轨道交通牵引供变电技术第2章第8节 直流快速断路器
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轨道交通牵引供变电技术总结
在主接线图上，各种设备以规定的文字符号、图 形和设备之间的连线来表示，并标明各主要设备的 规格、数量和型号。
对于配电装置应满足的基本要求：符合国家基本 建设的有关政策法规；安全性；便于维护；节省投 资；有扩充的余地。
电气接线图
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ章 高压配电设置
配电装置，就是对按照主接线的要 求，把各种功能的设备连接组成电能分 配功能电路的称呼。
第二章 高压电器与开关设备
❖ 变电所主要设备和系统（组成、作用、功能） 1、组成
变压器 导线 开关设备 测量和计量仪表 保护装置 自动装置 互感器 直流和交流电源系统 2、功能：电能变换和分配 3、作用：把电能转换成机械能的转换机构，保护装 置自动保护电路（例如过流，过载，电弧等）。
第三章 牵引供变电电气主设备原理
自己的表现
上课的话我都到了，只是有一次是老师你第一次 布置课堂作业的时候没来的及写，就没交了，我表 示抱歉，平时上课的时候我都认真听了啊，练习也 按时写了交了，现在要期末了也开始复习了，上次 出的题目蛮好的，可以多看书，不过希望老师把作 业本发下来这样就更好复习和考试了。
需要重点考虑的一点就是带电设备的最小安全距离
第六章 供变电系统控制、信号、检测
电路和操作电源
变电所中有一次设备，也有二次设备，二次系统 与一次系统相比，具有设备量多、接线复杂的特点。 对于变电所，二次设备主要包括：控制部分、信号 部分、测量部分、保护部分。 ❖ 1.控制方式和二次接线 ❖ 2.高压开关的控制、信号回路 ❖ 3.中央信号系统 ❖ 4.测量系统与绝缘监测电路 ❖ 5.交直流自用电系统与操作电源
第七章 牵引变电所自动化系统
变电所自动化系统是将变电所的二次设备（包括测量仪表、 信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的 组合和优化设计，利用计算机技术、现代电子技术、通信技 术和信号处理技术，实现对全所设备的自动监视、自动测量、 自动控制和保护、以及和调度通信等综合性的自动化功能。 ❖ 1、变电所自动化系统构成及功能 ❖ 2、通信网络及通信协议 ❖ 3、间隔层 ❖ 4、站空层 ❖ 5、牵引变电所自动化新技术
对于配电装置应满足的基本要求：符合国家基本 建设的有关政策法规；安全性；便于维护；节省投 资；有扩充的余地。
电气接线图
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ章 高压配电设置
配电装置，就是对按照主接线的要 求，把各种功能的设备连接组成电能分 配功能电路的称呼。
第二章 高压电器与开关设备
❖ 变电所主要设备和系统（组成、作用、功能） 1、组成
变压器 导线 开关设备 测量和计量仪表 保护装置 自动装置 互感器 直流和交流电源系统 2、功能：电能变换和分配 3、作用：把电能转换成机械能的转换机构，保护装 置自动保护电路（例如过流，过载，电弧等）。
第三章 牵引供变电电气主设备原理
自己的表现
上课的话我都到了，只是有一次是老师你第一次 布置课堂作业的时候没来的及写，就没交了，我表 示抱歉，平时上课的时候我都认真听了啊，练习也 按时写了交了，现在要期末了也开始复习了，上次 出的题目蛮好的，可以多看书，不过希望老师把作 业本发下来这样就更好复习和考试了。
需要重点考虑的一点就是带电设备的最小安全距离
第六章 供变电系统控制、信号、检测
电路和操作电源
变电所中有一次设备，也有二次设备，二次系统 与一次系统相比，具有设备量多、接线复杂的特点。 对于变电所，二次设备主要包括：控制部分、信号 部分、测量部分、保护部分。 ❖ 1.控制方式和二次接线 ❖ 2.高压开关的控制、信号回路 ❖ 3.中央信号系统 ❖ 4.测量系统与绝缘监测电路 ❖ 5.交直流自用电系统与操作电源
第七章 牵引变电所自动化系统
