低压直流断路器的设计和使用

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S h a n g ha i 2 0 0 0 63,Ch i n a;3. Na v y Mi l i t a y r Re p r e s e n t a t i v e Of f i c e o f Na v y S t a t i o n e d i n 7 1 1 Re s e a r c h
Wu h a n 4 3 0 0 6 4 , C h i n a ; 2 . S h a n g h a i E l e c t r i c a l A p p a r a t u s R e s e a r c h I n s t i t u t e( G r o u p )C o . , L t d . ,
接时要 严 格执行 工 艺要求 , 保证 一致 性 ;
影 响 断路 器 的使 用 寿命 , 烧 毁 断 路器 甚 至 引 起 短
路故障。
在 直 流断路 器 设计 时要 兼顾 短路 电流分 断和
( 5 )装 配好 的多断 口串联 的断路 器应 测试 断
口同步性 。
2 . 2 触 头 导 电系统
受热 变形 ;
( 2 )临界 电流分 断能力 。直 流 小 电流 的 自励 磁场 较弱 , 其气 吹 效果 也弱 , 如果 长 时 间停 滞 在正 负极触 头 之 间不 进 入 灭 弧 室则 很 难 熄 灭 , 尤 其 当 工作 电压 较高 时 , 仅 依 靠 断 口间 触 头 的拉 弧 是 根
低压 电器 ( 2 0 1 3 N o . 1 8 )
・ 研究与分析 ・
低 压 直 流 断路 器 的设计 和 使 用 水
余 跃 听 , 戴道 立 , 王 智 勇。
[ 1 . 海军驻武 汉 7 1 9所 军事 代表 室 ,湖北 武 汉 4 3 0 0 6 4; 2 . 上 海 电器科 学研 究所 ( 集 团) 有 限公 司,上 海 2 0 0 0 6 3;
2 直 流 断路 器 的设 计
设计 有 特定 的难 点 , 主要有 :


因直流 电流 没 有 自然 过 零 点 , 直 流 断 路 器 的 ( 1 )较 高直 流 电压 工作 能力 。同样 结构 的单
步性 , 具体 应 注意 :
( 1 )各断 口的触头 弹簧初 压力 和终 压力应 保
[ 1 . N a v y M i l i t a r y R e p r e s e n t a t i v e O f f i c e o f N a v y S t a t i o n e d i n 7 1 9 R e s e a r c h I n s t i t u t e ,
致各 断 口分担 的 电压不 同 , 造 成燃 弧能量 不 同 , 可 能造成触头和灭弧室烧毁严重 , 使得分断失败。
定条 件 下最优 化 的灭 弧方 法 。


一 一 一 所 以多断 口串联 时要 注 意 断 口( 包 含 触 头 系统 和
灭弧系统等 ) 需一致 , 且单 断 口的分断能力要有 嚣 定 裕量 , 在设 计 和 生 产 时要 严 格 控 制触 头 的 同
0 引 言
低 压直 流断路 器作 为低压 直流 配 电系统 中最 重要 的元器 件之 一 , 广泛 应用 于重要 的发 电站 、 变
在分 断时不 能 自然 熄 弧 , 因此 必 须 采取 措 施 强 迫 电流 过零或 减弱 至很小 。根据 直流 电弧熄 灭原 理
可采用 下列 方法 :
图1 低 压 直 流 断 路器 多 断 口串联 不 意 图
荡 电路 , 形成 人工 过零 点 , 利 于电弧 熄灭 。
低压 直 流断 路器 通 常采 用 ( 2 )~( 4 ) 的方 法 来熄 灭 电弧 , 也可 以同时采 用几 种方 法 , 设 计 出特

需注 意 的是 如某 一 断 口触 头 同 步性 较 差 , 导
临界 电流 分断 的要 求 。低 压 直流 断路 器通 常是 在 交 流 断路器 的基 础 上 改 进 设 计 而 来 ¨ j , 常 见 的低 压 直流 断路 器结 构 与交 流 断 路 器 相 同 , 主 要 由灭
( 1 )在 熄弧 过程 中增大 电阻 。在熄 弧过程 中
电站 、 通信基 站 和 数 据 中心 等 。其 稳定 可 靠 的运 行保证 了电力 系 统 、 通信 等 关 键 部 门 的安 全 。此 外, 还 大量应 用 于城市轨 道交 通体 系 、 舰船 电力 系 统 以及 新兴 的光伏 系统 中, 确 保配 电系统 、 用 电设
电场 强 度 也 能 够 增 大 电 弧 电 压 , 具 体方 法 有 : ① 增 高气 体介 质 的压 力 , 通 过合 理设 计灭 弧 室结 构 和气 道 , 通 过使 用产 气 材 料 等 方 法 增 高灭 弧 时
断 口串联 的方 法来 提高 其工 作 电压 。常见 的断 口
串联 方法 如 图 1 所示。
1 直 流 灭 弧 方 法
与工频 电流 不 同 , 直流 电流没 有 自然过零 点 ,
戴道立 ( 1 9 8 1 一) , 男, 工程师 , 主要从事舰船 电器的研究 。
王智 勇( 1 9 7 7 一) , 男, 博士 , 工程师 , 主要从 事舰船 电气的研究。 基金项 目: 上海市科技人才计划项 目( 1 I Q B 1 4 0 1 9 0 0 )
余跃听( 1 9 7 1 一) ,
男, 工程 师 , 主要从
断路器 的使用要求 。
关键词 : 低 压直 流 断路 器 ; 临 界 电流 ; 直 流 灭 弧
事 舰 船 电 气 的 研
究。
中 图分 类 号 : T M 5 6 1 . 5 文献 标 志 码 : A 文章 编 号 :1 0 0 1 - 5 5 3 1 ( 2 0 1 3 ) 1 8 - 0 0 1 2 - 0 4
3 . 海军驻上 海 7 1 1所 军 事代表 室 ,上 海 2 0 1 1 0 8 ]
摘 要: 根 据 直 流 电弧 灭 弧 理 论 方 法 , 分 析 了低 压 直 流 断 路 器 的主 要 设 计 要 点 , 包
括 多断 口 串联 、 触 头导 电 系统 、 灭弧室、 磁 吹 和 气 吹灭 弧 的设 计 。最 后 介 绍 了低 压 直 流
气体介质的压力 ; ② 增大电弧与灭弧介质之间的 相对 运 动速 度 ; ③ 使 电弧与 耐弧 的绝缘 材 料 密切
接触 , 依 靠后 者对 电 弧 的冷 却 作 用 以及其 表 面对 带 电粒 子 的高复 合能 力 , 增 大 电弧弧 柱 电场 强度 。
( 5 )人 工过 分 断时 , 通 过智 能 控 制在 相应 的 时刻 接 通 L C 电路 , 它 和 断 口构 成 高 频 振

