万能式自动空气断路器原理讲解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,船舶电站及其自动化系统,*,课 件,轮机工程学院船电系,船舶电站及其自动化系统,*,课 件,轮机工程学院船电系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,课题,7,船用万能式自动空气断路器,一、概述,1,自动开关分类,（又叫空气开关、断路器）分为：,塑料外壳式（装置式），用,D,Z,（,MCCB,）,表示，作分路或负荷开关；,框架式（万能式），用,D,W,表示（,ACB,）（陆用,DW10,为主，船用,DW,94,、,95,、,98,、,AH,等），作发电机主开关。,2,课题,7,船用万能式自动空气断路器,一、概述,2,船用万能式自动空气断路器,用途,A,开关作用,：,非频繁通断主电路,，也可以通过分励按钮进行远距离断电操作；,B,多种保护作用,：短路、过载和欠失压时自动切断主电路。,空气断路器,前排中：储能机构，上部,绿色为欠压脱扣器，蓝色为合闸线圈（合闸电磁铁），赭石色为分励脱扣器,前排右：电动机，上部,绿色部件为与欠压脱扣器联合使用的：欠压延时控制器。,后排断路器本体（导电机构，灭弧室，进出线排），上部浅灰色部分为二次接线端子。,前排左一：控制器,前排中：储能机构，上部,绿色为分励脱扣器，蓝色为合闸线圈（合闸电磁铁），赭石色为欠压脱扣器,前排右：电动机，上部,绿色部件为与欠压脱扣器联合使用的：欠压延时控制器。,后排断路器本体（导电机构，灭弧室，进出线排），上部浅灰色部分为二次接线端子。,空气断路器,3.,自动空气断路器型号含义,例如：,DW98-500/33,表示船用万能式低压断路器，额定电流,500A,，,3,极，复式脱扣保护。,DZ91-100/33,表示船用装置式低压断路器，额定电流,100A,，,3,极，复式脱扣保护。,断路器型号随着厂家的不同其含义及命名方法有所不同。,4.,自动空气断路器电气参数,1,）额定电压,额定电压是指在规定条件下，自动空气断路器在长期工作中能承受的最高电压。,额定电压一般在,690V,以下,2,）额定电流,额定电流是指在规定条件下，自动空气断路器在合闸位置允许长期通过的最大工作电流。,额定电流一般从几十安到,4000,安之间,3,）短路接通能力,当发生短路故障时，自动空气断路器能承受的最大短路电流值。,一般从几十千安到,150,千安,5,）机械寿命,自动空气断路器在需要修理或更换机械零件前所能承受的无载操作次数称为机械寿命。,6,）电寿命,在规定的正常工作条件下，自动空气断路器不需修理或更换零件情况下，带负荷操作的次数称为电寿命。,一般从几十千安到,100,千安,当发生短路故障时，自动空气断路器分断电流（或电弧）的能力,。,4,）短路分断能力,发电机主开关,11,触点系统、灭弧装置、自由脱扣机构、操作传动机构和保护元件（脱扣器）等,组成,。,二、空气断路器组成,二、空气断路器组成,断路器分为以下几个部分：,1,、触头导电部件,支承、绝缘作用，由于预期短路电流较大，电弧能量强等方面因素的影响，触头导电部分，被密封在一个腔体内,13,1,、触头导电部件,由,主触头（断先、通后），副触头，弧触头（带电弧通断：通先、断后）组成,，都起,通断主电路,的作用；,辅助触点通断控制电路,。,动作顺序是：在合闸时，先接通弧触头，然后接通预接触头，最后才是主触头；在分闸时，先断开主触头，然后是预接触头，最后才是弧触头,，电弧均产生在弧触头上，弧触头要采用耐电弧、抗熔焊的材料制成，如铜或铜钨合金；主触头要求采用良好的导电材料，如银钨合金；预接触头则采用紫铜材料。,二、空气断路器组成,14,、灭弧装置,采用,磁钢片制成的灭弧栅片,：其作用是,使电弧迅速熄灭，,以保护触头不被电弧灼伤或熔焊，提高开关的使用寿命和工作的可靠性。,1,）电弧,:,当用开关电器断开电流时，如果,电路电压不低于,1020,伏，电流不小于,80100mA,，电器的触头间便会产生电弧。