变电所自动化系统是将变电所的二次设备（包括测量仪表、 信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的 组合和优化设计，利用计算机技术、现代电子技术、通信技 术和信号处理技术，实现对全所设备的自动监视、自动测量、 自动控制和保护、以及和调度通信等综合性的自动化功能。 ❖ 1、变电所自动化系统构成及功能 ❖ 2、通信网络及通信协议 ❖ 3、间隔层 ❖ 4、站空层 ❖ 5、牵引变电所自动化新技术
简述轨道交通直流供电系统的开关设备
轨道交通直流供电系统的开关设备简述摘要轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统（SCADA）等。
直流供电系统中的电器设备包括整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。
本文简要介绍了直流供电系统的关键性设备——直流开关柜（KMB、MB、NPMPD）以及直流快速断路器（UR、HPB）。
关键词直流供电系统直流快速断路器直流开关柜一.引言城市轨道交通是指在轨道上行驶或以导向系统行驶的、服务于城市的交通。
一般认为, 城市轨道交通包括轻型轨道、高架铁路和地下铁路等几种形式。
其中轻型轨道交通是一种轻型车辆的城市快速轨道交通方式, 国际上通称Light Rail Transit（LRT）, 近年来在国内外发展很快。
它以外部电源为动力, 以钢轮、钢轨为导向。
其主要设施在地面, 部分路段可能还设置成高架铁路, 有的则进入地下(但通常所占比重不大)。
它不与其他地面车辆混杂行驶, 要求线路是全隔离或基本隔离。
地下铁路系统则要求更高, 完全隔离, 全部或大部分线路设置在地面以下, 而且对线路、站台、行车控制等都有特殊的要求。
在过去的20年里, 城市轨道交通得到了空前的发展, 许多城市的交通系统趋向成熟, 解决了大量的技术、设备、资金和管理难题。
据不完全统计, 现在已有不少于200 座城市正在积极地从事各种轨道交通的规划和修建工作, 规划的线路总长度达7000 km 以上。
从目前的态势看, 轨道交通将成为世界城市交通的发展方向。
城市轨道交通之所以为世人所青睐, 是因为它有着其他交通工具所无法比拟的优点: 快捷、准时、安全、舒适、运量大、能耗低且污染轻。
轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统(SCADA)等。
直流供电系统中的电器设备包括整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。
本文简要介绍了直流供电系统的关键性设备—直流开关柜（KMB、MB、NPMPD）以及直流快速断路器（UR、HPB）。
城市轨道交通直流开关及成套开关柜—直流开关
直流断 路器相 关各部 件结构 图说明
1
固定绝缘框架是由加强型玻璃纤维聚酯绝缘材料制成（体积小、质量轻、
绝缘高）
2 一次回路由一个下部连接排、一个动触头、一个上部连接排、一个静触头组成
3
瞬时过流脱扣器(大电流脱扣)
4
灭弧室
02
直流断路器相关各部件结构图说明
直流断 路器相 关各部 件结构 图说明
5
合闸装置和拨叉
05
它通过一连动杆与分闸脱扣装置相 连，连动杆带动分闸脱扣装置顶起拨 叉，使其脱离限位块
在按下紧急分闸按钮的同时联动紧 急分闸行程开关，将动作信号上传 至控制保护装置
间接脱扣动作
间接脱扣动作由SEPCOS装置发 出指令，CID与BI组成执行单元
同时SEPCOS也向CID间接脱扣 控制器（CID准备就绪即该装置 充电完毕）脱扣指令，CID向BI （间接脱扣器）放电，BI受电推 动连动杆向前运动
4
对断路器的触头应该进行特别的检查和维护。任何灰尘都必须用干抹布擦去，
如果形成大块的堆积，则应该用金属刷刮干净
5
对触头千万不能用锉刀，同时绝对禁止对触头的润滑
触头磨损
（1） 主触头，包括动、静触头都有可能会磨损掉10mm之多 （2） 但经验证明这样的情况也只会在设备连
续运行多年后才会发生
（3）
磨损将导致触头压力的减小，同时合闸装置的行程将会 增加5mm。当触头开距变为（3±0.5)mm时，主触头
04