l 2一

研究 与分析 ・
低压 电器 ( 2 0 1 3 No . 1 8 )
电弧 电压 , 常 用方 法 有 : ① 用 机 械 方 法增 加 触 头
均值 替代 峰值 ) ; 而 触 头 导 电 系 统 和 灭 弧 系 统 是 直 流断路 器设 计 的重点 。
2 . 1 多断 口串联
备 以及 光伏 系统 的 安全 。由于 灭 弧原 理 的不 同 ,
将另 一 电阻 串入 电路 , 例 如 采用 主 断 口和辅 助 断 口并 联 的设 计 , 合 闸时主断 口电路 电阻小 , 满 足温
升要 求 , 短 路分 断 时 , 主 断 口先 断开 , 电流从 电阻 大 的辅助 断 口流 过 , 限制 了短路 电流 的上 升 , 更 重 要 的是利 于 电弧 的熄灭 。
直流 断路 器 在 设 计 和 使 用 时 与交 流 断 路 器 有 所
区别 。
( 2 )增大 近 极 压 降。常 采 用 去离 子 栅 法 , 即 用许 多平 行排列 的金 属栅 片将 电弧分割 成许 多 串 联 的短 弧 , 每一 短弧都 有一 阴极 和 阳极 压降 , 使得
总 的 电弧 电压增 加 。 ( 3 )增大 电弧长 度 。增大 电弧长度 可 以提高
De s i g n a nd Ap pl i c a t i o n o f Lo w Vo l t a g e DC Ci r c u i t Br e a ke r
YU Y u e t i n g , DAI Da o l i , WANG Zh i y o n g
c o n t a c t s y s t e m, c o n d u c t i v e s y s t e m, a r c c h u t e , t h e ma ne g t i c a r c b l o w a n d b l o wi n g i n t e r r u p t e r b a s e d o n D C a r c e x t i n g u i s h i n g t h e o r y . Ap p l i c a t i o n r e q u i r e me n t s o f l o w v o l t a g e DC c i r c u i t b r e a k e r we r e i n t r o d u c e d . Ke y wo r d s :l o w v o l t a g e DC c i r c u i t b r e a k e r;c r i t i c a l c u r r e n t ;DC a r c e x t i n g u i s h i ng
间的距 离 ; ② 依 靠导 电电路 自身 的磁 场或 外 加磁 场使 电弧 横 向拉 长 ; ③ 在 磁 场 作 用下 , 使 弧 根在
电极 上 移动 , 从而 拉 长 电弧 。
( 4 )增 大 电弧弧 柱 电场强 度 。增 大 电弧 弧柱
常用 的低 压直 流万 能式 断路器 单 断 口的工作 电压 一般 只能 达 D C 2 0 0~3 0 0 V, 所 以 常采 用 多
本 无法 熄 灭直 流 电 弧 的 , 长 时 间 的小 电流 燃 弧 会
( 3 )设计 时应 注 意 关 键 零件 的公 差 , 在 适 当
的范 围 内应 采用 小公 差 ;
( 4 )生产 时尤 其要 注 意 转 轴 等 零 件 的 质 量 , 在压制 时应 严格 控 制 温 度 和 压力 等参 数 , 保 证 尺 寸、 直线度、 同轴 度 和对 称 度等 要 求 , 在装 配 和 铆
I n s t i t u t e , S h a n g h a i 2 0 1 1 0 8 , C h i n a ]
Ab s t r a c t :Thi s pa p e r a n a l y s e d t he d e s i g n p o i n t s o f l o w v o l t a g e DC c i r c u i t b r e a k e r , i n c l u d i n g g a ps i n s e ie r s,
证一 致 ;
级断路 器 可 以工作 于 A C 6 9 0 V, 但 是用 于 直 流 系
统 中时一 般不 超 过 D C 2 5 0 V。
( 2 )机构 及转 轴 要 有 足 够 强 度 , 经过 机 械 寿 命 考 核不 应有 变形 , 转轴 应选 用热 固性 塑料 , 防止
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