低压直流断路器的性能和应用.doc

第31卷低压直流断路器的性能和应用1998年第6期第31卷低压直流断路器的性能和应用1998年第6期经验交流流断路器的性能和应用第31卷低压直流断路器的性能和应用1998年第6期电力规划设计总院 华北电力设计院 北京人民电器厂F eatures and Application of Low Vo It age DC Breakers卓乐友(北京l(X)Oil)陈巩刘百震(北京l(X)Oll) 南寅(北京102600)第31卷低压直流断路器的性能和应用1998年第6期第31卷低压直流断路器的性能和应用1998年第6期Q t894z2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.瞒要】 研制的型塑料外壳式低压直流断路器采用 VJC绝缘四重加速窄缝分断技术，限制电弧的扩散，提高了 限流作用。它具冇快速切斯直流电弧、安秒特性、选择性好、 可靠性高、运行维护方便等优点；适用于发电厂、变电站及工 矿企业的低压直流系统；合理选择直流断路器.可以提高直 流系统运行的可靠性。咲键词】 低压直流断路器 分斷特性 选择性K流断路器貝有可旅切断直流电流I叫路故障电流的保 护功能国际上(2广泛使用。我国苴流凹路的保护设备一宜 以交流断路器或熔断器代用因其切断苴流电弧能力和安秒 特性不稳定，选择性基等性能不能满足白流回路的耍求，造 成苴流回路故障矮见不鲜，严重威胁电力系统电气设涪的安 全可靠运行。北京人氏电器厂1996年试制生产了(；1型塑 料外壳式低压玄流断路器，其性能经北京电器研究所型式试 验介格通过北京市机械匸业管理局组织的专家，进行了产 品鉴定并经过1年使用运行表明.它貝有快速切断电弧和 安秒特性、选择性好等优点能保证低床苴流系统安全运行。1 fl流断路器的分断特性Fi流断路器的触头按通电流和长期承载电流与一般交 流断路器的性能相似.无特殊要求。而苴流断路器与交流断 路器的分断电流的并异较大，因直流断路器的触头分断是要 熄灭直流电弧,直流电恒定不变电流愈大，时间常数愈大, 电弧就愈难分断。断路器的触头分断时，在断LI处立即产生电弧，这既仃 W T电路的及时分断，又会使触头烧损，此时主耍问题是触 头的电烧损，这对交n流回路的帖况足不一样的。为了解交 直流断路器的切断电弧性能.荊先耍分析电弧的产生过程和 灭弧能力。当分断时，触头间刚出现断口时两触头间距离极 小，电场强度极大，易产生高热和强电场，金属内部的自由电 子从阴极表面逸出，奔向阳极。同时,自由电子在电场中撞击 中性气体分子，使之激励和游离，产生正负离子和电子在强 电场作用F继续向阳极移动时，还耍撞击其他中性分了。因 此，在傩头间隙会产生大量的正负离子和电子的带电粒子, 使气体导电形成炽热的电子流，即电弧。电弧产生后，有游离与去游离因索，游离作用足山于在 弧隙中产生大量的热能，主耍是使气体热游离.特别足卅触 头表而的金属蒸汽进入弧隙后，气体热游离作用更为显苦， 电床越寫、电流越大.即电弧功率越大弧区温度越高.电弧 的游离因索就越强。去游离是I人游离的正离子和电子在空 间相遇时要复合,重新形成中性的气体分子；而高度密集的 高温离子和电代也要向其周围密度小和温度低的介质方面 扩散，其结果弧隙内离f和门由电子的浓度降低,电弧电阻 增大，电弧电流减少.从而削弱热游离。要熄灭电弧,就要抑制游离因素和加强去游离因素,如 将电弧拉入窄缝，增加动触头与栅片之间的距离等，缩小电 弧直径，使其内部的离子浓度增大，就可以加强扩散和冷却 作用.把电弧拉长或在电弧内部设置障碍.使局部离子和电 子复合，即将去游离作用人于游离作用就能将电弧熄火。GM型直流断路器在完成极隔分断能力试验时，有以下 4个过程：(1) 短路电流沿看预期短路电流的指数曲线，从零沿较 高梯度升高至瞬时整定脱J1I电流值，约持续0. 54 inst(2) 脱扣器动作以肩，触头经过开关机构|占|有动作时间 断开.此间电流继续上升时间大约持续I4 mso(3) 在冷发射和热发射作用下产生电弧，电弧拉长并在 瓠柱中热游离，热碰撞。气体游离速度加快产生较大热量及 压力.时间大约持续0.3-6 mso(4) GM型2流断路器在动、静触头之间有永久磴铁或 电磁线圈，并产生磁场磁通比较集中,它经铁心导磁夹板进 入灭弧空间，并和灭弧片形成一层层闭合磁路使电弧在强 磁场作用下迅速由触头经引弧角引向灭弧室窄缝畫场灭孤 室带火弧罩由耐弧塑料制成.它的作用:一是引导电弧纵向 吹出，借此防止发生相间短路;二是使电弧与灭弧的绝缘壁 接触，从而迅速冷却，增强去游离作用，提高弧柱电压降，迫 使电弧魂灭;三是产生惰性气体.帮助灭弧，窄缝可将电弧柱 辽径压缩，使电弧同缝壁紧您接触，加强冷却和去游离作用。 栅片间是绝缘的.其作用能导出电弧的热戢.以提烏电弧的 弧柱压降，同时栅片将电弧分割成一段段的电弧，每一栅片 是这些短弧的电极.也就有许多个阳极床降和阴极床降.对 直流电弧，近极处的电弧电压降加弧柱的电圧降一起灭弧。 在运动过程中，电弧一方面被拉长,另一方面又被冷却，去游 离速度加快，电弧熄灭时间大约持续230 nisoGM型口流断路器采用VJC绝缘四巫加速窄缝分断技 术限制电弧的扩散.