灭弧室的检查
在更换主触头或进行周期性检查 时，也应同时仔细检查灭弧室
灭弧室入口处的状态可代表其总体状 况
只要角板的磨损没有超过其原截面的1/2，灭弧室还可以继续使用
05
轨道交通牵引供变电技术第2章第7节 熔断器、隔离开关及高压负荷开关
第二章
高压电器与开关设备
第七节 熔断器、隔离开关及高压负荷开关
轨道交通牵引供变电技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第七节
熔断器、隔离开关及高压负荷开关
一、熔断器 熔断器是最简单也是最早采用的一种限流元件， 常和被保护的电气设备串接于电路中。熔断器主要由 金属熔体、支持熔体的触头和外壳构成。有些熔断器 内还装有特种熄弧物质（如产气纤维管、石英砂等） ，用来熄灭熔体熔断时产生的电弧。熔断器的熔体材 料有铅、铅锡合金、锌、铜和银等，熔体的熔化温度 因材料而异，在熔体上焊上小锡球，大大降低熔体的 熔化温度。熔体的截面不同，额定电流不同，熔断的 时间也有差别。熔体中流过电流时，熔体发热，只有 当通过熔断器的电流大于最小熔化电流时（如过负荷 或短路故障），熔体才能自动熔断，开断电路，完成 保护其他电路设备的职能。
轨道交通牵引供变电技术
RN 型 3 ～ 35 kV 户内式高压熔断器可以用 来保护电力线路和电力变压器，其中 RN2 型仅 用来保护电压互感器。这种熔断器熔体管的 结构如图 2.47所示，熔断器的安装情况如图 2.48 所示。图 2.47 中熔体由镀银的铜丝制成， 铜丝上焊有锡球，熔体管内充有石英砂。短 路电流通过时，截面较小的部位首先熔断， 然后联锁熔断、汽化，被石英砂冷却和吸附 而灭弧。这种熔断器的熔断过程全部都封闭 在熔体管内进行。 工作于户外的10～110 kV的熔断器大多做 成跌落式由纤维管产气熄弧的熔断器。当装 在纤维管中的熔体被烧断时，管内产生高压 气体强烈吹动熔口处的电弧使其迅速熄灭。
轨道交通牵引供变电技术
三、高压负荷开关
高压负荷开关用来开断正常工作下的负荷 电流（包括规定的过载电流），并具有一定的 关合短路电流的能力与动、热稳定性。在电力 系统中常与熔断器一起使用，负荷开关起控制 与过载保护作用，熔断器则起短路保护作用。 由于负荷开关只需开断不大的负荷电流， 因此，它的灭弧装置比断路器简单得多。按灭 弧原理和介质不同，负荷开关可分为以下几类： （1）固体产气式负荷开关。利用电弧能量使 固体产气材料产生气体，吹拂电弧使其熄灭。 （2）压气式负荷开关。利用活塞压气产生气 吹作用使电弧熄灭，气体可以是空气或六氟化 硫气体。
高压电器与开关设备
第七节 熔断器、隔离开关及高压负荷开关
轨道交通牵引供变电技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第七节
熔断器、隔离开关及高压负荷开关
一、熔断器 熔断器是最简单也是最早采用的一种限流元件， 常和被保护的电气设备串接于电路中。熔断器主要由 金属熔体、支持熔体的触头和外壳构成。有些熔断器 内还装有特种熄弧物质（如产气纤维管、石英砂等） ，用来熄灭熔体熔断时产生的电弧。熔断器的熔体材 料有铅、铅锡合金、锌、铜和银等，熔体的熔化温度 因材料而异，在熔体上焊上小锡球，大大降低熔体的 熔化温度。熔体的截面不同，额定电流不同，熔断的 时间也有差别。熔体中流过电流时，熔体发热，只有 当通过熔断器的电流大于最小熔化电流时（如过负荷 或短路故障），熔体才能自动熔断，开断电路，完成 保护其他电路设备的职能。
轨道交通牵引供变电技术
RN 型 3 ～ 35 kV 户内式高压熔断器可以用 来保护电力线路和电力变压器，其中 RN2 型仅 用来保护电压互感器。这种熔断器熔体管的 结构如图 2.47所示，熔断器的安装情况如图 2.48 所示。图 2.47 中熔体由镀银的铜丝制成， 铜丝上焊有锡球，熔体管内充有石英砂。短 路电流通过时，截面较小的部位首先熔断， 然后联锁熔断、汽化，被石英砂冷却和吸附 而灭弧。这种熔断器的熔断过程全部都封闭 在熔体管内进行。 工作于户外的10～110 kV的熔断器大多做 成跌落式由纤维管产气熄弧的熔断器。当装 在纤维管中的熔体被烧断时，管内产生高压 气体强烈吹动熔口处的电弧使其迅速熄灭。
