直流快速断路器故障和熄弧的关系.docx
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直流快速断路器故障和熄弧的关系
直流快速断路器故障和熄弧的关系
①
%f}
一
;直流快速断路器故障和熄弧的关系
(113008)抚顺矿务局供电部型堕/',7
摘要结台运行实际叙述了故障发生的理象,短路电流与时间的非线性关系'灭
弧摩结构对熄弧的作用,提出宫式弧室是熄弧的发展方向.
叙词:
直流快遮断路器'故障,l灭弧
———,一●——
一
概述
通过多年的实际运行经验来看.断路器
分断短路电流所产生的电弧是烧损触头,灭
弧室及其它部件的主要原因.因此,断路器
的主要技术性能也就突出地表现在熄弧能力
的好坏.
我们单位的南大街牵引变电所的直流配
电线3,7号,原装设DS弘.30/15型直流
快速断路器,担负露天煤矿电机车牵BI供
电.由于担负的区间大,过载和短路的机遇
多,对常烧掼快速断路器和问隔铁构等.为
了解决这个问题,我们于1987年5爿14日
引进了上海电器科学研究所和上海立新电器
厂研制的DS14-63/15型直流快速断路
器,经过半年的试运行和以后的正式运行考
验,运行状况大有好转.为了从中找出一点
有益的东西,我们对DS7-30/15和Dsl4
__63/t5型两种直流快速断路器熄弧方面的
情况谈一下见解.
为避免本文篇幅过长,对某些技术参数
的计算本文不作叙述,直接I用计算结果.
二,直流短路电流值过渡
状态计算.
I.短路电流稳态值计算
现1陧设三个不同短路点进行计算.
(t)距离变电所lkm短路时
.==8421A
式中U——直流额定负载电压
低压电龉【1993№2)
R一整流机蛆,母线,配电线路
一电阻的总和,计算结果为
0.19Q
(2)距离变电所0.m短路时
=主16000A
式中0——计算结果为0.1Q
(3)配电线出IZI短路时
==:
121396A
dk丽丽
式中Rt一整流机组母线排电诅总
和,计算结果为00.1318~
2.短路电流过渡过程计算
由于整l流机组,母线排和配电线路中总
有电感L存在当发生短路时电流的变化
率很大,将产生一个与电源电动势相反的感
一应电动势,阻止短路电流的突变因此,短
路电流不能立即这到稳态值但随着时问的
延续,短路电流很快由暂态向稳态过渡,达
到很大的稳态值.
短路电流的过渡变化值由下式计算:
U.
.=—(卜)
式中u——直流额定负载电压
R—_电阻,包括整流机组,母线
排及配电线路的电阻总和
L一电感,包括整流机组,母线
排及配电线路的电感总和
/-——时问,S
按表1中的技术数据代人上式进行计
算,得Hj与,韵曲线网(网I).
3
裹1.技术数据计算结果
数据lkm0.5kin配电线出口
v)1600l600l600
R(0.19000Ol(3OOO0Ol3lB
Ia)00030000.0023500.001625
f(s)000l~0.100000l~0l000.00l~0.100
图1与r关系曲线
1.距离变电所lkm处短路
2.距离变电所0.5km处短路
3配电线出口垃短路
三,快速断路器分断速度与
过渡电流的配合关系
的大小取决于断路器分断速度的快慢.速度
越快分断的短路电流越小.
1.快速断路器分断短路电流的全部时
间组成
快速断路器分断短路电流的全部时间分
为三个阶段,即:
fl-Ef2+f3
式中f~从短路开始达到断路器分断
整定值(3000A)所需时间,
与断路器性能无关,与短路
距离及电流变化率有关,它
是一个变量
一
断路器本身固有分断时间
即从达到分断整定值到弧触
头刚分开的时间,与断路器
结构有关
b~肽触头刚分开到电弧完全熄
灭的时间,与断路器熄弧能
力有关
王快速断路器的分断时问和电流的
关系
由于短路地点不同,分断的时间和电流
也不同,根据T=fl+2+t3,把查找对应结
由图l可见,快速断路器分断短路电流果列入表2
表2分断电流与时间关系表
lkm短路时o'3km斌路时配电线出口短路时
型号项目
t)t2fIl3t1f2f3
数值0.0070.0050.03O00420.005000500300.0400.003O.005O0300038
DS7—数值查产查l产查产查产查产查产
30/l5来潦查图l品说品说查图1品说品说查围1品说品说
明书明书明书明书明书明书
分断按T=0042s查图r按T:
0040s盔图1按=0.038s查图I
电流I=7800A5l3120A女33000A
数值0.00700l0'00300.0470.00500100.0300045~.ooa0.0100.030O.043
DSl4—查圈1分析查产分析在产查产
品说查图1品说查图1分析品说
63{15估计估计估计明书明书明书
分断按T=0.047s查图l按T=0.045s查图1按T:
0038s查图1
电流如¨=8000A513600Ald35700A
注:
DS14为机械传动分甑,啦DS7型电磁分断要慢,舟析|占计诹t!
