直流系统基础知识讲解课件.ppt
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- 直流 系统 基础知识 讲解 课件
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1、各位领导、各位老师:大家好!我是北京人民电器厂董事长,南寅。现被聘任于直流装置标准化技术委员会委员;中国电工技术学会低压电器专委会委员;机械工业船用电机电器标准化技术委员会委员。今天十分荣幸地参加我们这次直流系统技术研讨会,能与各位共同探讨直流电源系统保护电器的性能和特点,并借此机会向各位学习,在此表示衷心的感谢。5.3.2元器件的要求5.3.2.5直流空气断路器、熔断器应具有安秒特性曲线,上下级应大于2级的配合级差,并应满足动作选择性的要求。5.3.2.6直流系统中应防止同一条支路中空气断路器的下级使用熔断器。防止在回路故障时失去动作选择性。第十二条 运行管理(八)直流熔断器和空气断路器应采
2、用质量合格的产品,其熔断体或定值应按有关规定分级配置和整定,并定期进行核对,防止因其不正确动作而扩大事故。(九)直流电源系统同一条支路中熔断器与空气断路器不应混用,尤其不应在空气断路器的下级使用熔断路。防止在回路故障时失去动作选择性。严禁直流回路使用交流断路器。直流电源系统运行规范编制说明:第四章 设备运行维护管理(九)据调查,部分制造厂和用户还存在在直流回路使用交流空气断路器问题,给运行带来了较大的安全隐患。由于交流电弧与直流电弧具有不同的灭弧机理,决定了交流和直流空气断路器的灭弧室具有根本的差异,交流空气断路器不具备熄灭直流短路电弧的能力。因此,直流回路中严禁使用交流空气断路器。由于交直流
3、两用断路器质量差异较大,应慎重选用。当使用交直流两用断路器时,其性能既应满足开断直流回路短路要求,还应满足动作选择性的要求。直流电源系统中应防止同一条支中熔断器与空气断路器混用的规定为新增内容。空气断路器与熔断路混合保护的级差配合比较困难,由于无时限的空气断路器的脱扣速度基本不变,而熔断器的动作具有反时限特性,电流越大,动作时间越短。无论空气断路器安装在熔断器之前后,总在某些短路电流值范围内会出现失去动作选择性。因此,应尽量避免这种组合保护方式。第十六条 生产厂家对直流电源设备内所选的自动空气断路器和熔断器,在安装前应进行安秒特性和动作电流级差配合校验。第二十七条 应加强直流熔断器的管理,熔断
4、器应按有关规定分级配置。一个厂、站的直流熔断器或自动空气断路器,原则上应选用同一厂家系列产品。.编制说明:编制说明:第十四条 直流电源系统设备内的装置和元器件的质量对运行可靠性有重要影响,不合格的元器件会影响设备整体性能,频繁的故障既降低了设备影响可靠性和可用率,以增加了生产厂家的现场服务成本,影响企业产品信誉,也增加了运行单位的负担。因此,要求生产厂家对直流电源系统设备内的装置和元器件在安装前应进行严格筛选和试验,并对产品的整体质量承担责任。如果进行设备监造,该项也作为监造内容之一。第四十九条 运行单位应建立直流电源系统技术监督告警制度,按故障性质、危害性质、可能引发事故的机率等因素,分为三