,电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。如果电路中通有强电流，则当扳断开关的瞬时，在开关处将发生强大的火花，这种电火花容易转变为弧光放电，亦称电弧。,2,）灭弧室：在出现各种故障时，,动、静触头分断，触头之间产生强烈的电弧,。灭弧室内的,铁质栅片被磁化，产生吸力，把电弧引向灭弧室，将电弧分隔成短弧,，利用铁栅片对电弧的冷却，以提高电弧电阻和电弧电压，将电弧熄灭。,二、空气断路器组成,二、空气断路器组成,2,、储能操作机构,利用一系列复杂的机械机构，,拉伸一根大直径弹簧储能,，利用脱扣机构，将主弹簧,自拉伸位置解锁释放，进而执行合闸或者分闸的操作。,主弹簧，及相连接整合在一起的这些连杆，弹簧，称为,储能机构。,主弹簧的拉伸，一方面可以通过一个手柄，可以,人力完成。也可通过一个电机和相连的减速齿轮机构,，依靠电机为主拉簧储能，称为电操，储能电机。,三（四）极触头，均分别与储能机构相连接。,16,操作机构和自由脱扣机构,其作用是实现,操作手柄及电动合闸或电磁合闸装置和各种脱扣器对触头动作的控制,，并且要能够“自由脱扣”。所谓,“自由脱扣”,是指在主电路中出现故障电流时，不论操作手柄在什么位置，触头均能迅速分断电路。,二、空气断路器组成,2,、储能操作机构,二、空气断路器组成,2,、储能操作机构,主拉簧,空气断路器,断路器分为以下几个部分：,2,、储能操作机构,20,3.,脱扣器,空气断路器,分励脱扣器，合闸线圈，欠压脱扣器,架设在断路器储能机构的上方，透过一些杠杆机构，四两拨千斤的完成任务。,分励是远程断开,。,欠压是达不到电压时断开,合闸线圈，也叫合闸电磁铁。,在监控室用电机对机构储能之后，去现场摁下按钮，就是手动操作了，在机构上方装设一个电磁铁，全面实现自动化。就是,合闸线圈,。,电操（就是前面说的那个把主拉簧拉开的电机）以及分励、合闸线圈，合称为电合分。,订货时常说的,电合分电压,AC220V,（）过电流脱扣器,：按结构可分为,电子型和电磁型,两种。,它被用作发电机的短路和过载保护，,保护特性采用,过载长延时（包括定时限和反时限两种）、短路短延时及特大短路瞬时脱扣,的三段保护特性。,当短路故障和过载现象发生时，瞬时或经短延时或经长延时后接通电磁铁使过流脱扣器瞬时动作，开关自动跳闸。,反时限含义开关动作的时间和过载电流成反比关系。,（）失压脱扣器,：大多,用具有电压线圈的电磁铁,构成，远距离操作的失压脱扣按钮。,当线路电压低于规定的额定值时，由于电磁吸力的不足引起继电器释放，通过自由脱扣机构使开关自动跳闸。为避免电网瞬时波动产生误动作，可采用延时，延时时间一般为,1-3,秒。,失压脱扣器,保证在电压降到额定电压值的,40,或以下时必须动作，自动开关断开，而,在额定电压的,75,或以上时必须保证自动开关可靠合闸。,（,3,）分励脱扣器：,主要用于远距离控制自动开关的断开，当按下分励脱扣按钮时，继电器吸合，通过自由脱扣机构将自动开关断开。分励脱扣器为远距离控制断路器迅速断开电路用。,分励脱扣线圈要在,75,110,额定电压时能可靠断开自动开关。,船用万能式自动空气断路器大多采用按钮合闸操作，其内部实际合闸操作机构,不是电磁铁形式就是电动机形式,，但均要保留有手柄操作方式。,手柄操作合闸方式,一般只在检查和特殊情况下使用。,一般较大容量的开关是采用电合闸，以减少操作强度，并能满足自动控制和遥控操作的需要。,不论哪一种操作方式，,均要首先使贮能弹簧贮能，并使自由脱扣机构,“,再扣,”,，然后利用弹簧的贮能快速合闸，使合闸的时间与操作无关，仅与断路器内部机构有关。,目前万能式自动空气断路器，采用电磁铁合闸操作机构的合闸时间一般在,0.1s,左右，采用电动机合闸操作机构的合闸时间一般为,0.30.4s,左右。,拖轮实船发电机主开关,发电机的合、分闸操作以及过载、短路、欠压（失压）保护的动作均由,NS-250H TM250 3PFC +1+2+3,自动开关完成。