中職教育二年級全學期交通運輸大類《直流斷路器》教學課件

直流斷路器學習目標一、了解直流開關柜的基礎知識1二、掌握直流斷路器手車的結構2三、掌握直流斷路器的結構及滅弧原理3一、直流開關柜的基礎知識一、直流開關柜的基礎知識

直流開關柜安裝在牽引變電所或牽引降壓混合變電所中，完成直流電能的控制與分配，實現對饋線、接觸網或者接觸軌等設備的測控、保護以及與上位監(jiān)控設備的總線通信。

1.直流開關柜的用途圖3.4.1直流開關柜一、直流開關柜的基礎知識

變電所中的直流開關柜包括750V、1500V兩種電壓等級。由以下5種柜體或箱體組成：

（1）進線柜

（2）饋線柜

（3）負極柜

（4）端子柜

（5）鋼軌電位限制裝置2.直流開關柜的組成一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構

直流開關柜是一種空氣絕緣、金屬封閉式、戶內成套的設備，由一系列標準化單元組成，如低壓室、斷路器（手車）室、母線室、電纜室等，如圖3.4.2所示，左側為正面，右側為背面。圖3.4.2MBS柜體結構視圖一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構

直流開關柜主要包含以下六種設備：（1）微機測控保護裝置（2）人機界面觸摸式顯示屏（3）直流快速斷路器（4）直流隔離開關（5）電流測量放大器（6）電壓測量放大器圖3.4.3MBS柜體結構視圖一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構

（1）斷路器室斷路器室包含抽出式斷路器手車、機械閉鎖機構、手車導軌、手車接地觸點等幾部分。其中抽出式斷路器手車上安裝了直流斷路器、分流器、線路測試裝置、斷路器控制裝置等設備。圖3.4.4MBS斷路器室視圖一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構只有當斷路器處于分閘狀態(tài)時，才可將手車拉出至柜體外部。通過一個機械機構將斷路器手車在“工作”位置和“試驗”位置變換。當拔掉航空插頭后，無需專用工具即可將斷路器手車從柜體抽出并移開，使手車移出開關柜，移出開關柜后的斷路器手車與開關柜失去所有聯(lián)系（電路連接、機械聯(lián)鎖等）。圖3.4.5斷路器手車拉出示意圖一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構斷路器室內還設置了一個自啟動的活門，當手車處于“試驗”位置時，活門關閉并閉鎖，使直流斷路器手車觸頭不能插入，防止手車誤操作而從柜前碰到斷開的電纜室固定觸頭。測量線路饋線電壓的電壓變送器裝置安裝在柜體的固定部分，便于手車抽出時能繼續(xù)保持測量。圖3.4.6斷路器手車設備圖一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構

（2）母線室

母線室位于柜體后部，包含有與手車上部動觸頭相接觸的靜觸頭及母排。母線室與斷路器室之間用絕緣隔板隔開，為方便維護人員進入母線室維護，絕緣隔板都配有手柄。圖3.4.7MBS柜體結構視圖一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構

（3）低壓室

低壓室位于直流開關柜上部，安裝有控制設備（二次系統(tǒng)，包括測量、控制電路等）。低壓室有一個單獨的隔離門，測量電路后面也安裝有絕緣板，實現與1500V（或750V）主電路的隔離，保護操作人員安全。

低壓室不包含任何潛在的主電路（無饋線電壓/無負回流電壓）；一次主回路電壓總是通過適當的額定電壓變換器與二次回路隔離；就地控制裝置（分合閘控制開關等）安裝在低壓室門板上。一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構

（4）電纜室

電纜室位于柜體后部，它包括主回路的電纜連接排、固定觸頭（與可抽出的手車下部觸頭相接觸）、饋線電纜接地固定點。電纜室通過絕緣板與斷路器室隔開，為了方便維護人員進入電纜室維護，絕緣隔板都裝配有手柄。一、直流開關柜的基礎知識3.直流開關柜的基本結構

各個直流開關柜的操作均須遵循已確定好的聯(lián)鎖關系進行。任何情況下隔離開關不能帶負荷操作，由于負極柜中僅有隔離開關，因此通常情況下直流牽引側送電先后順序依次為負極柜、正極柜、交流斷路器，最后是饋線柜，直流牽引側停電順序則相反。注意事項二、直流斷路器二、直流斷路器圖3.4.8直流斷路器手車結構圖1.直流斷路器手車二、直流斷路器

斷路器手車上安裝的直流斷路器，其外觀如圖3.4.9所示。它是一種雙向、單極單元電器元件，采用了電磁吹弧、電動操作系統(tǒng)、直接瞬時過流脫扣、間接快速脫扣(用戶可選項)和空氣自然冷卻方式等技術。圖3.4.9UR36/40系列高速直流斷路器2.直流斷路器的外觀二、直流斷路器

