主断路器_电子/电路_工程科技_专业资料。牵引电器 主断路器 （Main circuit-breaker） 概述 ?主断路器连接在受电弓与牵引变压器原边绕组之间，安装在 车顶或高压机器箱内，它是动车组电源的总开关和动车组的总 保护电器。
牵引电器 主断路器 （Main circuit-breaker） 概述 ?主断路器连接在受电弓与牵引变压器原边绕组之间，安装在 车顶或高压机器箱内，它是动车组电源的总开关和动车组的总 保护电器。当主断路器闭合时，动车组通过受电弓从接触网导 线上获得电源，投入工作；若动车组主电路和辅助电路发生短 路、超载、接地等故障时，故障信号通过相关控制电路使主断 路器自动开断，切断动车组总电源，防止故障范围扩大。 ?主断路器属于高压断路器的一种，按其灭弧介质不同可分为 油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器和真空断路器等。 ?目前，在SS1型、SS3A型、SS3B型等电力机车上采用 的是TDZ1-200/25[T－铁路电力机车用；D－断路器；Z －主；1－设计序号；200－额定分断容量(MV· A)；25－ 额定电压(kV)]型空气断路器。 ?在SS4型、SS4G型、SS7C型、SS7D型、SS8型等电力机 车上采用的是TDZ1A-10/25[T－铁路电力机车用；D－断 路器；Z－主；1A－设计序号；10一额定电流(kA)；25 一额定电压(kV)]型空气断路器。 ?目前很多电力机车上采用了真空断路器。 ?CRH系列高速动车组均采用真空断路器。 ?与其它类型的断路器相比，空气断路器具有下列优点： ?1．压缩空气具有可压缩性，对灭弧室各零部件所产生的机械 应力较小； ?2．开断能力大，燃弧时间短，动作快； ?3．防爆，使用安全可靠； ?4．适用于温度变化较大的工作环境。 ?它的不足之处主要是： ?1．操作时噪音较大； ?2．分断能力受电压恢复速度的影响较大； ?3．在气压和分断能力一定的情况下，在分断小电感电流时， 常因灭弧能力过大而产生截流过电压； ?4．结构复杂，制造工艺要求较高。 ?上述不足之处在采取了若干措施后，可以得到改善，加之在电 力机车上有现成的压缩空气气源，因此，在韶山系列电力机车上 广泛采用了空气断路器。 主断路器实物图 TDZ1A－10/25型空气断路器 TDZ1A－10/25型空气断路器 TDZ1A－10/25型空气断路器 1－灭弧室；2－非线－转动瓷瓶；8－控制轴； 9－传动杠杆；10－气管； 11－合闸阀杆；12－起动阀； 13－分闸阀杆；14－主阀活塞； 15－延时阀；16－阀门；17－气管； 18－主阀；19－塞门； 20－支持瓷瓶；21－储风缸； 22－传动风缸；23－辅助开关 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?基本结构及主要部件的作用 ?TDZlA-10/25型空气断路器结构以安装在电力机车车顶盖上铸铝制成 的底板为界，分上、下两大部分。 ?露在车顶上的为高压部分，主要有灭弧室1、非线等部件。 ?装在底板下部的为低压部分，主要有储风缸21、主阀18、延时阀15、 传动气缸22、起动阀12、辅助开关23等部件。 ?(一)高压部分 ?1．灭弧室 ?灭弧室是主断路器安装主触头、熄灭电弧的重要部件。其主体为空心 瓷瓶11，一端装风道接头15，通过支持瓷瓶的中心空腔与主阀的气路相 连；另一端装法兰盘7，以此将高压电引入主断路器。 TDZ1A－10/25型空气断路器 灭弧室 1－网罩；2－外罩；3－挡圈；4－缓冲垫；5－触头弹簧；6－弹簧座；7－法兰盘； 8－固定圈；9－导电管；10－弹簧；11－灭弧室瓷瓶；12－动触头；13－静触头； 14－静触头杆；15－风道接头；16－套筒；17－隔离开关静触头。 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?2．