直流断路器选择性保护

4.以外部附件分：手操机构、电操机构。
5.以内部附件分：辅助触头、报警触头、分励脱扣器、欠压脱扣器。 6.以额定电压分：DC48V、DC110V（125V）、DC220V（250V）、440V、500V、1000V、1500V
直流断路器的保护机理
二、直流断路器的保护机理
1. 热磁式两段保护直流断路器的保护机理 热过载保护机理：过载保护主要是通过热反时限延时的双金属片来实现。 电磁短路保护机理：一般通过螺管式电磁铁，实现断路器短路瞬时保护。 2. 电子式三段保护直流断路器的保护机理 热过载保护机理：同上。 电磁短路保护机理：同上。 电子式短路短延时保护机理：在脱扣机构上连接电子控制装置。 3. 热磁式选择性保护直流断路器的保护机理 热过载保护机理： 热式短路短延时反时限保护机理：快动双金属片。
直流断路器选择性保护
北京人民电器厂有限公司
目录
提纲
1 2
直流断路器的分类
直流断路器的保护机理
3 4
保护电器选型分析
使用熔断器应注意的问题
目录
提纲
5 6
应用举例－某220KV变电站直流系统分析及解决方案
软件分析与服务
7
直流产品可靠性保证手段
保护电器选型分析
★直流末端保护电器，我们推荐的产品？
1）GM5-63CL型——脱扣倍数7-10In（低脱扣倍数，既保证灵敏性，又避免 误跳）； 2）GM5-63CL型——组合式灭弧系统极大提高限流能力； 3）GM5-63CL型（无极性）——接线不再区分正负极，避免接错线烧开关
★ GM5-63系列断路器参数表
3.直流末端保护电器的灵敏性和限流——GM5-63L型
分电屏 断路器
保护屏 断路器
灵敏性如何保 证？可靠性？ 限流的必要性？
1）灵敏性的保证——低脱扣倍数 2）可靠性要求——不误动，容性负载（储能电容） 3）事故照明回路特殊要求：
国标GB10963.2规定：同时符合用于交流回路中，单极
分断AC400V，6kA短路分断能力的要求。
★蓄电池出口断路器和机组控制系统塑壳断路器选型
蓄电池容量 1500Ah以下 1500Ah及以 上 断路器型号 GM5FB GW3B 最大壳架等 级电流 800A 3200A 分断能力 （Icu） 短延时时间
H型：15KA； 20-80ms反时 R型：65KA 限延时 100ms定时限 65KA
（可根据客户需求 出厂前整定）
测保屏 6A
选择性保护。 上限之外，越级动作概率为 作上限之外，越级动作概率为 100% 100% 。。 3245A 灵敏度校验
Icc＝542
应用举例
（2）系统建议方案一
蓄电池出口：
将蓄电池出口保护电器更换为GM5FB-800系列全选择性断路器，在大于5~7In 的电流范围内，延时时间为20~80ms，快于熔断器，避免蓄电池和线路承受较长时 间的短路电流冲击，同时又解决了熔断器离散性差的问题。因此，特别适合用于蓄 电池出口作为保护蓄电池之用。此系列断路器具有熔断器特性，特别易于与下级断 路器实现选择性保护。 第一支路： 将馈电屏断路器设计为GM5FB-250系列全选择性断路器，同时，将分电屏两 段断路器更换为GM5B-32系列三段保护断路器，短延时时间为7ms。 馈电屏全选择性断路器与分电屏三段断路器（7ms延时）可实现选择性保护。 分电屏断路器（7ms延时）可与下级测保屏中任何两段保护断路器自然实现选
二者取大者，应选择110mm2。
由于电缆长度为100m，此处电 缆压降不合格的概率较大，建议 至少选择 35mm2。 此处空开选择额定电流为 10A，与
220kV继保室
分馈电屏
下级6A断路器仅相差一个级差，很 难实现选择性，建议至少选择20A。
测控保护屏
应用举例
问题 问题 2：选择性保护问题 3：灵敏度问题
保护电器选型分析
GM5FB系列选择性保护塑壳式直流断路器 脱扣特性曲线
保护电器选型分析
GM5FB系列断路器电气原理图和结构示意图
In Isd
GM5FB系列断路器电气原理图
保护电器选型分析
2.分电屏保护电器选择性和灵敏性的兼顾——GM5B-40系列
分电屏 断路器
保护屏 断路器
当分电屏本级 出现短路，我 们如何同时兼 顾选择性和灵 敏性？
1）要求电压互感器出口断路器自身为低压降，以减少电能计量装置的误差； 2）要求电压互感器出口断路器对PT线路快速保护，对断路器灵敏性要求高；
★ PT回路我们推荐的产品
