高壓直流供電-直流斷路器應(yīng)用1.9講課稿

高壓直流供電-直流斷路器應(yīng)用1.9直流斷路器的應(yīng)用領(lǐng)域電力行業(yè)發(fā)電廠直流屏：火電、核電、太陽(yáng)能變電站直流屏冶金鋼鐵二次側(cè)直流屏直流電機(jī)港口船舶港口大型直流電機(jī)船用推進(jìn)電機(jī)設(shè)備電信行業(yè)直流配電屏直流蓄電池鐵路系統(tǒng)車廂用電直流產(chǎn)品在電信領(lǐng)域的應(yīng)用目前，直流斷路器在直流系統(tǒng)中的應(yīng)用得到了電信行業(yè)，如杭州，廣州，北京等城市的廣泛關(guān)注。

杭州移動(dòng)樞紐樓項(xiàng)目，采用NW10HDC，代替原來(lái)的熔斷器作為直流配電屏直流蓄電池保護(hù)優(yōu)點(diǎn)（與熔斷器相比）：準(zhǔn)確執(zhí)行保護(hù)，保護(hù)值可調(diào)供電連續(xù)性，迅速恢復(fù)供電方便隔離檢修，帶負(fù)載分?jǐn)噙h(yuǎn)程操作，多種觸點(diǎn)指示機(jī)車車廂中，多種用電設(shè)備少量交流電源插座、空調(diào)回路大量直流用電系統(tǒng)3個(gè)塑殼斷路器20多個(gè)微型斷路器直流用電優(yōu)勢(shì)電源穩(wěn)定干擾較小直流產(chǎn)品在機(jī)車領(lǐng)域的應(yīng)用直流配電網(wǎng)一般結(jié)構(gòu)為關(guān)鍵負(fù)荷供電，系統(tǒng)救生艇UPS電池回路機(jī)架電源回路操作、信號(hào)直流電源屏可靠性

要求更高，持續(xù)供電

安全性運(yùn)行安全操作安全維護(hù)安全直流低壓配電網(wǎng)分析直流系統(tǒng)的特點(diǎn)直流電流特性：電流持續(xù)固定，無(wú)周期變化直流分?jǐn)嗉皽缁±щy，難于交流互感器很難感應(yīng)變化，斷路器設(shè)計(jì)獨(dú)特直流對(duì)線圈、熱繼等動(dòng)作特性不同于交流直流配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，保護(hù)設(shè)置不同于交流系統(tǒng)采用IT系統(tǒng)采用絕緣檢測(cè)裝置大電流回路不要求過(guò)載保護(hù)根據(jù)DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓供控制符合的直流系統(tǒng)：DC110V。供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)：DC220V。控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)：220V或110V。當(dāng)采用弱電控制或弱電信號(hào)接線：采用48V及以下。在正常運(yùn)行情況下，直流母線電壓應(yīng)為直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的105％。(115.5/231)在均衡充電運(yùn)行情況下，直流母線電壓應(yīng)滿足如下要求：專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的110％；(121)專供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的112.5％；(247.5)對(duì)控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的110％。

直流斷路器的額定電壓應(yīng)大于或等于回路的最高工作電壓直流系統(tǒng)電壓的規(guī)定二次放電法：將蓄電池充滿，以I1=4I10～6I10的電流放電20秒，測(cè)量電壓U1斷開(kāi)回路，靜置2～5分鐘，以I2=20I10～40I10的電流放電5秒，測(cè)量電壓U2蓄電池內(nèi)阻為：Rb=(U1－

U2)/（I2－

I1）蓄電池端子短路電流為：Ibk=(U1I2－U2I1)/(U1－

U2)