非线性电阻 ?在非线个串联的非线等主要部件，并联 在动、静主触头两端，用以防止主断路器分闸时的过电压。这种电阻采用碳化硅和结 合剂烧结而成，其电阻值随外加电压的升高而下降，置于空心绝缘子腔中，内装有干 燥剂，以防潮。为了保证非线性电阻片之间及与外部连接之间的接触压力，减小接触 电阻，在其一端装设了弹簧5。 ?主断路器分闸时，动、静主触头间产生电弧，在熄弧过程中，触头间的电压将急剧 增加。当电压增加到一定值时，非线性电阻值迅速下降，主触头上的电流迅速转移到 非线性电阻上，既可限制过电压，减小电压恢复速度，又有利于主触头上电弧的熄灭， 减少触头电磨损。随着非线性电阻两端电压的降低，其阻值又迅速增大，以减小残余 电流，保证隔离开关几乎在无电流下断开，提高断路器的分断可靠性。 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?3．隔离开关 ?隔离开关由静触头、动触指、弹簧装置、隔离开关闸刀1(动触杆)、法兰盘2(下转动 座)、铜滚珠4、连接件5(上转动座)及弹簧装置3等组成。 ?隔离开关静触头固定在弯接头上，它与灭弧室内的静主触头相连。其接触面有沟槽， 以便与动触指良好的接触。动触杆紧固在下转动座上。动触指套装在动触杆上，并用 螺钉紧固，便于在动触指磨耗到限时拆下更换，或反过面来继续使用。 ?弹簧装置6设在动触杆上，用来保证动触指能夹紧隔离开关静触头，并保持一定的接 触压力。下转动座、转动瓷瓶与操纵轴用螺钉固为一体。上转动座通过铜滚珠、轴承 及弹簧固定在下转动座上。上、下转动座之间的铜滚珠用来减小摩擦，同时又用作上、 下转动座之间的电联接。 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?在主断路器动作过程中，连接件5不转动，它与变压器原边绕组相连接。 ?隔离开关自身不带灭弧装置，不具有分断大电流的能力，它与主触头协 调动作，完成主断路器的分、合闸动作。 ?主断路器分闸时的动作顺序是：主触头分断电路并在灭弧室内熄灭主动、 静触头之间的电弧，隔离开关打开，主触头重新闭合。 ?此时，隔离开关保持在打开位置，从而保持主断路器处于分闸状态。即 主断路器分闸时，隔离开关比主触头延时动作，待主触头断开并熄弧后再 无电断开，主断路器合闸时，主触头不再动作，仅需操纵隔离开关闸刀闭 合即可。 TDZ1A－10/25型空气断路器 TDZ1A－10/25型空气断路器 隔离开关 1－隔离开关闸刀； 2－法兰盘； 3－弹簧装置； 4－铜球； 5－连接件； 6－弹簧装置； 7－触指。 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?（二）低压部分 ?1．起动阀 ?起动阀由左边的分闸阀和右边的合闸阀两部分组成，呈对称分布， 如图7－15所示。两阀有各自的阀杆3、弹簧5和密封垫4，由各自的 电磁铁控制，共用阀体2、密封垫1和盖板6。D、E、F三个空腔分别 与储风缸、主阀C腔、传动风缸相通。 ?当分、合闸线圈失电时，D腔充满了来自储风缸的压缩空气，分闸 阀和合闸阀在弹簧5和D腔压缩空气的共同作用下处于关闭状态。 ?当合闸电磁铁线圈得电时，合闸电磁铁撞块撞击合闸阀阀杆，使阀 杆克服弹簧5的作用向上移动，阀门打开，D腔内的压缩空气经阀门 从F腔进入传动气缸，带动主断路器闭合。F腔内有直径为2mm的排 气孔，进入D腔的压缩空气管径为8mm，所以，F腔仍能保持相当高 的气压使传动气缸装置动作。 ?当分闸电磁铁线圈得电时，分闸电磁铁撞块撞击分闸阀阀杆，使阀 杆克服弹簧5的作用向上移动，阀门打开，D腔内的压缩空气经阀门 从E腔送往主阀的C腔，主阀动作，带动主断路器分闸。 TDZ1A－10/25型空气断路器 起动阀 1－密封垫； 2－阀体； 3－阀杆； 4－密封垫； 5－弹簧； 6－盖板。 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?2．