工频断路器用于高频的分析.doc

1?交流断路器使用于直流电路的题目? 随着社会主义建设的发展，应用直流电的区域和部分越来越多，如发配电系统、城市和矿山的牵引车、电气化铁道、化工、冶金及国防产业等。按交流50Hz设计的塑料外壳式断路器（以及万能式断路器）能否使用于直流电路作线路保护之用呢?经历多年的实践说明，可以使用，但其电流的整定值及接线等需要作一些更改或修正。? 1．1?保护特性? ??1．1．1?过载长延时保护特性? ??（1）热动式（双金属元件脱扣器）? 由双金属元件直接加热（直热式）或由发热元件发热，热量传给旁边的双金属元件（旁热式），由于直流电流均匀值与交流的有效值的发热效果是相同的，因此交流与直流基本上无变化。但当额定电流大于1500A时，因集肤效应等因素，? 交流电流有效值产生的热量要大于直流，但影响不是太大，所以热动式的双金属元件脱扣器用于直流是不需要作任何更改的。但是热动式中的有一些规格，例如额定电流600A及以上采用CT式（电流互感器式），利用互感器的副边电流供给双金属元件或发热元件作发热源，则不可能用于直流电路。? (2）全电磁式（液压式，即俗称的油杯式脱扣器）? 交流（50Hz）的断路器（其脱扣器为全电磁式）在直流电路中使用时，动作特性要变化。变化的范围为110％—140％原动作电流（这是考虑直流电源尽大部分经交流整流和滤波后所得），所以在直流电路中用全电磁式交流断路器时，其脱扣器要重新设计。? 1．1．2?瞬时脱扣器? 凡是采用电磁铁作电磁脱扣器（瞬时动作脱扣器）者，其瞬动电流整定值将有所变化，变化率取决于直流的波形。对于经交流整流，又予以滤波的直流电路，其瞬时动作整定电流约为交流的1.30倍，如交流的瞬动是10In（In为额定电流）则断路器用于直流电路，应将其出厂试验时调整到13In，其整定误差值（例如±20％）可以不变。? 1．1．3?电子式脱扣器? 无论是过载长延时或是短路瞬时，原按交流50Hz设汁的电子式脱扣器都无法使用在直流电路。? 1．2?短路电流的通断? 众所周知，50Hz的交流电流，每秒钟有100次的电流过零点。在此瞬间无电流，即使断路器的动、静触头间有电压（如是纯电感负载，i＝0时U最大，纯电容负载也是如此，纯电阻负载，i＝0，U＝0），电弧也比较轻易熄灭。但直流电流无过零点这一特性，电弧切断有相当大的困难。使用交流50Hz的断路器于直流电路作保护电器时，必须采取多断点的接线方式。?? 多断点的接线方式有两种，一是串联，二是并联，如图1、图2所示。? 图1中的多种型号断路器运用的直流电压应是250V。? 对于直流系统，只要电压值一致，则原用于交流的欠电压脱扣器和分励脱扣器，不需作任何的改变，可用于直流电路。?? ???????? 2?按50Hz设计的断路器使用于高频电路? 在产业范围内，有些产业部分对驱动电动机设计了较高的频率，例如纺织产业中使用的高速电动机，其频率达100—120Hz，木材加工产业中使用的同频电动机频率达300Hz，航空产业中的一些设备，其频率规定为400Hz等（电动机的转速n，n＝60f/p，n与频率f成正比）。? 假如使用按50Hz设计的断路器于高频电路，则断路器的特性需作何种变化呢?? 2．1?导体的发热、负载能力的降低题目? 交流导体有集肤效应和邻近效应。集肤效应等使得导体的截面只有一部分用来流通电流，因此导体的交流电阻将随频率的增大而呈线性的增高。对于直径为10mm的铜线来说，可利用的截面是：? 在1kHz时，约为50Hz的60％；? 在10kHz时，约为50Hz的20％。? 另外，这种高频还将对导体相邻的铁磁性材料产生磁感应，引起“磁滞损耗”。“磁滞损耗”是随频率的增高而迅速增加的，对相邻的金属材料还会产生“涡流损耗”，“涡流损耗”也随频率的升高而增大。所以，随着频率的增高，由集肤效应而使导体电阻的变大，且使与断路器连接电路的相邻部件如转轴、操纵机构、紧因件等金属材料件的磁滞和涡流损耗增加，如使用同样的负载电流，断路器的温升势必超过其产品的规定值，引起产品热老化，导致断路器使用寿命的降低。?? 由于以上原因，断路器的负载能力（额定电流），将按式（1）变化：? 　????式中? fx——高于50Hz的电网频率?? ???In（fx）——频率为人时的负载能力（额定电流）? ????In（50Hz）——频率为50舱时的负载能力（额定电流）? 按式（1）计算得出表1的答应工作电流值与频率的关系，如表1示。? ?由表1可知，大约从100Hz起，为保持答应的发热极限，其答应的工作电流（额定电流）必须相应地降低。? 2．2?母线排的负载能力? 在频率超过50Hz时，母线排的答应工作电流（额定电流）可按式（2）得出：?　　　　????式（2）反映了导体截面的利用率