1、城市轨道交通高压断路器 高压断路器是电力系统的重要设备之一，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备，其最大特点是开断负荷电流和短路电流。当系统中出现严重故障时，最终通过继电保护装置使断路器跳闸来切除故障，维护系统稳定。（1）控制作用。高压断路器用于根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路。（2）保护作用。当电力系统的某一部分发生故障时，高压断路器和保护装置、自动装置相配合，将该故障部分从系统中迅速切除，减小停电范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行。1.高压断路器的作用1高压断路器概述（1）工作可靠。A （4）具有自动重合闸性能。B2.高压断路器的基
2、本要求C （6）结构简单，价格低廉。（3）具有尽可能短的切断时间。（2）具有足够的开断能力。（5）具有足够的机械强度和良好的稳定性能。高压断路器在电力系统中承担着非常重要的任务，它不仅能接通和断开负荷电流，而且能断开短路电流。因此，高压断路器必须满足以下基本要求：（1）油断路器。采用变压器油作为灭弧介质和绝缘介质的断路器称为油断路器。变压器油只作为灭弧介质和触头开断后弧隙绝缘介质，而带电部分与地之间的绝缘采用瓷介质的断路器，由于油量较少，故称为少油断路器。油断路器可用于各级电压的户内、户外变电站。（2）SF6断路器。采用规定压力的、具有优良灭弧性能和绝缘性能的SF6气体作为灭弧介质和弧隙绝缘介
3、质的断路器称为SF6断路器。它主要用于110 kV及以上大容量变电站及频繁操作的场所。3.高压断路器的分类按安装地点的不同，高压断路器分为屋内式高压断路器和屋外式高压断路器两种。根据所采用的灭弧介质的不同，高压断路器有如下几种类型：（3）真空断路器。真空断路器是指触头在133.310-8133.310-4 Pa的真空中开闭电路的断路器。目前，它主要用于35 kV及以下变电站中要求频繁操作的场所。（4）直流断路器。直流断路器应用于城市轨道交通牵引变电所整流装置牵引侧及馈线侧，一般以直流开关柜的形式出现。较常见的直流开关柜有MB型和KMB型。3.高压断路器的分类 高压断路器的基本结构如图2-46所
4、示。其中，开断元件是核心，开关设备的控制、保护及安全隔离等方面的任务都由它来完成。其他组成部分都是配合开断元件为完成上述任务而设置的。4.高压断路器的结构图2-46高压断路器的基本结构 高压断路器基本组成部分的主要零部件及其功能如表2-7所示。表2-7高压断路器基本组成部分的主要零部件及其功能4.高压断路器的结构 （1）额定电压UN。额定电压是指断路器长时间运行能承受的正常工作电压，它决定了断路器的绝缘水平、总体尺寸和灭弧条件。在三相电路中，额定电压均指线电压。（2）最高工作电压。最高工作电压是指断路器允许长期工作的高于额定电压的最高电压。由于电网不同地点的电压可能高出额定电压10%左右，故制
5、造厂规定了断路器的最高工作电压。对于220 kV及以下设备，其最高工作电压为额定电压的1.15倍；对于330 kV的设备，其最高工作电压为额定电压的1.10倍。5.高压断路器的技术参数高压断路器的特性和工作性能可用以下基本参数来表征：（3）额定电流IN。额定电流是指断路器在额定容量下允许长期通过的工作电流（有效值）。断路器长期通过额定电流时，各部分的发热温度不会超过允许值。额定电流也决定了断路器载流部分的尺寸和结构。（4）额定开断电流INK。额定开断电流是指在额定电压下，断路器能可靠开断的最大周期分量电流（最大短路电流有效值），它表明了断路器开断电路的能力。开断电流与电压有关，当电压不等于额定
6、电压时，断路器能可靠切断的最大短路电流有效值称为该电压下的开断电流。当电压低于额定电压时，开断电流比额定开断电流有所增大。5.高压断路器的技术参数 （5）额定断流容量SNK。额定断流容量表明断路器的切断能力。在三相电路中，其大小等于额定电压与额定开断电流乘积的3倍。即SNK=3UNINK 由于UN不是残压，因而额定断流容量不是断路器开断时的实际容量。（6）关合电流iNc1。关合电流是指保证断路器能关合短路而不至于发生触头熔焊或其他损伤，所允许接通的最大短路电流。5.高压断路器的技术参数 （7）动稳定电流ies。动稳定电流是指断路器在合闸位置时允许通过的短路电流最大峰值。它表明了断路器在冲击短路