主阀 ?主阀采用气动差动式结构，如图所示。 ?主阀由阀体1、活塞2、阀杆3、阀盘5、弹簧6等 部件组成。 ?主阀共有5条气路：A腔与储风缸相连，B腔经支 持瓷瓶通向灭弧室，C腔与起动阀的E腔相连，下方 与延时阀进气孔相通，另有一条小气路将储风缸内 少量的压缩空气由通风塞门(见图7－12中的19)经主 阀送入支持瓷瓶和灭弧室，保证灭弧室内始终有一 个对外的正压力，防止外界潮湿空气进入灭弧室。 TDZ1A－10/25型空气断路器 主阀 1－阀体； 2－活塞； 3－阀杆； 4－滑块； 5－阀盘； 6－弹簧； 7－垫圈； 8－挡圈； 9－密封圈。 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?3．延时阀 ?延时阀的作用是使传动风缸较灭弧室滞后一定时间 得到储风缸的压缩空气，确保隔离开关比主触头延时 动作，无电弧开断。 ?延时阀由阀座1、膜片3、阀杆4、阀体5、阀门6、弹 簧7、阀盖8、调节螺钉9等部件组成。调节螺钉9用于 调整进入膜片3下部空腔的气路大小，改变延时时间。 ?当延时阀进气孔无压缩空气送入时，延时阀阀门6在 结构 原理 弹簧7的作用下处于关闭状态。 ?当主阀打开时，压缩空气经延时阀进气孔、阀盖8上 的进气管路、阀体5上的通道、调节螺钉9与阀座1之间 的间隙，进入膜片3下部的空腔。因为管路截面小，膜 片3的面积大于阀门6的面积，膜片下部的气压经过一 定时间延时达到一定压力后，足以克服弹簧7的作用， 推动阀杆4向上移动，阀门6打开，大量的压缩空气进 入传动气缸的进气孔。 TDZ1A－10/25型空气断路器 延时阀 1－阀座； 2－密封环； 3－膜片； 4－阀杆； 5－阀体； 6－阀门； 7－弹簧； 8－阀盖； 9－调节螺钉 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?4．传动气缸 ?传动气缸以隔板5为界，分为左边的工作腔和右边的缓冲腔两大部分，如图所示， 活塞杆3上装有工作活塞2、缓冲活塞7和套筒1、8，连杆销9与图7－12中的传动杠 杆9、控制轴8相连。 结构 原理 TDZ1A－10/25型空气断路器 传动气缸 1－套筒； 2－工作活塞； 3－活塞杆； 4－工作气缸体； 5－隔板； 6－缓冲气缸体； 7－缓冲活塞； 8－套筒； 9－连杆销 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?5．辅助开关 ?辅助开关由万能转换开关承担，其引出线通过插销或插座同电力机车有关电路相连。 ?辅助开关的作用如下： ?一是接受电力机车整备控制电路的电信号，控制分、合闸电磁铁的动作； ?二是作分、合闸之间的电气联锁，即分闸完成后切断分闸线圈电路，接通合闸线圈 电路，为下一步合闸动作作好准备，保证下一步只能是合闸动作而非分闸动作，反之 亦然； ?三是与信号控制电路相连，显示主断路器所处的状态，分闸状态时信号灯亮，合闸 状态时信号灯灭 。 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?四、动作原理 ?主断路器的动作原理用图来说明。 ?1．准备工作 ?与控制轴同步动作的辅助开 关同时完成如下三项工作： ?一是切断分闸线圈电路，分 闸线圈失电，分闸阀关闭，D 腔的压缩空气不再进入E腔和 C腔，主阀关闭，压缩空气停 止进入灭弧室，主触头在反力 ?储风缸充满足够的压缩空气；起动阀的D腔充满压缩空气；另 有少量的压缩空气经通风塞门、主阀、支持瓷瓶进入灭弧室，使 灭弧室内保持一定的正压力，防止外部潮湿空气的侵入。 ?2．分闸过程 ?司机按下主断路器分闸按键开关，分闸线圈得电，分闸阀阀杆 上移，起动阀D腔的压缩空气经起动阀E腔进入主阀的C腔，主阀 左移，储风缸内大量的压缩空气经支持瓷瓶进入灭弧室，推动主 ?进入延时阀的压缩空气经一定时间延时后，推动延时阀阀门上 驱动传动杠杆带动控制轴、转动瓷瓶转动，隔离开关分闸。 