估算法：或根據(jù)電池額定容量（C-安時(shí)）的估算公式為：Isc=KC（單位:A），其中K為不大于20近似于10的系數(shù)直流系統(tǒng)電流的計(jì)算：蓄電池短路電流直流系統(tǒng)某一點(diǎn)的短路電流計(jì)算公式為：Isc=V/（Ri+Rl）+6In其中V為上述的開(kāi)路電壓Ri為上述電池組內(nèi)阻和Rl為故障回路的導(dǎo)體總電阻In為直接接于該點(diǎn)附近的直流電機(jī)滿載時(shí)的額定電流；當(dāng)沒(méi)有此直流電機(jī)時(shí)，式中In=0+-直流系統(tǒng)電流的計(jì)算：線路短路電流以一組500Ah直流電池組為例其開(kāi)路端口電壓為240V（110塊2.2V的電池串連）其內(nèi)阻為55毫歐其預(yù)期Ics=4.4kA直流系統(tǒng)電流的計(jì)算：短路電流計(jì)算舉例直流系統(tǒng)中的斷路器應(yīng)用直流低壓配電網(wǎng)分析直流系統(tǒng)中的斷路器應(yīng)用直流斷路器和熔斷器應(yīng)用比較交直流斷路器的差異及選型>應(yīng)大于或等于直流回路的最高工作電壓應(yīng)大于通過(guò)直流斷路器的最大預(yù)期短路電流直流斷路器的參數(shù)選擇直流斷路器的參數(shù)選擇：額定電流1類似于交流回路的斷路器選擇首先根據(jù)負(fù)載情況計(jì)算電流，然后確定直流微型斷路器的額定電流。斷路器的額定電流應(yīng)大于或等于負(fù)載正常工作的電流。以下列六種常見(jiàn)情況做簡(jiǎn)略說(shuō)明（來(lái)自DLT5044-2004）充電裝置的輸出回路直流電動(dòng)機(jī)回路斷路器的電磁操作機(jī)構(gòu)控制、保護(hù)和信號(hào)回路直流饋電柜的電源回路蓄電池組的出口回路充電裝置的輸出回路In>=Kk*ImIn：直流斷路器額定電流；Im：充電裝置的額定輸出電流；Kk：可靠系數(shù)，取1.2。直流電動(dòng)機(jī)回路In>=InMIn：直流斷路器額定電流；InM：電動(dòng)機(jī)額定電流；直流斷路器的參數(shù)選擇：額定電流2斷路器的電磁操作機(jī)構(gòu)In>=Kc2*Ic1In：直流斷路器額定電流；Kc2：配合系數(shù)，取0.3；Ic1：斷路器的電磁操作機(jī)構(gòu)的合閘電流。控制、保護(hù)和信號(hào)回路In>=Kc*（Icc+Icp+Ics）In：直流斷路器額定電流；Kc：同時(shí)系數(shù)，取0.8；Icc:控制負(fù)荷計(jì)算電流；Icp:保護(hù)符合計(jì)算電流；Ics:信號(hào)符合計(jì)算電流。直流斷路器的參數(shù)選擇：額定電流3直流饋電柜的電源回路In>=Kc*（Icc+Icp+Ics）In：直流斷路器額定電流；Kc：同時(shí)系數(shù)，取0.8；Icc:控制負(fù)荷計(jì)算電流；Icp:保護(hù)符合計(jì)算電流；Ics:信號(hào)符合計(jì)算電流。蓄電池組的出口回路In>=I1hIn：直流斷路器額定電流；I1h：蓄電池1小時(shí)放電率電流。直流斷路器的參數(shù)選擇：額定電流4短路電流計(jì)算的目的：選擇與校驗(yàn)電器設(shè)備（熱穩(wěn)定性與動(dòng)穩(wěn)定性）；繼電保護(hù)整定計(jì)算。斷路器分?jǐn)嗄芰Ρ仨毚笥谙到y(tǒng)最大短路電流值和系統(tǒng)電壓相關(guān)和電池內(nèi)阻、線路電阻相關(guān)分?jǐn)嗄芰?gt;Isc=V/（Ri+Rl）+6In和系統(tǒng)接地方式相關(guān)直流斷路器的參數(shù)選擇：分?jǐn)嗄芰?

