低压直流断路器的设计和使用

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 ：
冁
一
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 。
口
载
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
Ｉ
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
一
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
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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