間接脫扣器由一個線圈和一個電子控制裝置組成，線圈固定在斷路器上，電子控制裝置（由放電電容和電子開關組成）單獨安裝。1000～6000A的斷路器，其響應時間僅為幾毫秒。圖3.4.10HPB45/60系列高速直流斷路器2.直流斷路器的外觀二、直流斷路器圖3.4.11直流斷路器UR36結構圖3.直流斷路器的結構合閘裝置撥叉動觸頭（主觸頭）動推桿輔助觸頭止動器過流釋放桿舉起力靜觸頭（主觸頭）滅弧室角板滅弧柵滅弧柵二、直流斷路器4.直流電弧熄滅原理

與有自然過零點的交流電弧不同，直流電弧只能靠強制使電流為零來熄滅，在電弧能量不變的前提下，促使電弧電流接近于零，意味著必須提高電弧電壓，使之高于斷路器的工作電壓。

可以通過合理的措施迅速提高電弧電壓，如在中、低壓直流回路中使用電磁吹弧斷路器，從而達到滅弧的目的。二、直流斷路器4.直流電弧熄滅原理

對高壓直流回路，必須相應地降低電壓和電流，對要求分閘更快的斷路器，通過加接LC諧振電路產生人工電流零點來滅弧，如圖3.4.12所示，這需要非常精確和可靠的電子技術。ULQFR

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短路發(fā)生時刻觸頭分離時刻圖3.4.12直流滅弧原理二、直流斷路器4.直流電弧熄滅原理

綜上所述，當斷路器跳閘后，主回路磁場將動靜觸頭之間產生的電弧吹入滅弧室，滅弧室采用冷陰極設計，由許多相互絕緣的滅弧板（金屬柵片）組成，一旦電弧進入滅弧室，就被金屬柵片分裂為許多串聯(lián)的小弧段。因為每兩塊滅弧板之間的電壓降約為40V，所以總的電弧電壓便大大增加（電弧電壓取決于滅弧板的數量，一般不超過額定電壓的2倍），電弧電流大大減小，從而使電弧得以迅速熄滅。燃燒的氣體從上端逸出，并在位于金屬滅弧板上部的絕緣板之間被強化去游離而熄滅。二、直流斷路器4.直流電弧熄滅原理

鑒于直流電弧熄滅比較困難，應當盡量避免直流斷路器盲目合閘。當直流斷路器合閘送電時，必須預先進行線路測試，即首先通過線路測試裝置對將要合閘送電的線路進行絕緣性能測試，絕緣合格，則給斷路器送出合閘命令；絕緣測試不合格，則閉鎖斷路器，禁止合閘。當運行的線路跳閘后，禁止盲目重合閘，只有通過線路測試，確認短路清除，斷路器才能自動重合閘。二、直流斷路器5.直流斷路器分合閘工作原理

直流斷路器根據其維持合閘狀態(tài)（合閘保持）原理及分閘控制原理的不同，分為電保持型（E型）和磁保持型（M型）兩種。

（1）合閘——如動畫所示

如圖3.4.11所示，當直流開關柜的二次系統(tǒng)接收到一個合閘脈沖，合閘裝置1推動撥叉2使動觸頭3合上并且使動觸頭3壓緊主觸頭3和9。動觸頭3帶動推桿4移動并使輔助觸頭5變位。合閘時的震動力會被止動器6所吸收。二、直流斷路器5.直流斷路器分合閘工作原理

（2）合閘保持

一旦主觸頭合上，動觸頭壓緊觸頭的壓力將由合閘裝置1提供。電保持型（E型）斷路器通過在合閘線圈所在的回路中串入電阻以使合閘電流降低5%，該電流足以維持動觸頭壓緊觸頭的合閘狀態(tài)；磁保持型（M型）斷路器依靠永久電磁鐵維持動觸頭壓緊觸頭的合閘狀態(tài)。二、直流斷路器5.直流斷路器分合閘工作原理

（3）分閘——如動畫所示

斷路器分閘可通過兩種方式實現。

其一，通過安裝于斷路器本體上的大電流脫扣保護裝置的過流脫扣命令。過流脫扣命令的實現方法是：某個電流超過了最大電流設定值，過流釋放桿7產生一個向上的舉起力8舉起撥叉2，從而釋放動觸頭3。

產生在主觸頭間3和9的電弧通過角板11向上移動至滅弧室10內，并被滅弧柵12分割，電離氣體在滅弧柵13間被中和，直流電弧熄滅。二、直流斷路器