不接地系統(tǒng)

(電源未接地)DL/T5044-20044.5.5：除有特殊要求的直流系統(tǒng)外，直流系統(tǒng)應(yīng)采用不接地方式。B故障:Isc最大；斷路器兩極都承受短路電流。A故障或C故障：對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有影響。A和C同時(shí)故障實(shí)際Isc<Isc最大值（存在接地阻抗）斷路器兩極都承受短路電流。最嚴(yán)重的情況：B故障斷路器選擇：每一極額定電壓下的分?jǐn)嗄芰Ρ仨毚笥谧畲蠖搪冯娏髦地?fù)荷直流斷路器的參數(shù)選擇：分?jǐn)嗄芰?直流系統(tǒng)中的斷路器應(yīng)用直流低壓配電網(wǎng)分析直流系統(tǒng)中的斷路器應(yīng)用直流斷路器和熔斷器應(yīng)用比較交直流斷路器的差異及選型>熔斷器限流性強(qiáng)、單極分?jǐn)?、價(jià)格低廉、更換麻煩

斷路器限流性較強(qiáng)、全極分?jǐn)?、價(jià)格較高、維護(hù)方便

斷路器和熔斷器使用概述熔斷器IEC標(biāo)準(zhǔn)，1.25In1小時(shí)內(nèi)不熔斷，1.6In1小時(shí)內(nèi)熔斷斷路器IEC標(biāo)準(zhǔn)，1.05In1小時(shí)內(nèi)不跳閘，1.25In1小時(shí)內(nèi)跳閘。相對(duì)來(lái)說(shuō)：斷路器動(dòng)作的精確度優(yōu)于熔斷器，在過(guò)載電流保護(hù)的選擇性內(nèi)具有選擇性優(yōu)勢(shì)——在短路電流保護(hù)中二者性能比較？直流系統(tǒng)中設(shè)計(jì)——過(guò)載選擇性直流系統(tǒng)中設(shè)計(jì)——短路選擇性普通斷路器：在大短路電流下失去選擇性斷路器進(jìn)入瞬動(dòng)區(qū)間沒(méi)有任何延時(shí)直接脫扣影響到上級(jí)和臨近回路可靠工作NSX斷路器：在大短路電流下保持選擇性斷路器進(jìn)入瞬動(dòng)區(qū)間利用能量脫扣保證選擇性上級(jí)和臨近回路可靠工作NSX短路選擇性實(shí)現(xiàn)原理：利用能量脫扣技術(shù)小容量斷路器內(nèi)部的彈簧壓力和斥力敏感度高于大容量斷路器，在同樣電流情況下會(huì)首先動(dòng)作，保證了選擇性實(shí)現(xiàn)條件：上級(jí)斷路器殼架電流大于下級(jí)斷路器一定比例：可以參考施耐德選擇性表格直流系統(tǒng)中設(shè)計(jì)——短路選擇性熔斷器可以實(shí)現(xiàn)完全選擇性；NSX斷路器可以實(shí)現(xiàn)完全選擇性；國(guó)網(wǎng)直流電源系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)5.3.2.6條：直流電源系統(tǒng)中應(yīng)防止同一條支路中熔斷器與空氣斷路器混用，尤其不應(yīng)在空氣斷路器的上級(jí)使用熔斷器。防止在回路故障時(shí)失去動(dòng)作選擇性。結(jié)論：在過(guò)載保護(hù)中，由于能設(shè)定不同的動(dòng)作定值并且精度更高，NSX斷路器具有比熔斷器更好的選擇性在短路保護(hù)中，NSX斷路器采用能量脫扣技術(shù)，能達(dá)到和熔斷器一致的短路完全選擇性同一支路中，不應(yīng)采用熔斷器和斷路器混用直流系統(tǒng)中設(shè)計(jì)——選擇性總結(jié)熔斷器體積較小，標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，但在容量變化時(shí)需要停電更換熔體，無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖等邏輯功能斷路器體積大于熔斷器，但NSX和NWDC斷路器尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，在容量調(diào)整中可以通過(guò)脫扣器整定不同過(guò)載定值，可以方便實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖等安全措施結(jié)論：系統(tǒng)安裝中，熔斷器體積更小，斷路器修改定值更方便，同時(shí)更方便實(shí)現(xiàn)機(jī)械聯(lián)鎖來(lái)保證安全直流系統(tǒng)的安裝——標(biāo)準(zhǔn)化尺寸和體積熔斷器：熔斷后必須更換熔體；無(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)等遙控功能；無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正帶電分合；熔斷器在在長(zhǎng)期電流波動(dòng)荷載和電動(dòng)力作用下，快熔經(jīng)冷熱周期性變化引起熔體金屬老化，最后導(dǎo)致快熔故障運(yùn)行，直至損壞。