1）GMT32（B）系列——断路器内阻值仅为普通断路器内阻值的10%—15%； 2）GMT32（B）系列—— 断路器短路瞬时脱扣电流为2.8—3.5In； 型号 GMT32型 GMT32B型 额定电流 0.5-10A 3-10A AC230V AC400V 额定电压 短路保护 分断能力 短路瞬动 2.8-3.5In 带有短路 短延时保 护 6KA 4.5KA
使用熔断器应注意的问题
（3）熔断器受一次大短路电流冲击，特性变化非常大，无法检验。 （4）与基座的安装接触力的变化，接触表面氧化，使接触电阻变化很大。 （5）在使用或安装中，已因外力破坏致部分熔片折断或受伤，内部电阻增大， 成为熔断器的薄弱点，熔断器整体性能下降，导致越级动作，导致存在全站 直流失压的隐患。
★ GM5B-32/GM5B-40系列断路器参数表
型号 GM5B-32 GM5B-32H GM5B-40 GM5B-40H 额定电流 16~32A 16~32A 16~40A 16~40A DC110V /220V 45mm 额定电压 宽度 分断能力 4.5kA 10kA 15kA 20kA
保护电器选型分析
使用熔断器应注意的问题
四、使用熔断器应注意的问题
1.熔断器的种类，如下表。
使用熔断器应注意的问题
2.大熔断器与小熔断器的焦尔积分的区分明显，使得熔断器的选择性很好， 但大趋势为什么不用了 （1）熔断器本身设计上的缺陷，熔体的老化现象： ① 无冶金效应的熔体老化现象：由于熔断体反复负载使熔体受到加热和 冷却的循环，产生热膨胀和冷却收缩，使熔体受到机械应力，引起熔体金属 材料晶格粗化、扭曲，导致电阻率增加而使特性变坏。 ② 有冶金效应的熔体老化现象：由于熔体通过电流时温度的增加，还会 使灭弧介质材料的分子溶解到熔体中去，产生合金现象，改变了熔点，而使 特性变坏。 （2）由于熔断器受环境温度和湿度的影响较大，熔断时间分散性大。
1）定时限的短路短延时保护——满足选择性； 2）在满足选择性的前提下，缩短短延时时间 3）响应DLT-5044新规程的要求，满足高分断能力
保护电器选型分析
★分馈电屏，我们推荐什么样的产品？
1）GM5B-32/40系列——和下级两段式断路器自然实现选择性； 2） GM5B-32/40系列——短延时时间7ms，满足选择性前提下用时更短； 3） GM5B-32/40系列——分断能力最高可达20KA，满足各种直流系统要求
保护电器选型分析
三、保护电器选型分析
保护电器选型分析
1.蓄电池出口保护电器选型——全程反时限GM5FB系列
蓄电池出口我 们需要什么样 的保护电器？
蓄电池
出口
Icc
蓄电池出口对保护电器的要求： 1）高安全性：安全性——不拒动（200Ah，200A；长距离电缆末端短路）； 2）高可靠性：不误动，结构可靠； 3）高效性：选择性要求最高：禁止出现越级跳闸 4）兼顾灵敏性：满足选择性前提下，最大限度提高本级保护的灵敏性
择性保护。
应用举例
第二支路：
将馈电屏两段断路器更换为GM5B-32系列三段保护断路器，短延时时间为 7ms。 馈电屏断路器（7ms延时）可与下级测保屏中两段保护断路器自然实现选择性
保护。
应用举例
问题 1：解决选择性保护问题 问题 2：解决灵敏度问题
蓄电池出口保 护电器
第1步：判据1.此短路电流，已达到本级断路器 GM5FB系列断路器之间实现选择 验证本级断路器出线端最远处短路电流是 主馈电屏 短延时脱扣器动作上限（ 1750A）， 性保护： 否大于本级断路器短路短延时或短路瞬时 判定依据： 20ms和80ms之间。 动作时间介于 脱扣器的动作上限： GM5FB 与 GM5B-32 系 列 断 路 器 上级断路器额定电流是下级断路 GM5FB 系列： Isd=7In 2.因此灵敏度符合要求。 之间 实现选择性保护（级差配 器的 2.5 倍或更大，即可靠实现选 GM5B-32系列： Isd=12In 1.此短路电流，已达到本级断路器 合）： 择性保护 。 GM5-63系列： Ii=15In 220kV继保室 判定依据： 短延时脱扣器动作上限（ 700A）， 第2步：结论 上级断路器额定电流是下级断路 分馈电屏 动作时间介于 20ms和80ms之间。 如大于上述脱扣器动作上限，则判断灵敏 器的三段断路器与两段断路器可自然实 3 倍或更大，即可靠实现选 2.因此灵敏度符合要求。 度合格。 择性保护 。 现选择性保护。 1.此短路电流，已达到本级断路器 判定依据： 短延时脱扣器动作上限（ 240A）， 测控保护屏 1.此短路电流，已达到本级断路器 1. 下级断路器负载端短路，短路电 延时 7ms动作。 流小于上级断路器短路瞬时动作值 短路瞬时脱扣器动作上限（ 90A）， Is1。 2.因此灵敏度符合要求。 动作时间为5ms以内。 2. 判断上下级短延时时间是否符合 2.因此灵敏度符合要求。 t1＞t2。