提高了限流作用。交流断路器如作为口流电路的保护元件，山于交流电流 的电弧容易熄灭，故其断路器的动挪触头之间的开距小，不 能达到拉弧作用，灭弧室的匚作原理也不尽相同，用于交流 时的短路整定电流不能适应肖流的技术要求I人I任流瞬动电 流是交流瞬动电流的1.42倍.根据试齡资料得知，如额定 电流人=32 A,交流瞬动电流值为1()/.= 320 A,可断开交流 电路，同样电流用在直流回路则不能动作。有些制造厂为r 将交流断路器用丁流回路.用多极断路器将其触头串联便 用,不但分断时间长,如果某-极导线虚接或触头同步性差, 并触头分担的电压不同而燃弧产生的热容量可足以使某一 极灭弧室烧毁。f流断路器的临界状态分断，耍求从不大于额定电流的 3%至4倍额定电流时都应正常分断.(；M羽*流断器单极能分 断250 V苴流电氐 分断时间为6ms,如在125 V电压下作可 保证高度的町靠运行，如用两极分断250 V苴流电路.即使一极 有故障.列-极也能可靠1：作.而对交流断路器是不可能的。2血流断路器分断电流的上卜级匹配口流回路以往用熔断器较多，耍求上下级间的熔断特性 配介，一般耍求熔片电流23级配介，但山于熔片的特性及 管理上的原因，可靠性极差，主耍问题有以下几方面：(1) 熔片局部熔化。熔断器通过电流超过额定值时.熔片 随电流大小的变化熔化的程度不同在实际运行中，短时间 的2人5人的电流可能出现使熔片局部熔化.出现不是短 路故障而熔断的事故。(2) 熔片氧化。熔片一般用铜质材料，铜熔片会被氧化, 氧化愈厉害，*载的电流愈小，而可能引起谋熔断。(3) 熔片内阻不一致。当正负极各用一个熔断器时，山于 熔片厚薄不均匀，内阻不一样,短路故障时，内阴小的熔片先 熔断它承受全部或大部分的短路电流强电流产生高温、高 斥，很可能使一只熔断器爆炸。此外在安装过程固定熔片的螺栓床力不一样,或不小 心造成熔片有缺【I或磨损.都会造成熔断器的熔断特性变 化引起误动。宙于以上原肉，熔断器用于白流回路可靠性较差，同时， 熔断器的操作更换熔片较困难等，故用血流断路器代替熔断 器对运行可靠和维护管理都更为有利。直流断路器的电流脱扌II保护装置冇较好的选择也上下 两级的电流脱抑元件的动作电流能很好的配介。(；1熨直流 断路器在电力部电科院的标准何流电源试验台上通过短路 电流作了选择杵试验，证明貝:特性能配合，现将其试验惜况 及结果介绍如下：试验5台断路器触头串接通过短路电流试验。试验接线如附图所示。被试设备编1； a、b、c、d、c分別为 GM 10()型 100A.GM 100 型 63A、(；M 32 型 32A.GM32 型 20A、GM 32型6A。瞬时动作电流整定倍数为9人±20%。试附图5台断路器串联试验接线表15台断路器串联试验结果试验电流(；M 100/(；M 1(X)/(；M 32/GM 32/GM 32/AI ooa63a32A20a6A1 50()不动动作动作动作动作1 300不动不动动作动作动作5(X)不动不动动作动作动作400不动不动不动动作动作30()不动不动不动动作动作270不动不动不动不动动作从农1可看出(；M 32的两种断路器上下级差为3级时, 上级(32A)短路动作电流约为15八。大小框架匹配.上级为 GM100/63A.下级为CM32/ 32A时，上级(63A)短路动作电 流约为20 /ro3门流断路器的选择原则及其技术参数(1) 额定电压：按直流回路的额定电压选择。(2) 额定电流：额定电流除按回路的最大负荷电流选择 外.11应符介选择性要求。上下级之间电流W可靠配介不能 越级动作。(3) 短路电流：应大于苴流冋路的计算垠大短路电诜值, 因直潦断路有可靠的限流特性在计算各级的垠大短路电流 时.应占也断路器的限流系数和连接导线的内阻，以便获得 最佳选择。衣2列岀了儿种断路器的限流系数。表2GM型断路器的限流系数断路器 熨式试验电流/kA整定波幅/ m m实测波幅/ mm限流 系数GM 80()112522 512.50.56GM 400112522 5150.67GM 225112()229.50.43GM 100M152270.324结束语(1) 山于直流断路器的结构特点，用于II流回路切断H 流电弧快速.分断指标高.限流作用明显.较交流断路器性能 良好，工作可靠。(2) fi流断路器的瞬时脱扣动作的安秒特性较熔断器熔 断特性的选择性、经济性郁优越，可明显简化保护，便于维护 管理和提岛可靠性。介理化选择血流断路器，可以提高近流系统可靠性, 建议在直流典型设计和工程中选用。第31卷低压直流断路器的性能和应用1998年第6期第31卷低压直流断路器的性能和应用1998年第6期验电流值(不计断路器内阻和导线电阻)：1 5(X) A、1 30() A、500 A、400 A、3(X) A、270A。试验结果见表1。收稿口期：19984)340(责任编辑 郭 晓)© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved http:/wnki.ne