,通过MCH对操作机构进行储能,或通过手动储能手柄运行7次进行手动储能前面板上有,合分闸按钮，操作断路器,也可通过,分、合线圈，电气控制断路器,施耐德,MT,空气断路器,Compact NSX,安装及操作方式,3种安装方式,固定式,插入式,抽出式,3,种操作方式,拨动手柄,直接旋转手柄、延伸旋转手柄,电动操作机构,(2,）全系列的电气附件及辅助装置：,电动操作机构（,MCH,）,欠压脱扣线圈（,MN,，,MNR,）,分励脱扣线圈（,MX,）,合闸线圈（,XF,）,辅助触点（,OF,，,SDE,，,PF,等）,电气合闸按钮,可用挂锁和,/,或钥匙锁锁定,施耐德,NSX,空气断路器,选型指南-配电保护,选型指南-配电保护,附件说明-内部附件安装位置说明,使用标准附件,100250,400630,开关,(OF),脱扣指示,(SD),故障显示,(SDE),接地故障显示,(SDV),欠压脱扣线圈,(MN),失压脱扣线圈,(MX),附件说明-内部附件安装位置说明,开关,(OF),脱扣指示,(SD),故障显示,(SDE),接地故障显示,(SDV),欠压脱扣线圈,(MN),失压脱扣线圈,(MX),附件说明-内部附件安装位置说明,开关,(OF),脱扣指示,(SD),故障显示,(SDE),接地故障显示,(SDV),欠压脱扣线圈,(MN),失压脱扣线圈,(MX),电动操作机构,Compact NSX,脱扣单元配合表,四、发电机主,开关的,维护,框架式自动空气断路器的抽出,框架式自动空气断路器的抽出位置,“,断开”位置,断路器有“连接”、“试验”和“断开”三个位置，面板上有断路器抽出位置指示。,“连接”位置,，是断路器正常工作位置，断路器固定部分与可抽出部分之间的主电路、控制电路连接器均处于连接状态。,“试验”位置，,断路器固定部分与可抽出部分之间的控制电路连接器处于连接状态，主电路连接器处于断开状态。控制电路接通，可试验合闸、分闸和各种脱扣等控制功能，合闸试验时，即使断路器触头闭合，也不会接通断开的主电路。,“断开”位置，,断路器固定部分与可抽出部分之间的主电路、控制电路等的连接器均处于断开状态，整个断路器完全无电，可安全地维护、保养、检修断路器。若把断路器从“断开”位继续沿轨道拉出，可把断路器从轨道移下，放置到比较方便的地方或车间维护、保养或检修。,36,四、发电机主,开关的,维护,联锁机构,断路器都设有联锁机构，可能包括：,合闸状态不能抽出断路器或不能插入抽出手柄，只有分闸状态才可抽出断路器或插入抽出手柄。,需根据说明书要求压下相应联锁杠杆才能开始抽出操作，否则不能插入抽出手柄或不能抽出断路器。,大部分断路器（一些早期产品除外），抽出或装复到某一个位置时联锁杠杆会自动复位，表示已到位。若需继续进行抽出或装复操作，需再一次压下相应的联锁杠杆。,某些型号的断路器，插入抽出手柄时，需按下面板上的“,TRIP”,按钮。,某些型号的断路器，在“连接”位有紧固螺丝固定。需先松开紧固螺丝才能开始抽出操作；检修完毕要把紧固螺丝紧固到位。,装复断路器，若未安装到“连接”位，机械联锁机构将使主开关不能合闸。,37,四、发电机主,开关的,维护,1,、自动空气开关在使用前应将,各电磁铁工作表面,(,如失压脱扣器电磁铁吸合面,),的防锈油漆或油脂擦净,，以免影响开关的动作值。,2,、操作机构在使用一段时间后,(,可考虑每季度或约,1/4,机械寿命一次,),，在,传动机构部分应加润滑油,(,小容量塑壳式断路器不需要,),。,3,、每隔一段时间,(,例如定期检修时,),，应清除落于断路器上的灰尘，以保证断路器绝缘良好。,4,、灭弧室在因短路分断后或较长时期使用后，应,清除灭弧室内壁和栅片上的金属颗粒和黑烟灰,。长期未使用的灭弧室,(,如配件,),，在需使用前应先烘一次，以保障良好的绝缘。,5,、开关触头使用一定次数后，如,触头表面发现有毛刺、金属颗粒等，应当予以清理以保证良好的接触,。只有当触头被磨损至原来厚度的,1/3,时，才考虑更换触头。,6,、定期检查各脱扣器的电流整定值和延时时间，特别是半导体脱扣器，应定期用试验按钮检查其动作情况。