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断路器动作原理(一)直流快速断路器的动作原理

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-06-21 13:54:51    浏览次数:6
导读

  低压断路器是低压电器中最重要的保护及控制元件之主要用于工矿企业、高层建筑、宾馆、医院、机场、码头及现代居住小区中的低压配电网中,用作保护交直流电器设备,使之免受过电流、逆电流、短路和欠电压等不正常情况的危害,同时也可用于不频繁地起动电动机及操作或转换电路。智能型低压断路器和可通信低压断路器更适用

  低压断路器是低压电器中最重要的保护及控制元件之主要用于工矿企业、高层建筑、宾馆、医院、机场、码头及现代居住小区中的低压配电网中,用作保护交直流电器设备,使之免受过电流、逆电流、短路和欠电压等不正常情况的危害,同时也可用于不频繁地起动电动机及操作或转换电路。智能型低压断路器和可通信低压断路器更适用于自动化变电站及现代电网的集中控制。无论何种断路器,其结构均由将传感元件、执行元件、传递元件以及附件组成。

  图2所示为智能型断路器的结构原理图。图中主触头、辅助触头被传动杆连动,当反时针方向推动操作手柄时(手动传动机构),闭合力经自由脱扣机构传递给传动杆,使触头闭合。最后锁扣将自由脱扣机构锁住;被保护电路接通。为了实现过载和短路保护,三相(或四相)主电路内串有热磁式脱扣器(见图1)或穿过电流互感器(电子式或智能型,图2)。当三相中任何一相或两相、三相出现过电流时,感受元件将动作。过电流不大时,热双金属片慢慢弯曲(与电流大小成反比),经过一定延时后推动脱扣轴,使机构脱扣(热磁式)。当过电流大到足以克服铁心上的反力弹簧的反力时,铁心迅速向上运动,推动脱扣轴,使机构瞬时脱扣;或当出现过电流时,互感器的二次输入超过整定值时(智能型),过电流信号经运算处理后使机构脱扣。可实现过载长延时、短路短延时、大短路电流瞬时动作的保护特性。

  传动机构除手动外,还可带电动传动机构,电磁铁和电动机操作都有应用。采用电动机传动一般都是储能操作机构。即电动机转动通过齿轮系统减速后将储能弹簧压缩或拉伸,直到能量储足,然后将此能量释放,推动机构快速闭合。

  装有欠电压脱扣器的断路器可完成欠电压保护。装有分励脱扣器的断路器可实现遥控,即可远方发指令,令断路器分断。以上各部件装入一个塑料外壳中就成为一台塑料外壳式断路器。所有零部件装入绝缘材料或金属材料的框架中,就成为万能式断路器。

  当电路内装有直流快速断路器时,短路电流增长到其整定电流IA时,脱扣器开始动作,脱扣器的动作使快速传动机构释放,触头开始分开,也就是经过固有动作时间t0后触头间出现电弧。如回路电压较高(约300V以上)时,触头之间将产生熔融的金属桥,只有当金属桥断裂后才出现电弧,这样固有动作时间就增长,它为断路器机构动作时间和金属桥断裂时间之和。

  触头间出现电弧后,短路电流仍将继续增长,到Ldi/dt=(E-i=Ir)-Ua=0时,电流达到最大值,即为实际最大分断电流I。在达到最大实际分断电流之后, Ldi/dt=(E-Ir)-Ua0时,短路电流将按曲线开始下降。由于灭弧室的作用,电流一直下降到零,电路最终全部分断。

  限流系数是评价直流快速断路器的重要性能指标之般要求在0.6以下。由于电动力正比于电流的二次方,因此采用直流快速断路器可将回路的电器设备在短路时所承受的电动力降低到原来的36%以下,这样,既可节省回路和电器设备的投资,又可保证回路设备可靠运行。此外,分断短路电流所产生的热量

  (1)减少时间tA如回路参数(电阻和电感)和开关的整定电流均为一定时,则tA也一定。但是故障时的di/dt要比正常接通时的di/dt大得多,因此在直流快速断路器中,穿过断路器脱扣器拿一部分的母线上采用并联电感的方法来改变短路时电流的增长率,以缩短tA的数值。不论电磁式还是电子式脱扣器均可采用这种方法。图8-6所示为这种方法的示意图。

  短路时,di/dt很大,LdiIr,由于L1L2,因此i2的增长率大于i1的增长率,缩短了到达脱扣器整定电流的时间。提早动作的程度决定于并联电感的大小。

  1)降低脱扣器动作时间。机械保持式和电磁保护式直流快速断路器的脱扣器都以电磁铁作为感受过载、短路和逆电流信号而执行脱扣动作的。因此电磁铁的磁滞时间应尽可能少,或采用特殊磁系统来减少磁滞时间。对机械保持式直流快速断路器还包括脱扣电磁铁撞击锁扣和锁扣解脱的时间,因此其结构应灵巧,以尽量减少动作时间。采用电子脱扣方式,其动作时间极短,是一种比较好的脱扣方式。

  减轻可动部分的质量和选择合理的断开特性。可动部分是指动触头以及和它相连的连杆系统,在保证机械强度的条件下,质量越小越好。这样可在同样的作用力下,获得较大的断开加速度。断开特性是指运动的行程和时间的关系,以类似抛物线的断开特性最佳,可提高初始运动速度。采用电容储能感应电动斥力机构、爆炸式的传动机构以及采用吸引电磁铁撞击式机构都具有这样的断开特性。

  2)缩短金属桥断裂的时间。增强触头建的磁场强度使金属桥在强大电磁力作用下迅速运动,电弧被拉长而断裂。

  3)缩短燃弧时间tg。断路器应配有强有力的灭弧室,为增强灭弧效果,还采用磁吹或气吹装置。磁吹既可缩短金属桥断裂的时间,也可缩短燃弧的时间。磁吹有主磁吹和辅助磁吹两种,但小电流时效果较差。气吹则对小电流效果较好。

 
关键词: 直流断路器原理
(文/小编)
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