轨道交通牵引供变电技术
三、高压负荷开关
高压负荷开关用来开断正常工作下的负荷 电流（包括规定的过载电流），并具有一定的 关合短路电流的能力与动、热稳定性。在电力 系统中常与熔断器一起使用，负荷开关起控制 与过载保护作用，熔断器则起短路保护作用。 由于负荷开关只需开断不大的负荷电流， 因此，它的灭弧装置比断路器简单得多。按灭 弧原理和介质不同，负荷开关可分为以下几类： （1）固体产气式负荷开关。利用电弧能量使 固体产气材料产生气体，吹拂电弧使其熄灭。 （2）压气式负荷开关。利用活塞压气产生气 吹作用使电弧熄灭，气体可以是空气或六氟化 硫气体。
市轨道交通供电技术牵引变电所的电气接线
三、双母线接线
3、带旁路母线的双母线接线：
三、双母线接线
3、带旁路母线的双母线接线：当出线回路数较少时，为了减少 断路器的数目，可不设专用的旁路断路器，而用母联断路器 兼作旁路断路器。
三、双母线接线
3、带旁路母线的双母线接线： • 双母线接线中，由于它比单母线接线增加了一套备用母线，
故当工作母线发生故障时，可将全部回路迅速转换到由备用 母线供电，缩短停电时间。 • 双母线结线方式具有较好的运行灵活性。 • 双母线接线的缺点是隔离开关数量多，配电装置结构复杂， 转换步骤较繁琐，且一次费用和占地面积都相应增大。 适 用于牵引变电所电源回路较多（四回路以上），具有通过母
单元4 牵引变电所的电气接线
【主要内容】
4.1 电气主接线形式 4.2 直流牵引变电所电气主接线 4.3 次接线概述 4.4 牵引变电所的控制、信号电路
4.1 电气主接线形式
一、概述 二、单母线接线 三、双母线接线 四、桥形接线
一、概述
变电所的电气主接线是指由变压器、断路器、开关设备、母 线等及其连接导线所组成的接受和分配电能的电路。
二、二次接线图
二次接线展开图中所有开关电器和继电器触头都是按开关断 开时的位置和继电器线圈中无电流时的状态绘制的。展开图 接线清晰，回路次序明显，易于阅读，便于了解整套装置的 动作程序和工作原理，对于复杂线路的工作原理的分析更为 方便。
的变压器支路的断路器均自动跳闸，需经倒闸操作 后，方可恢复被切除变压器的工作。 （3）线路投入与切除时，操作复杂，并影响变压器的 运行。
4.2 直流牵引变电所电气主接线
一、主变电所 二、直流牵引变电所 三、牵引、降压混合变电所 四、降压变电所
一、主变电所
主变电所的作用是将城市电网的高压(110 kV或220 kV)电 能降压后以相应的电压等级(3kV或lOkV)分别供给牵引变电 所和降压变电所。为保证供电的可靠性，一般设置两座或 两座以上主变电所，主变电所由两路独立的电源进线供电， 内部设置两台相同的主变压器。
轨道交通直流断路器简介
国内外轨道交通直流断路器背景
过去认为直流供电设备的需求量较小，而产品开发、研制、试验费用相对较高， 相对于交流供电系统，针对直流配电设备的基础理论研究不足，相关技术开发与产 品设计长期处于滞后的状态，造成了直流开断技术的落后现状，使其已经成为中压 直流供电系统发展中的一大瓶颈问题。
目前，国内轨道交通1800V 的直流断路器几乎全部为赛雪龙(SECHERON)、 GE 等国外跨国公司垄断，垄断价格居高不下。
交大轨道交通直流断路器研制情况
直流断路器开断原理：采用了空气介质中灭弧栅灭弧的原理，利用灭弧室气流 场和磁场的吹弧作用，驱动电弧进入铁磁栅片，切割冷却，最终实现电弧的冷却和 熄灭，达到分断线路电流的功能。
大容量直流断 路器动热稳定
提升技术
快速分闸与防 冲击技术
中压直流大电 流灭弧技术
空气中压大容 量开断关键技
地铁和轻轨作为城市轨道交通中便捷的交通工具，具有方便、快捷、污染小、 能耗少、噪声低、运输量大等许多优点，是解决我国大中城市日益严重的交通问题 的一项有效措施。截止2012 年末，我国已有北京、上海、天津、重庆和西安等16 个城市开通城市轨道交通运营线路64 条，总运营里程达1980 公里。未来十年将是 我国城市轨道交通大发展的时期。预计到2020 年，国内将有约40 个城市发展轨道 交通，总规划里程7000 多公里。
术
中压直流临界 电流灭弧技术
谢谢!