斷路器：動(dòng)作后可以直接閉合開(kāi)關(guān)；易于實(shí)現(xiàn)遙控；具有滅弧系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)帶電分合；斷路器長(zhǎng)期運(yùn)行中，其脫扣器曲線基本無(wú)變化，保證穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)論：在實(shí)際使用中，斷路器性能遠(yuǎn)優(yōu)于熔斷器直流系統(tǒng)的使用——更換熔絲Vs分合開(kāi)關(guān)熔斷器：無(wú)法保護(hù)電機(jī)過(guò)載；在出現(xiàn)短路情況下可能出現(xiàn)單相熔斷損壞電機(jī)；無(wú)法實(shí)現(xiàn)高級(jí)保護(hù)功能；能實(shí)現(xiàn)二類配合，但和接觸器動(dòng)作配合較差。斷路器：方便實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)載保護(hù)；在任何情況下三相同期分?jǐn)啵荒軌驅(qū)崿F(xiàn)缺相、堵轉(zhuǎn)、長(zhǎng)啟動(dòng)等保護(hù)功能；能夠和接觸器良好配合，實(shí)現(xiàn)過(guò)載前動(dòng)作接觸器。結(jié)論：在電機(jī)保護(hù)中，斷路器性能優(yōu)于熔斷器，能夠全面保護(hù)電動(dòng)機(jī)避免損壞。直流系統(tǒng)的使用——直流電機(jī)的保護(hù)熔斷器：熔斷后必須需要經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷故障類型，易引發(fā)二次故障；帶電更換熔體不安全；難以判斷熔體運(yùn)行狀態(tài)；使用壽命較短斷路器：動(dòng)作后有明確指示，方便判斷故障類型，避免二次故障；可帶電分合斷路器；斷路器具有觸頭磨損指示，方便判斷斷路器運(yùn)行狀態(tài)；使用壽命平均萬(wàn)次以上結(jié)論：系統(tǒng)維護(hù)中，斷路器更加具有提高系統(tǒng)可用性的優(yōu)勢(shì)，便于故障處理和恢復(fù)，使用壽命遠(yuǎn)高于熔斷器。直流系統(tǒng)的維護(hù)——故障判斷和使用壽命熔斷器：容量變化停電更換熔體，不改變安裝尺寸；無(wú)法增加通信、邏輯、測(cè)量和保護(hù)功能斷路器：脫扣器可調(diào)，能夠適應(yīng)小范圍容量變化；本體和脫扣器獨(dú)立，可增加各種保護(hù)功能，可擴(kuò)展通信、測(cè)量、邏輯聯(lián)鎖等功能。結(jié)論：配電系統(tǒng)升級(jí)上，斷路器具有更好的彈性和可拓展性，滿足先進(jìn)配電系統(tǒng)要求。直流系統(tǒng)的升級(jí)——容量變化和性能提升斷路器和熔斷器差異總結(jié)直流系統(tǒng)中的斷路器應(yīng)用直流低壓配電網(wǎng)分析直流系統(tǒng)中的斷路器應(yīng)用直流斷路器和熔斷器應(yīng)用比較交直流斷路器的差異及選型>直流斷路器特點(diǎn)——本體直流比交流系統(tǒng)滅弧更加困難，要求直流斷路器必須有先進(jìn)的滅弧和分?jǐn)嘞到y(tǒng)。直流電弧具有非常強(qiáng)的方向性特點(diǎn)，要求直流斷路器必須有對(duì)稱的分?jǐn)嘟Y(jié)構(gòu)，滿足直流電弧滅弧需要。優(yōu)異的限流性能，滿足直流系統(tǒng)電纜、設(shè)備保護(hù)的需求。E37953直流斷路器的特點(diǎn)——本體全絕緣結(jié)構(gòu)，避免串弧危險(xiǎn)附件，脫扣器和分?jǐn)鄦卧嗷ソ^緣前面板二類絕緣特殊的滅弧和分段設(shè)計(jì)靜觸頭分?jǐn)鄦卧鈿缁鸥叻肿泳酆衔飫?dòng)觸頭磁隔離單元靜觸頭動(dòng)觸頭彈簧雙旋轉(zhuǎn)分?jǐn)嘞到y(tǒng)——最重要的專利技術(shù)上下雙重滅弧系統(tǒng)雙斷點(diǎn)旋轉(zhuǎn)分?jǐn)唷|點(diǎn)電弧能量降低一半上下進(jìn)線同時(shí)對(duì)稱滅弧更適于直流分?jǐn)嗪蜏缁?！直流斷路器的特點(diǎn)——本體直流能量脫扣裝置保證在出現(xiàn)大短路電流故障時(shí)，最迅速的脫扣NSXDC專為直流分?jǐn)嘣O(shè)計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直流觸頭系統(tǒng)更強(qiáng)耐磨材料更強(qiáng)耐熔材料保證在直流系統(tǒng)中，最可靠的分?jǐn)郚WDC專為直流分?jǐn)嘣O(shè)計(jì)的滅弧室NWDC轉(zhuǎn)為直流滅弧設(shè)計(jì)的滅弧室：滅弧室的內(nèi)部空間更大，將電弧拉大拉長(zhǎng)更多的金屬柵片，將電弧分割成更多串聯(lián)的短弧更特殊的耐弧絕緣材料，加強(qiáng)冷卻與去游離