,38,五、自动空气断路器的故障判断与排除,面对故障，应先判断是断路器自身机械机构故障，还是断路器外部的控制电路故障，然后再进一步分析。,断路器自身的机械机构故障，往往是断路器内部螺丝松动,/,脱落、元件变形、断路器检修后装复不到位等所致，需要一边操作一边仔细观察。,断路器外部的控制电路故障比较简单，一般只要分析电路图即可排除，但也要考虑到断路器内部电路例如断路器的一些辅助触点等可能出现的故障。,寻找故障点的过程中可能需要合闸、分闸试验，所以最好把断路器拉出到“试验”位操作。,自动空气断路器的常见故障，主要有断路器不能储能、合不上闸、脱不开闸、误跳闸等。,39,五、自动空气断路器的故障判断与排除,发电机主开关为带电动操作装置的塑壳式开关。合闸失败：手动失败，原因是失压脱扣器故障或无电、控制模式在自动位、弹簧未储能（要手动储能）、锁扣装置上锁、内部机械故障；电动失败，可能是合闸线路故障、失压脱扣器或线圈故障、控制模式在手动位、弹簧储能装置故障、锁扣装置上锁、内部机械故障等。,回答中应指出相关部件的具体位置。,40,五、自动空气断路器的故障判断与排除,1,）自动空气断路器不能储能,船舶发电机的自动空气断路器有手动和电动两种合闸方式。通常采用电动合闸方式，但一般都还保留有手动合闸方式作为备用。,无论手动还是电动，都是利用储能弹簧释放的力量，在自由脱扣机构再扣时使自动空气断路器合闸，所以自动空气断路器合闸前必须先使储能弹簧储能。,故障排查与合闸方式有关：,电动机储能方式,电动机储能时，能明显听到电动机转动的声音，且断路器面板上有储能弹簧是否储能到位的指示。,若合闸完成后听不到电动机转动的声音，或断路器面板上储能指示不显示，就是主开关不储能。,可进一步检查用手动储能手柄是否可以储能：,若是，则故障点在控制电路；,若否，则故障点在储能机构。,41,五、自动空气断路器的故障判断与排除,1,）自动空气断路器不能储能,电磁铁储能方式,电磁铁合闸方式，无论合闸成功与否，均可听到弹簧力作用下储能、电磁铁合闸的较大声响。,若电动合闸时断路器无反应，则是电磁铁不储能、合闸，可进一步用手动合闸手柄操作，检查储能、合闸机械机构是否动作：,若是，则故障点在控制电路，可用万用表测量合闸信号是否到达断路器的相应接线端子来确认。若合闸信号到达断路器的接线端子，则可能是断路器内部控制电路故障。,若否，则故障点在机械机构，电动合闸时有时会听到合闸电磁铁稍微动作的声音。,42,五、自动空气断路器的故障判断与排除,2,）自动空气断路器合不上闸的故障判断及原因分析,若配电板有电，但空气开关合不上闸，则主要机电原因有：,空气开关的自由脱扣机构的脱扣钮腐蚀严重，钩不住。,失压脱扣器无电压或线圈烧坏，空气开关辅助触头或中间继电器触头接触不良。,储能弹簧变形，导致闭合力减小，或反作用弹簧力太小。,脱扣机构不能复位再扣。,控制线路熔丝烧断，不能发出合闸信号。,逆功率继电器的电压线圈和电流线圈通电后作用与要求相反，接正常负载后产生逆功率等。,43,五、自动空气断路器的故障判断与排除,2,）自动空气断路器合不上闸的故障判断及原因分析,断路器合闸操作时，可明显听到内部机构动作和触头闭合的声音。在断路器的前面板和配电板上有主开关合闸的指示。,电动合闸，按下按钮后主开关毫无反应而手动方式合闸正常，则可认为故障点在合闸控制电路。可一边按合闸按钮，一边用万用表测量合闸信号是否到达断路器的相应接线端子来确认。若合闸信号到达断路器接线端子，则是断路器内部控制电路故障。,电动和手动合闸，均能听到开关内部机构动作，但合不上闸，则可能是：,故障点在主开关机械机构，需进一步检查。,保护装置、电气联锁等在起作用。发电机的保护跳闸装置误动作或动作后未复位、与岸电互锁等，都会使主开关处于脱扣状态。保护跳闸、电气联锁等，一般通过使断路器的欠压脱扣器线圈断电或分励脱扣器线圈通电来实现，可用万用表测量欠压脱扣器线圈和分励脱扣器线圈的外部接线端子有无跳闸信号来确认。,44,五、自动空气断路器的故障判断与排除,3,）自动空气断路器跳不开闸的故障判断及原因分析,自动空气断路器跳不开闸，其主要机电原因有：,失压脱扣不能使自动开关跳闸 可能是反力弹簧弹力变小、机构卡死。