THANK YOU FOR YOUR ATTENTION
公慎而立 敬事而信 团队创新
30004200源自40国内外轨道交通直流断路器背景
SECHERON公司产品
国内外轨道交通直流断路器背景
GE公司产品——GErapid
GErapid在轨道交通直流牵引变电站中的应用 （安装于抽出式小车上）
电气化铁路牵引供变电技术—第二章—高压开关电器
第二章 高压开关电器
（2）影响去游离的因素 ①电弧的温度：以减弱热游离，减少新的带电质点的产生。 ②介质的特性：电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上
决定了电弧中去游离的强度，这些特性包括：导热系数、热 容量、热游离温度、介电强度等。
③触头材料：当触头材料采用熔点高、导热能力强和热容 量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸 汽，有利于电弧熄灭。
第二章 高压开关电器
第二节 SF6断路器
一、 SF6气体的特性
1、 SF6气体的优良特性 ① SF6气体的电子具有共价键结构，如图2-6所示。 ② SF6气体为无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合 物。 ③ SF6气体化学性质非常稳定，即不易与其它物质发生化学反应。 ④ SF6气体热稳定性好，灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍。 ⑤ SF6气体是无毒的，但在电弧作用下可
能分解出不同程度的 毒性气体。
第二章 高压开关电器
2、 SF6气体的危害及其对策 ① 高温电弧分解产物和其本身与接触介质发生化学反应生成物有毒 性； ② 六氟化硫是一种温室气体对环境有危害的。 在制造、运用和检修SF6断路器时应注意： ①必须严格控制SF6气体中的水分； ②排放废气和拆开断路器灭弧装置时应戴好防毒面具，防护手套，尽 量不漏皮肤； ③排放废气时应通过过滤罐，过滤有毒粉尘到大气中； ④断路器部件的拆装、检修一般在干燥、清洁的室内进行； ⑤拆卸处理部件应马上用塑料布包好并系紧。
开关等开关电器； ⑵ 仅开断过负荷电流或短路电流：熔断器； ⑶ 不允许用其开断或闭合电流：高压隔离开关，只用来检修时隔
离电源（注意区别高压负荷隔离开关）；自动分段器，用来在预定的 记忆时间内根据选定的计数次数，在无电流的瞬间自动分段故障线路 ；
简述轨道交通直流供电系统的开关设备
轨道交通直流供电系统的开关设备简述摘要轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统（SCADA）等。
直流供电系统中的电器设备包括整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。
本文简要介绍了直流供电系统的关键性设备——直流开关柜（KMB、MB、NPMPD）以及直流快速断路器（UR、HPB）。
关键词直流供电系统直流快速断路器直流开关柜一.引言城市轨道交通是指在轨道上行驶或以导向系统行驶的、服务于城市的交通。
一般认为, 城市轨道交通包括轻型轨道、高架铁路和地下铁路等几种形式。
其中轻型轨道交通是一种轻型车辆的城市快速轨道交通方式, 国际上通称Light Rail Transit（LRT）, 近年来在国内外发展很快。
它以外部电源为动力, 以钢轮、钢轨为导向。
其主要设施在地面, 部分路段可能还设置成高架铁路, 有的则进入地下(但通常所占比重不大)。
它不与其他地面车辆混杂行驶, 要求线路是全隔离或基本隔离。
地下铁路系统则要求更高, 完全隔离, 全部或大部分线路设置在地面以下, 而且对线路、站台、行车控制等都有特殊的要求。
在过去的20年里, 城市轨道交通得到了空前的发展, 许多城市的交通系统趋向成熟, 解决了大量的技术、设备、资金和管理难题。
据不完全统计, 现在已有不少于200 座城市正在积极地从事各种轨道交通的规划和修建工作, 规划的线路总长度达7000 km 以上。
从目前的态势看, 轨道交通将成为世界城市交通的发展方向。
城市轨道交通之所以为世人所青睐, 是因为它有着其他交通工具所无法比拟的优点: 快捷、准时、安全、舒适、运量大、能耗低且污染轻。
轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统(SCADA)等。