弹簧的作用下重新闭合，分闸 过程完成； ?二是接通信号控制电路，使 路器处于断开状态； 下一次合闸作好准备。 动触头左移，电弧被吹入空心的动触头，冷却、拉长、进而熄灭。 主断路器信号灯亮，显示主断 移，压缩空气进入传动风缸工作活塞的左侧，推动工作活塞右移， ?三是接通合闸线型空气断路器 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?3．合闸过程 ?司机按下主断路器合闸按键开关，合闸 线圈得电，合闸阀阀杆上移，起动阀D腔 的压缩空气经起动阀F腔进入传动风缸工 作活塞的右侧，推动工作活塞左移，驱动 传动杠杆带动控制轴、转动瓷瓶转动，隔 离开关合闸。 ?同理，与控制轴同步动作的辅助开关： ?一是切断合闸线圈电路，合闸线圈失电， 合闸阀关闭，压缩空气停止进入传动风缸， 合闸过程完成； ?二是切断信号控制电路，使主断路器信 号灯灭，显示主断路器处于闭合状态； ?三是接通分闸线圈电路，为下一次分闸 作好准备。 TDZ1A－10/25型空气断路器 ?五、使用与维护 ?为了使主断路器处于良好的工作状态，必须加强维护管理，主要应做到： ?1．保持气路洁净 ?压缩空气潮湿或不洁，管道不干净，可能造成以下后果： ?(1)在电弧作用下分解成氢、氧等混合气体，破坏主触头分断后断口间的绝缘，使熄弧 困难或电弧重燃，严重时会造成灭弧室炸裂； ?(2)使支持瓷瓶和灭弧室内腔绝缘强度降低，造成沿面放电； ?(3)管道中的漆皮、锈渣等异物可能堵塞气口，使主断路器动作失灵，发生卡位现象； ?(4)异物若进入灭弧室，可能会造成主触头接触不良，使非线性电阻长期通电而烧损， 严重时会造成非线性电阻瓷瓶炸裂。 ?因此，在主断路器储风缸的进气管上装有油水分离器，下部有放水阀，使用维护时应 定期排水，保持气路洁净。 ?2．定期更换橡胶件 ?主断路器是一种结构复杂的气动电器，各部件对密封性能要求较高，为保证良好的密 封性能，应定期更换橡胶件。 BVAC.N99真空断路器 ?BVAC.N99交流真空主断路器用于开断、接通动车 组25kV主电路，同时用于动车组的过载、短路和接 地保护。BVAC.N99交流真空主断路器是利用压缩空 气进行操作并利用真空进行灭弧的高压电器。其具 有如下特点： ?1．绝缘性高； ?2．采用真空灭弧，环境稳定性好； ?3．结构简单； ?4．开断容量大； ?5．机械寿命长； ?6．维护保养简单； ?7．与空气断路器有互换性。 BVAC.N99真空断路器 主要技术参数 额定电压……………30kV 额定电流……………750A 额定频率……………50～60Hz 额定分断容量………600MV·A 额定分断电流………20kA 固有分闸时间………25～60ms 合闸时间……………≤60ms 额定工作气压………450～1000kPa 额定控制电压………DC110V 机械寿命 ……………250000 BVAC.N99真空断路器 结构及主要部件的作用 BVAC N99交流真空主断路器结构如图所示，分为高压、中间绝缘和控制三个部分。 BVAC N99 交流线－辅助触头；5－肘节机构； 6－保持线－垂直绝缘子； 12－绝缘操纵杆； 13－传动头组装； 14－高压连接端（HV1）； 15－水平绝缘子； 16－线真空断路器 该真空断路器有三个主要的组成部分： 上面是高压电流部分 中间是与地隔离的绝缘部分 下面是电空机械装置和低压电流部分 BVAC.N99真空断路器 ?（一）高压部分 ?高压部分结构包括水平绝缘子、真空包组装和传 动轴头组装等。真空包组装安装于水平绝缘子内部， 构成动车组顶上的高压回路。真空包通过密封与大 气隔离，真空包包括动触头、静触头和瓷质外罩等。 金属波纹管的设置既可保持密封，又可使动触头在 一定范围内移动，保证动、静触头在一定的真空度 下断开。真空度是真空包最重要的参数之一，和真 空包的开断能力成一定关系。 ?