中职教育二年级全学期交通运输大类《直流断路器》教学课件

直流断路器学习目标一、了解直流开关柜的基础知识1二、掌握直流断路器手车的结构2三、掌握直流断路器的结构及灭弧原理3一、直流开关柜的基础知识一、直流开关柜的基础知识

直流开关柜安装在牵引变电所或牵引降压混合变电所中，完成直流电能的控制与分配，实现对馈线、接触网或者接触轨等设备的测控、保护以及与上位监控设备的总线通信。

1.直流开关柜的用途图3.4.1直流开关柜一、直流开关柜的基础知识

变电所中的直流开关柜包括750V、1500V两种电压等级。由以下5种柜体或箱体组成：

（1）进线柜

（2）馈线柜

（3）负极柜

（4）端子柜

（5）钢轨电位限制装置2.直流开关柜的组成一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构

直流开关柜是一种空气绝缘、金属封闭式、户内成套的设备，由一系列标准化单元组成，如低压室、断路器（手车）室、母线室、电缆室等，如图3.4.2所示，左侧为正面，右侧为背面。图3.4.2MBS柜体结构视图一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构

直流开关柜主要包含以下六种设备：（1）微机测控保护装置（2）人机界面触摸式显示屏（3）直流快速断路器（4）直流隔离开关（5）电流测量放大器（6）电压测量放大器图3.4.3MBS柜体结构视图一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构

（1）断路器室断路器室包含抽出式断路器手车、机械闭锁机构、手车导轨、手车接地触点等几部分。其中抽出式断路器手车上安装了直流断路器、分流器、线路测试装置、断路器控制装置等设备。图3.4.4MBS断路器室视图一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构只有当断路器处于分闸状态时，才可将手车拉出至柜体外部。通过一个机械机构将断路器手车在“工作”位置和“试验”位置变换。当拔掉航空插头后，无需专用工具即可将断路器手车从柜体抽出并移开，使手车移出开关柜，移出开关柜后的断路器手车与开关柜失去所有联系（电路连接、机械联锁等）。图3.4.5断路器手车拉出示意图一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构断路器室内还设置了一个自启动的活门，当手车处于“试验”位置时，活门关闭并闭锁，使直流断路器手车触头不能插入，防止手车误操作而从柜前碰到断开的电缆室固定触头。测量线路馈线电压的电压变送器装置安装在柜体的固定部分，便于手车抽出时能继续保持测量。图3.4.6断路器手车设备图一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构

（2）母线室

母线室位于柜体后部，包含有与手车上部动触头相接触的静触头及母排。母线室与断路器室之间用绝缘隔板隔开，为方便维护人员进入母线室维护，绝缘隔板都配有手柄。图3.4.7MBS柜体结构视图一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构

（3）低压室

低压室位于直流开关柜上部，安装有控制设备（二次系统，包括测量、控制电路等）。低压室有一个单独的隔离门，测量电路后面也安装有绝缘板，实现与1500V（或750V）主电路的隔离，保护操作人员安全。

低压室不包含任何潜在的主电路（无馈线电压/无负回流电压）；一次主回路电压总是通过适当的额定电压变换器与二次回路隔离；就地控制装置（分合闸控制开关等）安装在低压室门板上。一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构

（4）电缆室

电缆室位于柜体后部，它包括主回路的电缆连接排、固定触头（与可抽出的手车下部触头相接触）、馈线电缆接地固定点。电缆室通过绝缘板与断路器室隔开，为了方便维护人员进入电缆室维护，绝缘隔板都装配有手柄。一、直流开关柜的基础知识3.直流开关柜的基本结构

各个直流开关柜的操作均须遵循已确定好的联锁关系进行。任何情况下隔离开关不能带负荷操作，由于负极柜中仅有隔离开关，因此通常情况下直流牵引侧送电先后顺序依次为负极柜、正极柜、交流断路器，最后是馈线柜，直流牵引侧停电顺序则相反。注意事项二、直流断路器二、直流断路器图3.4.8直流断路器手车结构图1.直流断路器手车二、直流断路器

断路器手车上安装的直流断路器，其外观如图3.4.9所示。它是一种双向、单极单元电器元件，采用了电磁吹弧、电动操作系统、直接瞬时过流脱扣、间接快速脱扣(用户可选项)和空气自然冷却方式等技术。图3.4.9UR36/40系列高速直流断路器2.直流断路器的外观二、直流断路器