5、级告警。(一)当直流电流系统出现下列情况之一者,可视为一级告警、应立即消除:1蓄电池短路、开路;2蓄电池总熔断器熔断;四、变电站直流电源系统技术改造指导意见中指出A2.2.2直流电源系统空气断路器、熔断器使用不符合要求a)直流电源系统中存在使用交流空气断路器、空气 断路器与熔断器混用且未经过级差配合校核等现象。b)直流电源系统中空气断路器、熔断器级差配合不当,在直流回路发生短路故障时无选择动作,扩大影响甚至造成失压。第910页:在实际运行中,直流回路保护越级动作、空气断路器烧毁或起火等故障比较普遍,因此,直流回路保护的级差配合应引起高度重视。综上所述,归纳有以下12个关键词三类问题:1安秒特性
6、曲线 2级的配合级差动作选择性灭弧机理3一级告警:1蓄电池短路、开路;2蓄电池总熔断器熔断造成失压、烧毁或起火严禁直流回路使用交流断路器交直流两用断路器应满足动作选择性的要求 断路器的下级使用熔断器 其熔断体或定值应按有关规定分级配置和整定,并定期进行核对,级差配合校核 原则上应选用同一厂家系列产品2 下面我就三类12个关键词17个问题,与大家共同探讨和分析,提出一些建议,尽可能地解决电源系统中存在的故障隐患直流、交流断路器的灭弧机理为什么断路器下级不能使用熔断器熔断器在直流系统中运行的产品种类,熔断器选择性好,为什么大驱势不用了?为什么熔断体或定值应按有关规定分级配置和整定,并定期进行核对,
7、要进行级差配合校核直流断路器的作用直流断路器的十大优点为什么直流回路严禁使用交流、交直流两用断路器直流断路器的选择性什么是选择性保护?选择性的分类?它的重要作用直流断路器容易产生的故障和解决方法选择性级差配合可靠性分析三段保护式直流断路器的机理、特性和作用对三段保护断路器的改进三段保护和二段保护断路器的比较原则上应选用同一厂家系列产品有什么好处G系列直流断路器电气技术参数G系列直流断路器全选择性保护方案短路短延时对蓄电池的影响北京人民电器厂直流断路器可靠性设计1、熔断器的种类2、目前在电网使用的直流断路器现状厂家厂家北京人民电器厂北京人民电器厂西门子西门子ABB梅兰日兰梅兰日兰产品外观型号GM
8、G100GMN20RGM32GMB325SX52S252SC32H额定电流20、25、32、40A1、2、3、4、6A1、3、6、10、16、20、25、32、40A16、20、25、32、40A3、4、6、8、10、13、16、20、25、32、40、50A3、4、6、8、10、13、16、20、25、32、40、50A3、4、6、8、10、13、16、20、25、32、40、50A额定电压DC 250VDC 250VDC 250VDC 250VDC 220V/440VAC 400VDC 125/250VDC 250V额定短路分断能力4.5kAM型:15kAH型:20kAM型:15kAH型:
9、20kA4.5kA10kA10kA产品宽度2P 36mm2P 18mm2P 36mm2P 72mm2P 36mm2P 36mm2P 36mm厂家厂家北京人民电器厂北京人民电器厂西门子西门子ABBABB梅兰日兰梅兰日兰产品外观型号GMG隔离开关GM塑壳断路器GMB三段保护塑壳断路器SHS互锁机构5SX52S3NNS160N使用类型直流专用直流专用直流专用交直流两用交直流两用交直流两用额定电压DC 250VDC 250VDC 440VDC 660VDC 1140VAC220/380/690V DC 250VDC 125/250VDC 250V额定运行短路分断能力(直流)IcsM型:15kAH型:2