專為直流電流分?jǐn)喽O(shè)計(jì)，能輕松熄滅最大直流電流分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生的電弧，安全距離為零直流系統(tǒng)對(duì)斷路器要求——脫扣器要求：IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，熱磁脫扣器的熱保護(hù)脫扣精度為＋20%～－20%，TM脫扣單元應(yīng)用在交流系統(tǒng)中，符合IEC的標(biāo)準(zhǔn)，脫扣精度在要求的精度范圍之內(nèi)。當(dāng)TM脫扣單元用于DC系統(tǒng)時(shí)，由于直流和交流系統(tǒng)的物理差異原因，脫扣精度會(huì)有誤差，誤差范圍在交流的基礎(chǔ)之上波動(dòng)－10％，即誤差范圍在－30％～＋10％之間，這樣，嚴(yán)格意義上講，不符合IEC的標(biāo)準(zhǔn)。所以，一般情況下，不允許熱磁脫扣器出現(xiàn)交直流通用情況，應(yīng)該選擇直流專用脫扣器。直流斷路器的特點(diǎn)——脫扣器專為直流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，避免誤脫扣造成的損失NSX100～250DC脫扣器類型——熱磁型熱脫扣值可調(diào)：0.8~1×In磁脫扣值200A以下固定：260～1250A200A及以上可調(diào)：5~10×In直流斷路器的特點(diǎn)——脫扣器專為直流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，避免誤脫扣造成的損失NW1000～4000A

