小型交流断路器在直流电路中的应用_电力/水利_工程科技_专业资料。. 小型交流断路器在直流电路中的应用 摘 要：讨论了小型交流断路器在直流电路中的灭弧原理。由于直流熄弧电流不存在自然的 过零点，因此必须强制过零才能熄灭直流电弧。分析了直流电路中电感和时间常数对直流电
. 小型交流断路器在直流电路中的应用 摘 要：讨论了小型交流断路器在直流电路中的灭弧原理。由于直流熄弧电流不存在自然的 过零点，因此必须强制过零才能熄灭直流电弧。分析了直流电路中电感和时间常数对直流电 弧熄灭的影响。在分析交、直流瞬时脱扣整定电流的差别的基础上，给出了选择断路器的要 点。最后，先容了小型交流断路器在直流电路中的实际应用。 关键字：小型断路器 直流电路 熄弧 瞬时脱扣值 1概述 随着终端保护电器的小型交流断路器越来越广泛的应用，直流电路的保护对断路器 的需求也日趋增加。除了小型直流断路器外，小型交流断路器也大量地使用在直流电路中， 本文以施耐德电气公司生产的小型交流断路器为例说明如何在直流电路中使用交流断路器 及应留意的题目。 2 直流电路熄弧原理 由于直流电路的电流不存在过零点，所以在熄弧时必须强制直流燃弧电流即是零， 或使电流接近于零（ 10 A） ，才能使电弧熄灭。下面简述有关直流稳态电流分析短路 熄弧原理，稳态电流可以理解为分断电路时的额定电流、过载电流或短路电流。其等效电路 图如图 1 所示。 在电路稳态时，即触头未分断前，电流的初始状态为 ia = E/ R ，直流电路在分断燃弧时的等效方程式如下： . . 从以上的分析中看出，当电弧电压大于电源电压时，电弧电流 的导数小于零，说明电弧电流 ia 呈下降趋势; 当电弧电流 ia 趋近于零时，电弧趋于熄 灭。 直流电弧的熄弧条件为：当电弧电压大于电源电压时，电弧趋近于熄灭。否则，电 弧处于稳定燃烧阶段，ia = （ E - ua） / R ，如图 2 所示。 图 2 中，P 点 ua E ，电弧电流开始减少，直到电弧熄灭。直流 电弧熄弧的要点在于： ①电源电压越小对熄弧越有利; ②断路器应使电弧电压快速上升， 尽快达到和超过电源电压，上升和超过电源电压快慢决定电流熄弧的快慢。 3 直流电路中的电感和时间常数对直流电弧熄弧的影响 众所周知，直流电路中电感是个储能元件，在燃弧时，电感要向电路和电弧中开释 其线圈储存的能量。电路的电感越大，开释的能量越大，电弧越难熄灭。 对式（1） 等式两边同乘 d ia/ d t ，然后积分，积分的区间边界为：当 t = t0 时，ia = ia0 ，当 t = ta（燃弧时间） 时，ia = 0 （电弧熄灭） 。 即 . . 等式的左项表示电弧燃弧时的能量;右边第 1 项表示电源能 量;第 2 项表示电阻消耗的能量;第 3 项表示电感储存能量。 上式表明电弧燃烧时，电感储存的能量（正号） 的作用同电源相同，向电弧提供 能量，增加电弧燃烧的能量。同时，电阻的作用在电弧燃烧时消耗电弧能量（负号） 。 电路的时间常数τ= L / R 间接表示了电路的负载性质和电路电感的大小，电 感越大分断时电弧的能量越大，熄弧越困难。相反电弧轻易熄灭。如τ= 0 为纯阻性负载， 电弧最轻易熄灭。 有关交直流两用的小型断路器的国际标准 IEC60898-2 ：2000 中对直流电路规 定了两种时间常数τ= 4 ms 或τ= 15 ms ，它表示短路时短路直流电流上升到 0. 63 倍最大峰值电流时所需的时间，τ= L / R （ms） （见图 3） 。 由于电感限制电流具有突变的特性，以及时间常数和电路电感 的正比关系，时间常数的大小间接表示了电路电感的大小，时间常数越大电流的变化越慢， 在实际应用中断路器分断短路电流越困难。所以，短路试验中 IEC6089822 ：2000 就规 定了1500A 的较大短路电流对应较小的时间常数τ= 4 ms 进行试验，≤1500A 可采 用 4ms 或 15 ms 任何一种时间常数进行试验。从该标准可以看出，时间常数对于断路器 分断短路电流的影响。 4 交流和直流瞬时脱扣值的区别 小型交流断路器瞬时脱扣特性中规定 B、C、D 等不同种别。例如 C 类的小型交 流断路器瞬时脱扣值规定为额定电流 5～10 倍，工厂瞬时脱扣值是按照有效值整定的，但 实际上交流断路器瞬时脱扣器是螺管线圈的构造，它的脱扣电流是峰值电流，为有效值的 1. 414 倍。考虑直流的特点，其电流值对应交流有效值。其短路电流不存在类似交流的 . . 峰值题目，所以小型交流断路器在直流电路中应用时它的瞬时脱扣值应乘以一个系数（约 1. 4） 。例如，C 类的小型交流断路器在直流中应用时它的瞬时脱扣值范围应为 1. 4 ×5 In～1. 4 ×10 I n = 7 I n～14 I n 。由此可知，在直流电路 中应用时，交流断路器瞬时脱扣器的实际电流脱扣值要高于在交流电路的瞬时脱扣值。这也 是为什么在直流电路中直流短路电流较交流短路难以分断的另一个原因。表 1 给出小型交 流断路器在直流线路中瞬时脱扣值的变化。 5 选择断路器几个要点 5. 1 直流整流电途经流保护 直流整流电路的过流保护一般考虑采用在交流侧的熔断器或断路器的保护方案，可 根据整流电路、负载和直流侧工作电流来选择交流断路器的额定电流、额定电压和分断能力。 5. 2 电池组直流电源的过流保护 举例说明：一电池组的容量为 500 Ah 。最大放电电压 240 V （110 块 2. 2 V 的电池串联） 。每块电池内阻为 0. 5 mΩ（电池组内阻 Ri = 55 mΩ） 。 电源在选择断路器时应考虑以下 3 点： （1） 选择断路器的工作电流。I = U/ Z ，Z 为电路和设备阻抗， Z = Ri + R = U/ I ，当 R mRi ，Ri 可忽略不计。R = 20 Ω 时， I = 240 V/ 20Ω= 12 A。断路器额定工作电流可选择 16 A。 （2） 选择断路器的额定短路能力。Icu =U/ Ri = 240 V/ 0. 05 Ω = 4 kA。可选择具有 6 kA 或 10 kA 的直流短路保护能力的断路器。假如电池组的内 阻未知，可近似计算所选用的断路器的短路保护能力，用公式 Ics = KC ，C 为电池容 量，单位为