直流供电系统中的电器设备包括整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。
本文简要介绍了直流供电系统的关键性设备—直流开关柜（KMB、MB、NPMPD）以及直流快速断路器（UR、HPB）。
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轨道交通牵引供变电技术
di dt
为电感
式（2.43）是预期短路电流的表达式，它是按 指数增长的曲线，如图2.52（b）中曲线1所示。 短路故障发生后，短路电流开始按指数增长， 经过时间t0，短路电流达到断路器的电流动作值（ 整定值）Iop，断路器中保护装置作出反应，经过固 有分闸时间t1，短路电流达到Ik1， 断路器的触头开始分离，经过燃弧时间 t2，断 路器将电路断开，电流变化如图2.52（b）曲线2 所示，断路器的全分断时间为 T。当断路器的固有 分闸时间比较长时（如 t1 ），相应的短路电流按指 数迅速增加到Ik2，如图2.52（b）中曲线3所示，断 路器的触头开始分离，再经过燃弧时间 t 2 ，电路被 断开，这种情况下断路器的全分断时间为 T 。
第二章
高压电器与开关设备
直流快速断路器
第八节
轨道交通牵引供变电技术
第八节
直流快速断路器
直流快速断路器（ High-Speed DC Circuit Breaker）是一种在直流电路中作为电路开合和 电流保护的电器，能对直流额定电压600～3 600 V、额定电流1 000～6 000 A电路中的整流机组 、直流电机、馈电线路等进行分合闸操作，并在 短路、过载、逆流（反向）时起保护跳闸作用。 直流快速断路器可分为正向、反向、双向快 速断路器3种。 正向快速断路器：当检测到与正常电流是同 一方向的过电流时，断路器快速动作，常被用 作对馈电回路或设备等进行保护，如用于馈电 回路、正极、负极、滤波装置等。
轨道交通牵引供变电技术
（a）接线图
（b）电流和电压特性
图2.53 地铁供电系统短路及快速断路器特性
轨道交通牵引供变电技术
如图 2.53 （ c ） 所示为固有分闸时 间 t1 与 直 流 主 电 路 初始电流突变率 di/dt的关系，当直 流主电路电流突变 率 di/dt 为 3×106 A/s 时 , 对应直流快 速断路器的固有分 闸 时 间 t1 为 4.7 ms ，而全分断时间T为 15～30 ms，开断能 力可达100 kA。
轨道交通牵引供变电技术
（c）t1与初始di/dt关系
图2.53 地铁供电系统短路及 快速断路器特性
二、直流快速断路器的结构和工作原理
直流快速断路器的类型较多，现以国产 DS 系列和进口 UR 系列为例，说明其结构与各个 组成部件的作用和工作原理。 （一）DS系列直流快速断路器 DS 系 列 直 流 快 速 断 路 器 有 DS12 、 DS14 、 DS19 等型号（见附录中附表 7 ），其中 DS12 额 定电压为 800 V ， DS14 和 DS19 额定电压分别为 1 500 V 和 1 600 V ， DS12 与 DS14 的结构基本相同 ，而 DS19 的结构与 UR 系列类似。下面以 DS1230/08为例进行阐述。
轨道交通牵引供变电技术
一、直流系统短路电流分析及断路器断路电气特性
直流回流开断短路电流的理想等值电路如图 2.52（a）所示，其电压方程式为
di E iR L uarc dt
L 式中，E为电源电压；iR为电阻压降；
压降；uarc为快速断路器DQF的电弧压降。 断路器DQF分闸前，电弧压降为零，假定回路电流 也为零，解方程得 R t E i (1 e L ) R
轨道交通牵引供变电技术
图 2.53（b）中，ik1表示牵引网近端 k1 点 短路时的预期短路电流； i k3 表示牵引网远端 k3 点短路时的预期短路电流；k2点的短路电流曲线 与 k3 点的相似，位于曲线 i k1 和 i k3 之间； I k·s 是 近端短路电流的稳态值，也是最大的稳态值； I k·pk 是近端短路电流的峰值； I op 是断路器的动 作电流；Ico为断路器的开断电流；Ik是断路器开 断过程中的电流曲线； d i /dt 是远端短路电流的 初始上升率；uarc和Uarc·max分别是断路器的电弧 电压和在开断过程中的最大电弧电压；UN是线路 的额定电压； t 1 、 t 2 、 T 分别是断路器的固有分 闸 时 间 、 燃 弧 时 间 、 全 分 断 时 间 。
轨道交通牵引供变电技术
