直流断路器内部结构

󰀱󰀳 电工电气 (20󰀱6 No.󰀱2)设计与研究

基金项目：国家自然科学基金项目(51171057)；河北省高等学校创新团队领军人才培育计划(LJRC003)作者简介：管红立(1989- )，男，硕士研究生，研究方向为中低压配电系统继电保护。中压直流断路器内部电弧特征分析与模型验证

管红立，邹尊强，崔晓静，王启龙(河北工业大学 电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，天津 300130)摘 要：基于Cassie和Schwarz电弧模型，借助Matlab/Simulink平台，对中压直流断路器内部电弧特性进行仿真分析。采用参数扫描策略研究了每种模型的电弧电压、电流的瞬态响应，确定了模型中每个参数对输出结果的影响。通过对比仿真和实测结果，验证了Schwarz电弧模型的正确性，适用于中压直流断路器电弧研究。关键词：直流断路器；直流电弧；Cassie模型；Schwarz模型；中压直流系统中图分类号：TM561；TM864 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2016)12-0013-05

Abstract: Based on Cassie and Schwarz arc models, with the help of Simulink platform in Matlab, this paper carried out simulation analysis for the arc characteristics inside medium voltage direct current circuit breakers. The parameter scanning strategy was used to research on the transient response of arc voltage and current for each model, so as to determine the impacts of each parameter in the model on the output result. Via comparing the simulation results with the experimental results, the correctness of Schwarz arc model is verified, which is suitable for the research of medium voltage direct current circuit breakers arc. Key words: direct current circuit breaker; direct current arc; Cassie model; Schwarz model; medium voltage direct current systemGUAN Hong-li, ZOU Zun-qiang, CUI Xiao-jing, WANG Qi-long（Province-Ministry Joint Key Laboratory of Electromagnetic Field and Electrical Apparatus Reliability, Hebei University of Technology, Tianjin 󰀳00󰀱󰀳0, China）Analysis and Model Validation of Arc Characteristics InsideMedium Voltage Direct Current Circuit Breaker

框架式断路器内部结构

断路器是工业电力系统中常用的电气设备，用于切断或接通电路中的电流，以保护电路和负载。框架式断路器是其中一种常见的类型，下面就其内部结构进行介绍。

框架式断路器内部结构主要包括三个部分：中框、弹簧机构和触头系统。

中框是框架式断路器的主体结构，由铸铝合金制成。它分为上下两部分，中间通过螺栓连接。中框的主要作用是支撑和固定断路器的各个部件，还起着隔离电弧、阻挡电磁干扰等作用。在中框内部还设置了绝缘板，其内部充填着高压气体如六氟化硫（SF6），以保证断路器的绝缘性能。

弹簧机构是断路器中的重要部分，它用于控制断路器的开、合动作。断路器分带直流和带交流两种类型，所以弹簧机构也分为直流和交流两种。在断路器合闸过程中，弹簧压缩能量储存，断路器在断开电路的时候，弹簧释放能量使得机构运动实现断路器的脱扣。弹簧机构在维护过程中，需要定期测量弹簧的压力、位移、弹性系数等指标，以保证其正常工作。

触头系统是断路器内部的另一重要部分，它用于接触和隔离电路中的电流。触头系统一般分为静触头和动触头两部分。静触头通常固定在中框上，其主要作用是支撑动触头和传输电流。动触头则控制其相对于静触头的移动，保证断路器在切断电流的同时，不产生电弧。在断路器使用过程中，触头系统需要进行润滑、清洁和紧固等维护工作，保证其正常工作。

总之，框架式断路器内部的结构复杂，由中框、弹簧机构和触头系统组成。它们相互配合，形成了切断、接通电路的动作机制，保护电路和负载的安全稳定运行。在实际使用中需要进行定期维护，以保障设备的正常工作。

空气断路器的内部结构介绍

空气开关也就是断路器，在电路中作接通、分断和承载额定工作电流，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护。断路器的动、静触头及触杆设计成平行状，利用短路产生的电动斥力使动、静触头断开，分断能力高，限流特性强。

．短路时，静触头周围的芳香族绝缘物气化，起冷却灭弧作用，飞弧距离为零。断路器的灭弧室采用金属栅片结构，触头系统具有斥力限流机构，因此，断路器具有很高的分断能力和限流能力。

．具有复式脱扣器。反时限动作是双金属片受热弯曲使脱扣器动作，瞬时动作是铁芯街铁机构带动脱扣器动作。脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。.

空气开关内部比较精密，原理却甚为简单。它在入线和出线间串了个10几20圈的电感，电流足够时吸合带动机械杠杆而动作保护。比较安全又不用换保险，是很好的推荐。

自动空气开关也称为低压断路器，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。

自动空气开关具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。

结构和工作原理

自动空气开关由操作机构、触点、保护装置(各种脱扣器)、灭弧系统等组成。自动空气开关工作原理图如

自动空气开关的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。

直流汇流箱内部结构组成及工作原理分析

直流汇流箱也叫直流接线箱，小型太阳能光伏发电系统一般不用直流接线箱，电池组件的输出线就直接接到了控制器的输入端子上。直流接线箱主要是在中、大型太阳能光伏发电系统中，用于把太阳能电池组件方阵的多路输出电缆集中输入、分组连接，不仅使连线井然有序，而且便于分组检查、维护，当太阳能电池方阵局部发生故障时，可以局部分离检修，不影响整体发电系统的连续工作。

图5-10是单路直流接线箱内部基本电路，图5-11所示的是多路直流接线箱的内部基本电路，它们由分路开关、主开关、避雷防雷器件、接线端子等构成，同时该汇流箱还具有电流检测模块，用于检测汇流箱每路输入电流情况，便于每路光伏阵列是否正常工作的判断依据。

V避雷器浪涌电压抑制器保险光伏输入光伏输出S

图5-10单路输入直流接线箱内部电路图

直流接线箱一般由逆变器生产厂家或专业厂家生产并提供成型产品。选用时主要考虑根据光伏方阵的输出路数、最大工作电流和最大输出功率等参数进行选择。当没有成型产品提供或成品不符合系统要求时，就要根据实际需要自己设计制作了。 -电流检测板直流输出+接地电池串列1 (+)高压熔丝+-防雷器直流断路器电池串列2 (+)电池串列3 (+)电池串列6 (+)电池串列5 (+)电池串列4 (+)电池串列10 (+)电池串列11 (+)电池串列12 (+)电池串列9 (+)电池串列8 (+)电池串列7 (+)电池串列7 (-)电池串列8 (-)电池串列9 (-)电池串列12 (-)电池串列11 (-)电池串列10 (-)电池串列4 (-)电池串列5 (-)电池串列6 (+)电池串列3 (-)电池串列2 (-)电池串列1 (-)电池串列13 (+)电池串列16 (+)电池串列15 (+)电池串列14 (+)电池串列14 (-)电池串列15 (-)电池串列16 (-)电池串列13 (-)DC30VRS485A1B1V1+V1-接电源通讯箱RS485DC30VB2A2V2+V2-接另1个汇流箱