直流斷路器二、直流斷路器圖3.4.8直流斷路器手車結(jié)構(gòu)圖1.直流斷路器手車二、直流斷路器

斷路器手車上安裝的直流斷路器，其外觀如圖3.4.9所示。它是一種雙向、單極單元電器元件，采用了電磁吹弧、電動(dòng)操作系統(tǒng)、直接瞬時(shí)過(guò)流脫扣、間接快速脫扣(用戶可選項(xiàng))和空氣自然冷卻方式等技術(shù)。圖3.4.9UR36/40系列高速直流斷路器2.直流斷路器的外觀二、直流斷路器

間接脫扣器由一個(gè)線圈和一個(gè)電子控制裝置組成，線圈固定在斷路器上，電子控制裝置（由放電電容和電子開關(guān)組成）單獨(dú)安裝。1000～6000A的斷路器，其響應(yīng)時(shí)間僅為幾毫秒。圖3.4.10HPB45/60系列高速直流斷路器2.直流斷路器的外觀二、直流斷路器圖3.4.11直流斷路器UR36結(jié)構(gòu)圖3.直流斷路器的結(jié)構(gòu)合閘裝置撥叉動(dòng)觸頭（主觸頭）動(dòng)推桿輔助觸頭止動(dòng)器過(guò)流釋放桿舉起力靜觸頭（主觸頭）滅弧室角板滅弧柵滅弧柵二、直流斷路器4.直流電弧熄滅原理

與有自然過(guò)零點(diǎn)的交流電弧不同，直流電弧只能靠強(qiáng)制使電流為零來(lái)熄滅，在電弧能量不變的前提下，促使電弧電流接近于零，意味著必須提高電弧電壓，使之高于斷路器的工作電壓。

可以通過(guò)合理的措施迅速提高電弧電壓，如在中、低壓直流回路中使用電磁吹弧斷路器，從而達(dá)到滅弧的目的。二、直流斷路器4.直流電弧熄滅原理

對(duì)高壓直流回路，必須相應(yīng)地降低電壓和電流，對(duì)要求分閘更快的斷路器，通過(guò)加接LC諧振電路產(chǎn)生人工電流零點(diǎn)來(lái)滅弧，如圖3.4.12所示，這需要非常精確和可靠的電子技術(shù)。ULQFR

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短路發(fā)生時(shí)刻觸頭分離時(shí)刻圖3.4.12直流滅弧原理二、直流斷路器4.直流電弧熄滅原理

綜上所述，當(dāng)斷路器跳閘后，主回路磁場(chǎng)將動(dòng)靜觸頭之間產(chǎn)生的電弧吹入滅弧室，滅弧室采用冷陰極設(shè)計(jì)，由許多相互絕緣的滅弧板（金屬柵片）組成，一旦電弧進(jìn)入滅弧室，就被金屬柵片分裂為許多串聯(lián)的小弧段。因?yàn)槊績(jī)蓧K滅弧板之間的電壓降約為40V，所以總的電弧電壓便大大增加（電弧電壓取決于滅弧板的數(shù)量，一般不超過(guò)額定電壓的2倍），電弧電流大大減小，從而使電弧得以迅速熄滅。燃燒的氣體從上端逸出，并在位于金屬滅弧板上部的絕緣板之間被強(qiáng)化去游離而熄滅。二、直流斷路器4.直流電弧熄滅原理

鑒于直流電弧熄滅比較困難，應(yīng)當(dāng)盡量避免直流斷路器盲目合閘。當(dāng)直流斷路器合閘送電時(shí)，必須預(yù)先進(jìn)行線路測(cè)試，即首先通過(guò)線路測(cè)試裝置對(duì)將要合閘送電的線路進(jìn)行絕緣性能測(cè)試，絕緣合格，則給斷路器送出合閘命令；絕緣測(cè)試不合格，則閉鎖斷路器，禁止合閘。當(dāng)運(yùn)行的線路跳閘后，禁止盲目重合閘，只有通過(guò)線路測(cè)試，確認(rèn)短路清除，斷路器才能自動(dòng)重合閘。二、直流斷路器5.直流斷路器分合閘工作原理

直流斷路器根據(jù)其維持合閘狀態(tài)（合閘保持）原理及分閘控制原理的不同，分為電保持型（E型）和磁保持型（M型）兩種。

（1）合閘——如動(dòng)畫所示

如圖3.4.11所示，當(dāng)直流開關(guān)柜的二次系統(tǒng)接收到一個(gè)合閘脈沖，合閘裝置1推動(dòng)撥叉2使動(dòng)觸頭3合上并且使動(dòng)觸頭3壓緊主觸頭3和9。動(dòng)觸頭3帶動(dòng)推桿4移動(dòng)并使輔助觸頭5變位。合閘時(shí)的震動(dòng)力會(huì)被止動(dòng)器6所吸收。二、直流斷路器5.直流斷路器分合閘工作原理

（2）合閘保持

一旦主觸頭合上，動(dòng)觸頭壓緊觸頭的壓力將由合閘裝置1提供。電保持型（E型）斷路器通過(guò)在合閘線圈所在的回路中串入電阻以使合閘電流降低5%，該電流足以維持動(dòng)觸頭壓緊觸頭的合閘狀態(tài)；磁保持型（M型）斷路器依靠永久電磁鐵維持動(dòng)觸頭壓緊觸頭的合閘狀態(tài)。二、直流斷路器5.直流斷路器分合閘工作原理

（3）分閘——如動(dòng)畫所示

斷路器分閘可通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)。

其一，通過(guò)安裝于斷路器本體上的大電流脫扣保護(hù)裝置的過(guò)流脫扣命令。過(guò)流脫扣命令的實(shí)現(xiàn)方法是：某個(gè)電流超過(guò)了最大電流設(shè)定值，過(guò)流釋放桿7產(chǎn)生一個(gè)向上的舉起力8舉起撥叉2，從而釋放動(dòng)觸頭3。

產(chǎn)生在主觸頭間3和9的電弧通過(guò)角板11向上移動(dòng)至滅弧室10內(nèi)，并被滅弧柵12分割，電離氣體在滅弧柵13間被中和，直流電弧熄滅。二、直流斷路器