DC框架開(kāi)關(guān)MicrologicDC1.0電子脫扣器只有瞬時(shí)電流保護(hù)3種設(shè)定值的互感器-1250to2500A-2500to5400A-5000to11000A兩極上有瞬動(dòng)設(shè)置撥鈕-兩極的設(shè)置值都應(yīng)相同-每極上都有5個(gè)設(shè)置值-10%精確度直流斷路器的特點(diǎn)——脫扣器交直流斷路器通用的危害難以熄滅電弧，可能導(dǎo)致斷路器直流串弧，引起斷路器爆炸、損壞；大幅降低斷路器本體壽命，降低直流系統(tǒng)可靠性，損害配電系統(tǒng)安全性；引發(fā)斷路器動(dòng)作曲線失常，使直流裝置出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)、越級(jí)跳閘等故障，危害系統(tǒng)可用性；交直流斷路器選型的差異系統(tǒng)極數(shù)和斷路器極數(shù)不等。——系統(tǒng)只有+和-極，斷路器（MCCB或ACB）一般都為3/4極；斷路器極間可串聯(lián)，滿足電壓和分?jǐn)嗄芰Φ囊蟆鶕?jù)不同的系統(tǒng)電壓和分?jǐn)嗄芰σ?，選擇不同串接方式；——多極串接有利于多斷點(diǎn)分擔(dān)電壓和電弧，提高工作電壓能力和分?jǐn)嗄芰?；——要求：斷路器觸頭同期分?jǐn)?斷路器分?jǐn)嘟Y(jié)構(gòu)對(duì)稱脫扣器保護(hù)功能較為簡(jiǎn)單，熱磁或磁脫扣，無(wú)電子脫扣器直流系統(tǒng)對(duì)斷路器要求——直流專用直流系統(tǒng)是救生艇，要求有更高的穩(wěn)定性和持續(xù)運(yùn)行能力直流分?jǐn)嗪捅Ｗo(hù)相對(duì)于交流，難度更高，要求有更加合適的保護(hù)和分?jǐn)嘌b置參考標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)網(wǎng)直流標(biāo)準(zhǔn)5.3.2.2：直流回路中嚴(yán)禁使用交流空氣斷路器。條文解釋：由于交流電弧與直流電弧具有不同的滅弧機(jī)理，決定了交流和直流真空斷路器的滅弧室具有根本的差異，交流空氣斷路器不具備熄滅直流短路電弧的能力。因此，直流回路中嚴(yán)禁使用交流空氣斷路器。目前市場(chǎng)上的交直流兩用斷路器質(zhì)量差異較大，應(yīng)慎重選用！——結(jié)論：應(yīng)該選擇直流專用斷路器滿足直流系統(tǒng)要求高壓直流應(yīng)用總結(jié)高壓直流可行性不存在問(wèn)題，國(guó)標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)此有專門(mén)說(shuō)明和規(guī)范。在電廠、變電站、軌道交通等行業(yè)中，高壓直流已經(jīng)得到大范圍應(yīng)用。國(guó)標(biāo)DTL/5044；國(guó)家電網(wǎng)直流電源系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...；1.系統(tǒng)應(yīng)采用直流斷路器進(jìn)行保護(hù)，以保證操作、維護(hù)安全；2.直流斷路器間應(yīng)具有完全選擇性配合，以避免故障越級(jí)脫扣；3.系統(tǒng)應(yīng)采用直流專用斷路器，慎用交流斷路器及交直流混用斷路器，避免斷路器誤動(dòng)、損壞，以提升系統(tǒng)可用性

。直流專用斷路器選型舉例塑殼式斷路器NSXDC（尺寸和NSXAC一致，兩種脫扣器）額定電流In=100～630A；額定工作電壓Ue=750V；Icu＝100％Ics：100kA；框架式斷路器NWDC（抽屜式尺寸和MTAC抽屜式相同；固定式比MTAC固定式厚30mm）額定電流：1000～4000A；額定工作電壓：Ue=900V；Icu＝100％Ics：N-85kA、H-100kA（時(shí)間常數(shù)<5ms）