=0.1)ls
一
4一低压电粼19933~__2)
由表2中的快速断路器分断时间与电流
的对应关系可见,DS7-30/15型断路器在
同样的短路地点,而分断时间和电流都比
DS14-63/15型断路器小,那为什么DS7
-
30/15型比DS14-63/15型容易烧损
呢?
主要原因在于DSt4-63/15型灭孤室
的熄弧能力高于DS7-30/l5型灭弧室的
熄弧能力.
四,在灭弧室内实现熄弧是
防止烧损断路器的关键
所在
直流快速断路器的熄弧,基本上立足于
通过触头处的吹弧电磁铁把电弧吹入灭弧室
内,再由灭弧室内的电磁铁把电弧拉长冷
却.减轻热游离把电弧熄灭.在这方面
DS14-63/15型比DS7-30/15型直流快
速断路器要强得多
I.断路器灭弧室内能拉开的弧长
(1)DS7-30/15型快速断路器
圉2DS7-30/15型直流快速断路器灭孤室
1.畋弧线圈26,l0.弧角3.5,9电弧
4.灭甄室7.动触头8.静触头11.拉弧线圈
滚快速断路器灭弧室是采用纵向宽缝式
拉弧结构(图2).据有关资料介绍,灭弧
室的尺寸以能限制电弧的分布范围而定.由
予短路分断是一种非正常操作的分斯,为了
缩小灭弧室尺寸,允许分断电弧喷到灭弧室
外100N150ram熄灭;但额定分断是一种
正常操作的分断,一般将电孤限制在灭弧室
内熄灭.
根据图2给出的结构尺寸,可计算出灭
弧室内能拉开的弧长为
=×27+26x2=136.8cm-
(2)DSt4--63/15型快速断路器
'圉3Ds14--63/15型直流快速断路器灭弧室
ls进出线板2主动触头3.弧动触头4.主静
触头6.8弧角7.吹孤磁铁9.灭弧室
图4DS14-63/t5型直流快速断路器灭弧片
图5DS14-63/15型直流快速断路器灭弧室
结构及电弧拉长逾径
I.灭弧室2.电弧拉长遗径3.弧角4灭弧金属栅
片5.灭弧片石棉缀罩
DS14-63/15型快速断路器灭弧室是
采用迷宫式拉弧结构(图3,4,5),使电
弧形成曲折形增加拉弧长度.
根据图3,4,5中灭弧室结构尺寸,【f
计算出灭弧室内能拉开的电弧长度为:
S=(3.5×2+2)x36:
324cm
.
断路器在额定或短路电流分断时的
电弧长
不同电流分断时,电弧长度可根据下面
经验公式估算:
S:
K【jI,.3
式中——系数,=7x10',gm
一
和分断电流对应的电压,V
J一分断电流,A
把不同短路距离韵分断电流,电压及固
定系数代人该式运算,得出的结果列人
表3
lkm处05km处配电线出u型号数据额定分断
短路短路处短路
7x107×10-37x107xl0
数据取值州Ⅵ15781542i5O3lJ56
DS7—A1300078o0.I3120.3300o
30/15拉弧K(cna)l59.32I4.0248.I3045
室内拉弧K(cm)1368136.8136.8l368
超出室外弧长(cm)225772l【13l677
7×10—7×10,
7×1O7x107
数据取值,U[,n1578l54ll449l336
DS14—A130008Oo0l3600357O0
63/l5拉孤K(cna)1593215.725053079
室内拉孤长(cm)324324'324324
超出室外弧托(cna)一l647一lO83-73.5一l61
3.快速断路器故障原因分析
从直流快速断路器实际运行发生的故障
损坏情况来看,绝大多数烧损伴有变电所直
流接地棵护装置动作,多处有电弧烧损痕
迹,证明是电弧接地造成的.其基本原因是
灭弧室内拉弧长度不够,喷到灭弧室外电弧
过长而致,,现作一概要分析.
(1j对DS7-30/15型快速断路器的
故障分析'
参照表3分述如下:
①分断颠定电流时
分断额定电流3000A日扣拉弧长为
159.3em,,超出灭弧室外的弧长为225em,
构不成电弧接地,能正常分断运行.
