中职教育二年级全学期交通运输大类《直流断路器》微课教学设计

微课教学设计课题直流断路器目标1.了解直流开关柜的基础知识；2.直流断路器手车的结构；3.掌握直流断路器的结构及灭弧原理。难点1.直流断路器手车的结构；2.掌握直流断路器的结构及灭弧原理。微课说明总时间：15:02，幻灯片总数：29页；呈现形式：PPT配画外音解说，PPT制作尽可能图像化，适当使用动画表现。镜头编号视频内容解说词效果说明1课前导入同学们，大家好！你们知道铁路与地铁有什么区别吗？有些同学说铁路线路长，地铁线路短。其实铁路与地铁有很多区别，从供电专业的角度来看，铁路与地铁的供电制式不同。铁路采用的是单相交流电，其接触网额定电压为25kV；而地铁采用的是直流电，其接触网或接触轨的额定电压为1500V或750V。所以城市轨道交通除了采用交流电气设备外，还需要采用直流开关柜及直流断路器等直流电气设备。这节课，我们来共同学习直流断路器的知识吧。图片2标题——直流断路器3学习目标通过本节课程的学习，我们要了解直流开关柜的基础知识；掌握直流断路器手车的结构；重点掌握直流断路器的结构及灭弧原理。4一、直流开关柜的基础知识51.直流开关柜的用途首先我们来认识一下直流开关柜。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。图片62.直流开关柜的组成变电所中的直流开关柜包括750V、1500V两种电压等级。由进线柜、馈线柜、负极柜、端子柜及钢轨电位限制装置这5种柜体或箱体组成。73.直流开关柜的基本结构其次我们来学习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，如图所示，左侧为正面，右侧为背面。图片83.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：第一种：微机测控保护装置；第二种：人机界面触摸式显示屏；第三种：直流快速断路器；第四种：直流隔离开关；第五种：电流测量放大器；第六种：电压测量放大器。图片9（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。图片10（1）断路器室——断路器手车拉出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）。图片11（1）断路器室——活门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。图片12（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。图片13（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。14（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。15注意事项需要注意的是：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。16二、直流断路器171.直流断路器手车现在我们来学习这节课程的重点内容——直流断路器。如图所示，这是一台直流断路器手车。它包含的部件，从上至下依次是：灭弧室、断路器、上触头、连接排、分流器、下触头、测量控制及线路测试元件安装板、手车操作手柄、断路器位置指示器、航空插头底座、计数器、手车摇进丝杠、手车前锁定机构、手车锁定块、高压测量元件室绝缘板、手车轮。图片182.直流断路器的外观断路器手车上安装的直流断路器，其外观如图所示。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。图片192.直流断路器的外观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。图片203.直流断路器的结构直流快速断路器UR36的结构如图所示，主要包括合闸装置、拨叉、动触头（主触头）、动推杆、辅助触头、止动器、过流释放杆、静触头（主触头）、灭弧室、角板和灭弧栅等部件。动画214.直流电弧熄灭原理那么直流电弧是如何熄灭的呢？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。224.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，如图所示，这需要非常精确和可靠的电子技术。图片234.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。244.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。255.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。如图所示，当直流开关柜的二次系统接收到一个合闸脉冲，合闸装置推动拨叉使动触头合上并且使动触头压紧主触头。动触头带动推杆移动并使辅助触头变位。合闸时的震动力会被止动器所吸收。动画26（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。27（3）分闸——其一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，过流释放杆产生一个向上的举起力举起拨叉，从而释放动触头。动画28（3）分闸——其二其二，常规分闸命令。实现方法是：电保持型（E型）断路器是通过分闸命令切断合闸装置的保持电流；磁保持型（M型）断路器是施加一个逆向脉冲电流（分闸电流是合闸电流的20%）导