间接脱扣器由一个线圈和一个电子控制装置组成，线圈固定在断路器上，电子控制装置（由放电电容和电子开关组成）单独安装。1000～6000A的断路器，其响应时间仅为几毫秒。图3.4.10HPB45/60系列高速直流断路器2.直流断路器的外观二、直流断路器图3.4.11直流断路器UR36结构图3.直流断路器的结构合闸装置拨叉动触头（主触头）动推杆辅助触头止动器过流释放杆举起力静触头（主触头）灭弧室角板灭弧栅灭弧栅二、直流断路器4.直流电弧熄灭原理

与有自然过零点的交流电弧不同，直流电弧只能靠强制使电流为零来熄灭，在电弧能量不变的前提下，促使电弧电流接近于零，意味着必须提高电弧电压，使之高于断路器的工作电压。

可以通过合理的措施迅速提高电弧电压，如在中、低压直流回路中使用电磁吹弧断路器，从而达到灭弧的目的。二、直流断路器4.直流电弧熄灭原理

对高压直流回路，必须相应地降低电压和电流，对要求分闸更快的断路器，通过加接LC谐振电路产生人工电流零点来灭弧，如图3.4.12所示，这需要非常精确和可靠的电子技术。ULQFR

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短路发生时刻触头分离时刻图3.4.12直流灭弧原理二、直流断路器4.直流电弧熄灭原理

综上所述，当断路器跳闸后，主回路磁场将动静触头之间产生的电弧吹入灭弧室，灭弧室采用冷阴极设计，由许多相互绝缘的灭弧板（金属栅片）组成，一旦电弧进入灭弧室，就被金属栅片分裂为许多串联的小弧段。因为每两块灭弧板之间的电压降约为40V，所以总的电弧电压便大大增加（电弧电压取决于灭弧板的数量，一般不超过额定电压的2倍），电弧电流大大减小，从而使电弧得以迅速熄灭。燃烧的气体从上端逸出，并在位于金属灭弧板上部的绝缘板之间被强化去游离而熄灭。二、直流断路器4.直流电弧熄灭原理

鉴于直流电弧熄灭比较困难，应当尽量避免直流断路器盲目合闸。当直流断路器合闸送电时，必须预先进行线路测试，即首先通过线路测试装置对将要合闸送电的线路进行绝缘性能测试，绝缘合格，则给断路器送出合闸命令；绝缘测试不合格，则闭锁断路器，禁止合闸。当运行的线路跳闸后，禁止盲目重合闸，只有通过线路测试，确认短路清除，断路器才能自动重合闸。二、直流断路器5.直流断路器分合闸工作原理

直流断路器根据其维持合闸状态（合闸保持）原理及分闸控制原理的不同，分为电保持型（E型）和磁保持型（M型）两种。

（1）合闸——如动画所示

如图3.4.11所示，当直流开关柜的二次系统接收到一个合闸脉冲，合闸装置1推动拨叉2使动触头3合上并且使动触头3压紧主触头3和9。动触头3带动推杆4移动并使辅助触头5变位。合闸时的震动力会被止动器6所吸收。二、直流断路器5.直流断路器分合闸工作原理

（2）合闸保持

一旦主触头合上，动触头压紧触头的压力将由合闸装置1提供。电保持型（E型）断路器通过在合闸线圈所在的回路中串入电阻以使合闸电流降低5%，该电流足以维持动触头压紧触头的合闸状态；磁保持型（M型）断路器依靠永久电磁铁维持动触头压紧触头的合闸状态。二、直流断路器5.直流断路器分合闸工作原理

（3）分闸——如动画所示

断路器分闸可通过两种方式实现。

其一，通过安装于断路器本体上的大电流脱扣保护装置的过流脱扣命令。过流脱扣命令的实现方法是：某个电流超过了最大电流设定值，过流释放杆7产生一个向上的举起力8举起拨叉2，从而释放动触头3。

产生在主触头间3和9的电弧通过角板11向上移动至灭弧室10内，并被灭弧栅12分割，电离气体在灭弧栅13间被中和，直流电弧熄灭。二、直流断路器