10、0kAR型:35kA22kA50kA50kA2、目前在电网使用的直流断路器现状3、熔断器和断路器的安秒特性比较 以上级为直流断路器20A与下级为RT14-4A为例:故障电流为200300A时分断时间分断。断路器瞬动脱扣器的不可返回性:故障电流经过一个磁线圈,将电流转化为磁通量,时间只需要13ms。微型断路器的瞬动值为140A左右(IEC规定C型曲线断路器的额定瞬时动作值510In,5 In不动,10 In必动)。熔断器弧前时间大约需1.52.5ms,全分断时间在4ms左右。因我们现在大多数采用的是交流熔断器和交流断路器的时间-电流带,分断直流电弧的时间要比交流电弧要长1ms左右。根据试验总结:
11、只要熔断器弧前时间超过2ms,断路器肯定动作。所以,只要故障电流达到断路器动作值,熔断器和断路器会同时分断,甚至是断路器先跳。结论:熔断器不能用在断路器的下级。情况:上级:20A断路器,下级:4A熔断器结论:电流大于200A,断路器越级动作。情况:上级:20A断路器,下级:6A熔断器结论:电流大于200A,断路器越级动作。情况:上级:16A断路器,下级:4A熔断器结论:电流大于160A,断路器越级动作。大熔断器与小熔断器的焦尔积分的区分明显,使得熔断器的选择性很好,但大趋势为什么不用了熔断器本身设计上的缺陷,熔体的老化现象:无冶金效应的熔体老化现象 由于熔断体反复负载使熔体受到加热和冷却的循环
12、,产生热膨胀和冷却收缩,使熔体受到机械应力,引起熔体金属材料晶格粗化、扭曲,导致电阻率增加而使特性变坏。有冶金效应的熔体老化现象 有冶金效应的熔体,不仅受到上述的老化影响,由于熔体通过电流时温度的增加,还会使熔体材料的分子溶解到溶剂中去,产生合金现象,改变了熔点,而使特性变坏。由于熔断器受环境温度和湿度的影响较大,熔断时间分散性大。与基座的安装接触力的变化,接触表面氧化等使接触电阻变化很大。在使用或安装中,已因外力破坏致部分熔片折断或受伤,内部电阻增大,成为熔断器的薄弱点,熔断器整体性能下降,导致越级动作,使全站失压预防方法太复杂 有运行经验的基层单位在现场运行规程中,明确规定:当熔断器受到短
13、路电流冲击后应进行检查或更换,以及运行中应定期进行检查。(往往不可能实现)当直流电源系统出现短路故障时,要求断路器能迅速、准确、可靠地将故障区从系统中切除、使故障区域缩小到最小范围,要求断路器即不能拒动、也不能误动、更不能越级动作。电弧的产生 电弧是一种气体放电的特殊形式。产生电弧的条件是电路内的电流和电压必须大于某一最小起弧电流和最小起弧电压。电弧的产生是由于气体的游离。游离的原因有热发射、冷发射、碰撞游离和热游离电弧的熄灭 电弧的熄灭是由于气体的消游离,而消游离主要是复合和扩散的作用。1、复合就是异性离子互相结合而中和。中和+离子-离子2、扩散就是电弧表面的离子扩散到周围冷介质中去。电弧的
14、熄灭是在消游离的速度超过游离时才能实现。因此,从电的方面来说,要求介质恢复速度(即空气中恢复成中性分子的速度)大于触头两端的电压恢复速度,使电弧不致于因发热形成的热发射和热游离而复燃。在热的方面要使散热速度大于发热速度,使电弧不致因热发射和热游离而复燃。1、依靠触头的迅速分开,在交流电流自然过零时灭弧;2、利用导体回路电动力使电弧迅速移动和拉长;3、采用金属栅片造成许多串联的短弧;4、将电弧拉入灭弧室,利用栅片将其冷却以增大电弧电阻。直流电弧稳定燃烧的条件是输入弧隙的能量等于因冷却而输出的能量,电弧处于能量平衡状态。而弧隙中是游离和消游离处于动态平衡。要使直流电弧熄灭,必须使弧隙内的消游离速度