反向快速断路器：当检测到与正常电流是 相反方向的过电流时，断路器快速动作，常被 用作切断从直流侧逆向而来的电流，如用于正 极、阳极等电路。 双向快速断路器：当检测到正向或反向的 过电流时，断路器都将快速动作，主要用于切 断地铁上下行线之间的连接线路。 直流快速断路器适用于直流电气化铁路、 城市地铁与轻轨交通、工矿运输、轧钢工业等 重要工业领域。
轨道交通牵引供变电技术
（a）等值电路
（b）电流特性曲线
图2.52 直流系统短曲线 3 可知，快速动作的断路器开 断较小短路电流（如Ik1），慢速动作的断路器将开 断很大的短路电流（如Ik2）。研究结果表明，短路 电流经过0.1 s时，即达预期短路电流稳态值的90% 左右。因此，动作速度较慢的断路器将造成电气设 备流过很大的短路电流，为了避免电气设备造成损 坏，必须在其达到危险值之前快速断开电路，直流 断路器快速动作的必要性就在于此。 直流快速断路器在地铁供电系统中作为馈电线 路的开关，接线如图 2.53（a）所示，图中交流电 源电压经直流牵引变电所的整流机组变换为直流电 压并向牵引网供电，k1、k2、k3分别为牵引网中近 端、中间、远端的典型短路点。短路电流、断路器 电气特性如图2.53（b）所示。
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DS12-30/08直流快速断路器是一种双向电流、自然 冷却电弧、直动双断点主弧两挡触头的开关，主要 部件由导电与接触系统、灭弧室与弧罩、分合闸电 磁铁操作系统、操作传动机构以及机架等组成。其 整体结构如图2.54所示。
1—弧静触头； 3—主静触头； 5—吸引磁铁； 7—出线排； 9—保持磁铁； 11—脱扣杠杆； 13—弯板； 15—锁片； 17—半圆轴； 19—杠杆； 21—合闸电磁铁； 23—分闸弹簧； 25—出线排； 27—弧角 2—弧动触头； 4—主动触头； 6—指示盘； 8—冲击衔铁； 10—附加电感； 12—螺钉； 14—杠杆； 16— 电动脱扣线圈； 18—拉杆； 20—连杆； 22—直角杠杆； 24—动触头杆； 26—灭弧室；
di dt
为电感
式（2.43）是预期短路电流的表达式，它是按 指数增长的曲线，如图2.52（b）中曲线1所示。 短路故障发生后，短路电流开始按指数增长， 经过时间t0，短路电流达到断路器的电流动作值（ 整定值）Iop，断路器中保护装置作出反应，经过固 有分闸时间t1，短路电流达到Ik1， 断路器的触头开始分离，经过燃弧时间 t2，断 路器将电路断开，电流变化如图2.52（b）曲线2 所示，断路器的全分断时间为 T。当断路器的固有 分闸时间比较长时（如 t1 ），相应的短路电流按指 数迅速增加到Ik2，如图2.52（b）中曲线3所示，断 路器的触头开始分离，再经过燃弧时间 t 2 ，电路被 断开，这种情况下断路器的全分断时间为 T 。
第二章
高压电器与开关设备
直流快速断路器
第八节
轨道交通牵引供变电技术
第八节
直流快速断路器
直流快速断路器（ High-Speed DC Circuit Breaker）是一种在直流电路中作为电路开合和 电流保护的电器，能对直流额定电压600～3 600 V、额定电流1 000～6 000 A电路中的整流机组 、直流电机、馈电线路等进行分合闸操作，并在 短路、过载、逆流（反向）时起保护跳闸作用。 直流快速断路器可分为正向、反向、双向快 速断路器3种。 正向快速断路器：当检测到与正常电流是同 一方向的过电流时，断路器快速动作，常被用 作对馈电回路或设备等进行保护，如用于馈电 回路、正极、负极、滤波装置等。
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（a）接线图
（b）电流和电压特性
图2.53 地铁供电系统短路及快速断路器特性
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如图 2.53 （ c ） 所示为固有分闸时 间 t1 与 直 流 主 电 路 初始电流突变率 di/dt的关系，当直 流主电路电流突变 率 di/dt 为 3×106 A/s 时 , 对应直流快 速断路器的固有分 闸 时 间 t1 为 4.7 ms ，而全分断时间T为 15～30 ms，开断能 力可达100 kA。
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（c）t1与初始di/dt关系