熔断器防护等级为IP00
GM5FB系列断路器防护等级可达IP30
使用熔断器应注意的问题
小结：
1.综上所述，使用熔断器应制定一整套的完善的管理规范，如何时更换熔 断器，熔断器经过一次大短路电流冲击但没有熔断等类似情况的管理。
2.应使用符合标准要求的，合格的熔断器。
3.但由于上述两点不容易实现，加之上述熔断器由于本身结构等的弊端， 因此国网公司的趋势是用断路器逐步替代熔断器。这从近几年系统内变电站
直流断路器的分类
一、直流断路器的分类
1.以壳架型式分：小型直流断路器，塑壳式直流断路器，万能式直流断路器。
2.以保护形式分：热磁式两段保护（热过载长延时保护、电磁短路瞬时保护）；电子式三段保护（
热过载长延时保护、电磁短路瞬时保护、电子式短路短延时保护）；热磁式选择性保护（热过载长 延时保护、热式短路短延时限流型反时限保护）。 3.以接线方式分：板前接线、板后接线、插入式接线、抽出式接线。
蓄电池出口保 护电器 主馈电屏
所选NH1-250A熔断器，用于本系 统，其负载端短路电流为3245A， 此短路电流下，本级断路器与上 查曲线得其熔断时间在 300ms左右，
级熔断器可实现选择性保护。 灵敏度存在问题。
短路电流已大于上级断路器短路 瞬时脱扣器动作上限1200A，将 发生越级跳闸，越级概率100%。
保护电器选型分析
★蓄电池出口，我们推荐什么样的产品？
1）满足安全可靠性：GM5FB塑壳，动作特性逐台检测，纯机械式，短延 时保护不依靠线路板； 2）满足选择性： GM5FB塑壳，全程反时限延时保护； 3）满足灵敏性： GM5FB塑壳，全分断时间在100ms以内，优于熔断器。 超强限流特性，利于动稳定性和热稳定性
分电屏出口保护电器：至测控保护屏，C10A； 分电屏至测保屏导线：S=4mm2，L=20m；
测保屏出口保护电器：C6A； 测保屏到负载导线：S=2.5 mm2，L=5m。
应用举例
根据Scac计算公式得出，截面积应选择110mm 。 问题1：电缆压降和断路器级差
2
蓄电池出口保 护电器 主馈电屏
根据I1h选择截面积应为95mm2
a）RM10熔断器的熔断情况 RM10熔断器的熔断情况
b）熔片熔断部位图
使用熔断器应注意的问题
（6）由于熔断器结构原因，出厂无法检测其报警触点能否可靠动作所带来的 严重问题。
使用熔断器应注意的问题
（7）由于熔断器结构原因，出厂无法检测其安秒特性曲线是否准确。 （8）熔断器存在“越用越耐用”的问题 熔断器内部除了熔断体外，还有灭弧介质。灭弧介质有多种，如粉末状灭弧 介质等。此类灭弧介质由于温度、湿度影响，经过一段时间，有可能会结为 块状结构，将使其散热性能大大加强，带来熔断时间变长，造成特性变坏。 （9）熔断器防护等级太低
工程，电厂工程中可以看出这一点。
应用举例
五、应用举例 －某省220kV变电站系统分析及解决方案
（1）系统现状描述
蓄电池容量400Ah 220V 104节，2电2充，有分屏
蓄电池出口电缆：S=50mm2，L=30m 蓄电池出口保护电器：250A 直流屏出口保护电器：至220kV继保室分电屏，100A 直流屏至2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0kV继保室分电屏电缆：S=25mm2，L=100m；
220kV继保室
分馈电屏
测控保护屏
短路电流已大于上级断路器短路 瞬时脱扣器动作上限300A，将 发生越级跳闸，越级概率100%。
应用举例
蓄电池 400Ah 蓄电池 出口250A
Icc＝3245
主馈电屏 100A
300ms Icc＝3145
分馈电屏 20A
此短路电流下，本级断路器与上级熔断器可实现 落在分馈电屏断路器短路瞬时脱扣器动作 落在主馈电屏断路器短路瞬时脱扣器动 Icc＝1225
型号 GM5-63B型 GM5-63C型 GM5-63CH型 GM5-63CL型 额定电流 6~63A 1~63A 10~63A 1~6A DC220V /440V 额定电压 脱扣倍数 分断能力 4-7In DC220V： 20kA 12-15In 7-10In 7-15In
保护电器选型分析
★计量回路对交流微型断路器的技术要求？