15、超过游离速度。直流电弧熄灭常采取的途径:1、拉长电弧 使电弧伏安特性向上移,也即电弧拉长,使要维持电弧燃烧所需的电弧电压增大,如电弧电压超过外施电压,则电弧就可熄灭。2、强冷电弧 直流电弧稳定燃烧,电弧功率几乎全部转变为热功率,通过传导,辐射和对流,将热功率散失到周围介质中。要使电弧熄灭,应该人为加强传导、辐射和对流(或磁吹)等三种散热的强度,使消游离速度超过游离速度。交流断路器与直流断路器灭弧措施比较交流断路器与直流断路器灭弧措施比较1、直流电弧的熄灭的方式:直流电弧熄灭的方式与电路的工作条件、电流和电压的大小有关。直流电弧熄灭的方式有两种:一是自然灭弧;二是强制灭弧。自然灭弧是靠电器本身的
16、机械力或电弧电流本身的电磁力把电弧拉长或移动而使电弧熄灭;电弧熄灭时的时间长度与电流有关,而与拉长的速度无关。强制灭弧主要措施是运用外加磁场,以加强电弧的运动速度,简称磁吹。微型直流断路器在应用磁吹外,还用窄缝和灭弧栅式灭弧室等,以更好地限制和熄灭电弧和弧焰。GM100GMB32 直流断路器最难分断直流电弧是临界直流电弧,(如在日常中我们经常遇到,DC220V-1A的小电流,不用直流开关很难分开)、(IEC规定从4倍的额定电流开始,以50%的递减做分断试验,至3%的额定电流值,要求每次的分断时间不大于额定电流分断时间的2倍以上)因电弧电流本身的电磁力很小,主要靠机械力,所以,一个优异的灭弧室高
17、度至关重要,人民电器厂设计的具有专利的灭弧系统,解决了塑壳断路器的直流灭弧难题。GM32MGMN20R 窄缝交叉式铁灭弧栅片是人民厂的又一创新:应用平行板电极间电弧的熄灭原理,制成了铁栅片灭弧装置。我厂的直流断路器是铁片镀铜后再镀镍制成,在这种工艺下,电弧的运动的轨迹是将电弧拉到灭弧栅,先偏向片的边缘,沿交叉的窄缝边缘向前拉长,此时电弧电流所产生的磁力线,将电弧包围在内,在铁片上,电弧的作用力使电弧靠近铁片中间。这样,促使了电弧迅速运动,起到拉长和强制冷却作用。灭弧栅片绝缘的作用限制了弧柱直径,强制电弧向前方出气口喷射,提高了电压梯度,电弧运动速度加大(消游离速度加大),使燃弧时间缩短,弧室的
18、内壁损失少。铁灭弧栅片窄缝式灭弧室+灭弧栅片绝缘+VJC原理 不加绝缘的铁灭弧栅片(交流灭弧室),在分断直流电弧时,具有稳定燃烧条件,因为铁灭弧栅片的后部份与动触头的距离最近,而且铁栅片的左右没有出气口,在电弧功率转变为热功率后,很难通过辐射和对流将热功率散失到周围介质中,电弧处于能量平衡状态,输入弧隙的能量等于因冷却而输出的能量。这就是交流灭弧室应用到直流故障电流分断时,会烧毁灭弧室的原因之一。直流断路器GM100俯视图红色隔片为人民厂独有的直流灭弧室绝缘隔片 利用触点包容物产生的惰性气体,增大电弧电阻。同时,惰性气体的压力可以加速电弧的运动速度。利用惰性气体的压强加速触头的分离。GM100
19、直流灭弧室剖面图GM100交流灭弧室剖面图LGABB标牌标识 上面标注先是AC-400V,下面标注是DC-250V,应该判定为交流断路器,或交直流两用断路器。生产厂家在生产断路器时,因其是交流为主保护、所以出厂试验时以交流电流去试验断路器的过载和短路保护特性。所以交直流两用断路器还是交流断路器梅兰日兰1、油阻尼液压式:交流、交直流两用断路器过载脱扣器动作特性不准确。2、交流、交直流两用断路器短路瞬时脱扣器动作特性不准确。3、交流灭弧室灭弧能力差、容易烧毁。油阻尼液压式 热动电磁式双 金属片磁轭1、断路器过载短路保护脱扣器形式分为:2、油阻尼液压式断路器保护特性不准确:a)延时过载脱扣器:油阻尼
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