图2.53 地铁供电系统短路及 快速断路器特性
二、直流快速断路器的结构和工作原理
直流快速断路器的类型较多，现以国产 DS 系列和进口 UR 系列为例，说明其结构与各个 组成部件的作用和工作原理。 （一）DS系列直流快速断路器 DS 系 列 直 流 快 速 断 路 器 有 DS12 、 DS14 、 DS19 等型号（见附录中附表 7 ），其中 DS12 额 定电压为 800 V ， DS14 和 DS19 额定电压分别为 1 500 V 和 1 600 V ， DS12 与 DS14 的结构基本相同 ，而 DS19 的结构与 UR 系列类似。下面以 DS1230/08为例进行阐述。
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一、直流系统短路电流分析及断路器断路电气特性
直流回流开断短路电流的理想等值电路如图 2.52（a）所示，其电压方程式为
di E iR L uarc dt
L 式中，E为电源电压；iR为电阻压降；
压降；uarc为快速断路器DQF的电弧压降。 断路器DQF分闸前，电弧压降为零，假定回路电流 也为零，解方程得 R t E i (1 e L ) R
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图 2.53（b）中，ik1表示牵引网近端 k1 点 短路时的预期短路电流； i k3 表示牵引网远端 k3 点短路时的预期短路电流；k2点的短路电流曲线 与 k3 点的相似，位于曲线 i k1 和 i k3 之间； I k·s 是 近端短路电流的稳态值，也是最大的稳态值； I k·pk 是近端短路电流的峰值； I op 是断路器的动 作电流；Ico为断路器的开断电流；Ik是断路器开 断过程中的电流曲线； d i /dt 是远端短路电流的 初始上升率；uarc和Uarc·max分别是断路器的电弧 电压和在开断过程中的最大电弧电压；UN是线路 的额定电压； t 1 、 t 2 、 T 分别是断路器的固有分 闸 时 间 、 燃 弧 时 间 、 全 分 断 时 间 。
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反向快速断路器：当检测到与正常电流是 相反方向的过电流时，断路器快速动作，常被 用作切断从直流侧逆向而来的电流，如用于正 极、阳极等电路。 双向快速断路器：当检测到正向或反向的 过电流时，断路器都将快速动作，主要用于切 断地铁上下行线之间的连接线路。 直流快速断路器适用于直流电气化铁路、 城市地铁与轻轨交通、工矿运输、轧钢工业等 重要工业领域。
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（a）等值电路
（b）电流特性曲线
图2.52 直流系统短曲线 3 可知，快速动作的断路器开 断较小短路电流（如Ik1），慢速动作的断路器将开 断很大的短路电流（如Ik2）。研究结果表明，短路 电流经过0.1 s时，即达预期短路电流稳态值的90% 左右。因此，动作速度较慢的断路器将造成电气设 备流过很大的短路电流，为了避免电气设备造成损 坏，必须在其达到危险值之前快速断开电路，直流 断路器快速动作的必要性就在于此。 直流快速断路器在地铁供电系统中作为馈电线 路的开关，接线如图 2.53（a）所示，图中交流电 源电压经直流牵引变电所的整流机组变换为直流电 压并向牵引网供电，k1、k2、k3分别为牵引网中近 端、中间、远端的典型短路点。短路电流、断路器 电气特性如图2.53（b）所示。
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DS12-30/08直流快速断路器是一种双向电流、自然 冷却电弧、直动双断点主弧两挡触头的开关，主要 部件由导电与接触系统、灭弧室与弧罩、分合闸电 磁铁操作系统、操作传动机构以及机架等组成。其 整体结构如图2.54所示。
1—弧静触头； 3—主静触头； 5—吸引磁铁； 7—出线排； 9—保持磁铁； 11—脱扣杠杆； 13—弯板； 15—锁片； 17—半圆轴； 19—杠杆； 21—合闸电磁铁； 23—分闸弹簧； 25—出线排； 27—弧角 2—弧动触头； 4—主动触头； 6—指示盘； 8—冲击衔铁； 10—附加电感； 12—螺钉； 14—杠杆； 16— 电动脱扣线圈； 18—拉杆； 20—连杆； 22—直角杠杆； 24—动触头杆； 26—灭弧室；