真空包的分、合闸操作体现了整个主断路器的分 合闸状况，具体表现为对动触头的操作，通过右端 传动轴头组装导向来自气动部分产生的机械动力来 完成，这样就可以保证它的轴向运动。 1－静触头；2－瓷质外罩；3－动触头；4－导套； 5－金属波纹管；6－波纹管罩；7－金属罩。 BVAC.N99真空断路器 ?（二）中间绝缘部分 ?中间绝缘部分包括垂直绝缘子和底板以及安装于车顶与断路器之 间的O形密封圈。 ?垂直绝缘子安装在底板上用以提供30kV的绝缘要求，同时绝缘操 纵杆通过垂直绝缘子的轴向中心孔，连接电空机械装置和真空包的 动触头。底板安装于车顶，O形密封圈用以保证断路器与车顶之间 的密封。 BVAC.N99真空断路器 ?（三）控制部分 ?控制部分包括储风缸、调压阀、压力开关、电磁阀、压力气缸、保持线V控制单元等操纵控制部件。 ?BVAC.N99交流真空主断路器采用电空控制。该控制通过空气管路，在动触头快速 合闸过程中提供必需的压力。储风缸是实现断路器气动控制的气压源，能够满足在动 车组对断路器不供气的状态下，其残存压缩空气至少能使断路器完成一次动作；调压 阀安装在断路器进气口与储风缸之间，通过对其气压值的整定，保证进入储风缸内的 气压值，同时，调压阀上安装有一空气过滤阀，以保证进入储风缸气体的清洁与干燥； 压力开关安装于储风缸上与调压阀相对一侧，与储风缸内气体相连，用以监控断路器 合闸的最小气压值，当储风缸内气压低于其整定值时，就会自动断开，并通过低压控 制线V控制单元，以使断路器拒绝进行操作；电磁阀控制储风缸内 的气流的通断。压力气缸把空气压力转化为机械作用力；保持线圈安装于气缸上部， 通过对气缸活塞的吸合，实现对断路器合闸状态的保持；肘节机构用以实现真空断路 器分闸时的快速脱扣，保证断路器快速地分断；110V控制单元安装在真空断路器底板 下部，通过其对断路器的动作进行整体控制。 BVAC.N99真空断路器 ?动作原理 ?合闸装置 ?本装置带有空气管路，在动触头快速合闸过程中提供必需的压力。压力开关监控断路器合闸的 最小压力。电磁阀控制气缸内的气流量，操作机械装置汽缸把空气压力转化为机械作用力。通过 调压阀的流量来保证合适的合闸速度。 ?断路器合闸状态通过保持线圈来保证。电磁阀得电后允许高压气体由压力汽缸泄放。 ?合闸操作（BVAC在断开状态） ?只有在满足如下条件，断路器才能闭合： ?断路器必须是断开的； ?必须有充足的气压； ?保持线圈必须处于得电状态。 动画 BVAC.N99线. 按“开/关”键； 2. 电空阀得电，气路打开 ； 压缩空气由储风缸经电空阀流入压 力气缸，推动活塞向上运动； 主动触头随着活塞的移动而运动； BVAC.N99线. 恢复弹簧压缩； 主触头闭合； 触头压力弹簧压缩； 4. 活塞到达行程末端； 保持线圈在保持位置得电；电空 阀失电；压力气缸内的空气排出。 BVAC N99断路器闭合。 BVAC.N99真空断路器 分闸装置 当保持线圈电流切断（控制电源失电）断路器，断路器分 闸，快速脱扣通过恢复弹簧接触压力弹簧来实现。通过 此系统，在失电和停气时保证主断路器的开断。 为了限制脱扣装置的振动，冲程结束时，必须通过空气的 压缩来实现缓冲。 分闸步骤 1. 保持线. 活塞在弹簧力下移动（接触压力和 恢复弹簧）； 3. 主触头打开，线.行程结束，活塞缓冲。BVAC断路器 开断。 C-CB201S线S线S真空断路器 额定电压：AC30kV，瞬间最大电压AC31kV） 额定电流：AC200A。 额定频率：50Hz。 额定开断容量：100MVA。 断路时间：3周以下（50Hz）。 额定闭合电流：10000A。 额定瞬间电流：4000A（2s）。 额定断路电流：3400A。 无负荷闭合时间：0.15s以下。 额定开断时间：0.06s以下。 额定断路时间：0.08s以下。 操作方法：电磁控制空气操作额定操作电压：DC100 +10-30 V 额定操作压力：7.84×105Pa（8kgf/cm2） C-CB201S真空断路器 谢谢 !