,分励脱扣器不能使自动开关跳闸 可能是分励脱扣器线圈短路、电源电压太低、再扣接触面太大、螺丝松动等。,45,五、自动空气断路器的故障判断与排除,3,）自动空气断路器跳不开闸的故障判断及原因分析,故障的判断：,框架式自动空气断路器的跳闸也有电动和手动两种方式。通常使用电动方式，即用配电板上的分闸按钮（或旋钮）或来自自动控制系统的信号，通过分闸控制电路使断路器跳闸。作为备用，一般主开关都保留手动分闸方式，通过断路器面板上的按钮直接驱动主开关的机械装置跳闸。,若用电动和手动方式均不能分闸，则需进一步检查主开关机械机构。,若可手动分闸而不能电动分闸，则故障点在分闸控制电路。电动分闸控制也是通过使开关的欠压脱扣器线圈断电或使分励脱扣器线圈通电来实现，可按住配电板上分闸按钮，用万用表测量欠压脱扣器线圈和分励脱扣器线圈的外部接线端子来确认。,分不开闸机械故障较少，多数是控制电路故障。,46,五、自动空气断路器的故障判断与排除,4,）自动空气断路器误跳闸的故障判断及原因分析,自动空气断路器误跳闸是指发电机带正常负载，在起动电动机时自动开关立即分闸，其可能原因是过电流脱扣器瞬时瞬时动作整定电流太小；或自动开关闭合后（,1h,）自动分闸，可能原因是过电流脱扣器长延时整定值不正确或热元件或半导体延时电路元件性能不稳。,47,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,1,、,SACE,开关外罩,松开四个固定螺钉,从开关上取下外罩。,48,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,2,、,3,个线圈通常包括,:,合闸、分闸、失压,也可能是合闸、分闸、分闸。通过控制线圈动作实现电动控制开关分合。,49,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,3,、使用储能电机对操作机构电动储能,拆装使用五号内六角,储能电机保险容易损坏。,50,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,4,、固定销保证储能电机和齿轮紧密联结,防止滑脱。如果储能电机持续工作但不能实现储能,就是固定销子损坏了,51,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,5,、电子保护器设定保护类型和限制值,能够安装可选的保护插件。,52,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,6,、使用,8,个套筒拆掉电子保护器,注意信号线和电源线与保护器的连接,防止拆下装不上了。,53,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,7.,设定,PR122,保护器需要使用,SD-TESTBUS,适配器,适配器里的电池供给适配器和,SACE,开关液晶显示器工作。图中的适配器可以通过蓝牙与电脑通讯。,54,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,8,、,PR122,保护器具有,DATALOGGER,纪录功能,能够纪录最近的,20,次故障,55,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,9,、,SACE E3,开关背面有,3,个电流互感器,E4,和,E6,有,6,个电流互感器,电流互感器输出两组,线。,1,组电流输出,也就是主回路电流感应出的弱电信号,作为保护电源的供电,;2,组为电压输出,是主回路电流测量信号,是毫伏级输出。所以对于风电来说,客户想利用这个信号参与网侧功率计算,不能实现,电网侧需要另外加装电流互感器。,56,补充：,SACE,空气断路器的拆装步骤,10.,为了消除主触头在吸合、分断时拉弧,使用灭弧器进行灭弧,具体方法是切断弧光。下图说明,:,57,