②分断lkm距离短路电流时
分断短路电流为7800A,拉弧长为
一
6—
214cm,超dj灭弧室外弧K为77.2crn.此
时弧长已接近问隔与灭弧室的距离,有可能
造成电弧接地.一旦电弧接地,就等于
lkm短路转移到配电线出口短路,电
阻,电感减小,短路电流增大,由圜l可见
分断电流由7800A增到33000A,将造成整
流器4台主快速断路器越级分断(4台主快
速断路器额定分断电流是3000A/台X4台
一
12000A),在电弧持续时间上叉延续了
7'一tz+t3=0.o05+o.030=0.035s的分断时
间.
此时变电所装设的直流接地保护装置也
要发生接地动作和切断上级惭路器,但由于
受电流继电器固有动作时间002s,中间继
电器固有动作时间0.04s,加在一起0.06s
的限制,慢于整流器主快速断路器动作
低压屯器(J螂撇)
0.035s,所以越级分断是实际的,而直流接
地保护装置动作是电孤接地的表征.
当发生电弧接地以后.电弧与地直接连
线,电流不再与灭弧室内的拉弧线圈(图2
之1)构成回路,电弧将失去电磁力的控
制,无方向地漫延.此时的电弧电流量增
大,持续的时间延长,温度极高(6000~
7000~C),造成断路器机架绝缘瓷瓶,
触头,灭弧室板,二次控制回路间隔铁构
和网门等部位的烧损.所以短路距离在
lkm左右是比较危险的'
(虱分断0.5kin距离短路电流时
由表2可见此时的分断电流为I3120A,
既达到了该断路器的分断值,又达到了整流
器主快速断路器l的分断值(12000A),将直
接造成越级分断此时的分断电弧氏为
248.1cm,赳出灭弧室外的弧长为ll】.3cm
(表3),肯定造成电弧接地,此时最危险.
④分断配电线出口短路电流时
此种情况是极不易发生的,因出口处通
过绝缘套管,固定牢靠,不存在发生短路的
条件.只有其它处短路造成断路器分断电弧
接地,才能转移成此种短路.
(2)对DS14-63/15型快速断路器的
分析
由于DS14-63/15型快速断路器的灭
弧室采用了36片灭孤片(图4)形成迷宫
式拉弧结构,把电弧拉成曲折形(图5),
加大了拉弧长度.灭孤室内能拉开电弧长
324cm,超过了各点短路电流分断拉弧长度
●j
(表3).'所以电弧能在灭弧室内分断,不存
在电弧嚷到灭弧室外造成电弧接地的故障,
故不易引起快速断路器的烧损
五,结论
1.迷宫式灭弧室是发展方向
DS14-63/15型快速断路器之所以比
DS7-30/F5型快速断路器抗敌障能力强,
主要在于它的灭弧室内拉弧长度大,能防止
各点短路时电弧在灭弧室外的飞溅,避免电
弧接地的烧损,所以说迷宫式结构灭弧室是
今后发展方向.
2.灭弧室内的温度低
DS14-63/15型快速断路器,在触头
设计结构上采用了主触头和弧触头分开的结
构(图3之2,34).在合闸时弧触头先
接触,主触头后接触;在分闸时主触头先断
开,弧触头后断开,因此主触头在合,分时
不产生电弧烧损,始终保持良好的接触在
送电中绝大多数电流由主触头流通弧触头
只流过很小的电谎,发热较小,灭弧室内温
度和周围温度差不多,便于电孤的冷却,提
高熄弧速度.
3.节约电能
DS14-63/15型快速断路器采}}{r机
械联镇保持,取消了电磁保持电源,每台每
天节约直流电能l10V~0.5A~24h
=l320W?
h
收稿日姗f992年I1月16H
二二粤相大电流接触器试制成功
"I'B-12o0型自动碳弧气刨机由中船公司十一
所负责研制,是利用自动进路碳棒产生电弧进行金
属龟加工的设备,特别适用于焊接量大的金属加工
制造行韭诙设备于1992年12月15H在上海通
过专家鉴定.
该机需要的大电流接凫虫器由上海电器科学研究
所负责试制,这种要求体积,l,容量大和寿命高的
接触器交直流电压为75V.电流为1200A,吸引线
低压电aCx99~.2)
圈电压为交流220V.具有线路温度保护,电寿命
可迭ioo万戎,可频繁切断碳弧电流
该接触器经现场长期使用及工艺试验证明lJ『以
满足1200A直流电糍繁通断的使用要求1993年
要求小批量供货'同时该接触器可以满足点焊机等
设备要求.
(薛恩德供稿)
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