7、电流的作用下承受电动力的能力，它取决于导体和绝缘等部件的机械强度，也受触头结构形式的影响。（8）热稳定电流INt。热稳定电流是指断路器在规定时间（通常为4 s）内允许通过的最大短路电流有效值，又称额定短时耐受电流。热稳定电流表明了断路器承受短路电流热效应的能力。5.高压断路器的技术参数 （9）断路器开断时间t0。断路器开断时间是指断路器接到分闸命令瞬间起到各相电弧完全熄灭为止的时间间隔，它包括断路器固有分闸时间tgf和燃弧时间th，即t0=tgf+th，如图2-47所示。断路器固有分闸时间是指断路器接到分闸命令瞬间到各相触头刚刚分离的时间，一般为0.060.12 s；小于0.06 s的断路器，
8、称为快速断路器。燃弧时间是指断路器触头分离瞬间到各相电弧完全熄灭的时间。t0是表征断路器开断过程快慢的主要参数。t0越小，越有利于减小短路电流对电气设备的危害，缩小故障范围，保持电力系统的稳定。5.高压断路器的技术参数图2-47断路器开断时间5.高压断路器的技术参数20%（10）合闸时间。合闸时间是指从操动机构接到合闸命令瞬间起到断路器接通为止所需的时间。合闸时间取决于断路器的操动机构和中间传动机构。一般合闸时间大于分闸时间。（11）操作循环。操作循环也是表征断路器操作性能的指标。我国规定断路器的额定操作循环如下：自动重合闸操作循环。分合分t合分 非自动重合闸操作循环。分t合分t合分 式中，分
9、表示分闸操作；合分表示合闸后立即分闸的动作；表示无电流间隔时间，标准值为0.3 s或0.5 s；t表示强送电时间，标准时间为180 s。国产高压断路器的型号如图2-48所示。图2-48国产高压断路器的型号6.高压断路器的型号23%Option 16.高压断路器的型号 （1）产品字母代号。S表示少油断路器，D表示多油断路器，L表示SF6断路器，Z表示真空断路器，K表示压缩空气断路器，Q表示自产气断路器，C表示磁吹断路器。（2）装置地点代号。N表示户内式，W表示户外式。（3）设计序号。设计序号以数字1、2、3表示。（4）额定电压。额定电压的单位为kV。（5）补充特性。G表示改进型，F表示分相操作。
10、（6）额定电流。额定电流的单位为A。（7）额定开断电流。额定开断电流的单位为kA。6.高压断路器的型号 【例2-3】型号为ZN2812/1250-25的断路器，其含义为：真空断路器，户内式，设计序号为28，额定电压为12 kV，额定电流为1 250 A，额定开断电流为25 kA。【例2-4】型号为SN420G/800030的断路器，其含义为：少油断路器，户内式，设计序号为4，额定电压为20 kV，改进型，额定电流为8 000 A，额定开断电流为30 kA。76%1.SF6简介 SF6是一种无毒、不燃的气体，具有优异的绝缘性能和灭弧性能，将其应用于断路器、变压器和电缆等电气设备，可以显示出矿物油
11、无可比拟的优越性。2 nSF6断路器23%Option 11.SF6简介 （1）SF6的特性。SF6热容量大。SF6的分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。SF6环境下的电弧能量小。SF6在高温时分解出的硫、氟原子和正负离子，与其他灭弧介质相比，在同样的弧温下有较大的游离度。在维持相同游离度的情况下，弧柱温度较低。因此，SF6中的电弧电压较低，燃弧时的电弧能量小，对灭弧有利。SF6分子的负电性强。所谓负电性，就是指SF6分子极易捕获、吸附自由电子形成低活动性负离子的特性。SF6负电性强，加强了去游离，降低了导电率。在电弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分解物急速复合。因此，SF6弧隙的
12、介电性能的恢复速度很快，能耐受很高的恢复电压，电弧在电流过零后很难重燃。1.SF6简介 （2）SF6的危害。SF6的危害主要体现在两个方面：一是高温电弧分解产物和其本身（或分解产物）与接触介质发生化学反应，生成物对生物有毒性作用；二是SF6作为一种温室气体对环境有危害。常见的SF6断路器按照对地绝缘方式的不同分为落地罐式SF6断路器和绝缘子支柱式SF6断路器。（1）落地罐式SF6断路器。其实物如图2-49所示，结构如图2-50所示。它把触头和灭弧室装在充有SF6并接地的金属罐中，触头与罐壁间的绝缘采用环氧树脂支持绝缘子，引出线靠绝缘瓷套管引出。2.SF6断路器的类型图2-49落地罐式SF6断路
13、器实物图2-50落地罐式SF6断路器的结构2.SF6断路器的类型20%落地罐式SF6断路器的优点。结构重心低，抗震性能好。灭弧断口间电场较好，断流容量大，可以加装电流互感器，还能与隔离开关、接地刀闸、避雷器等融为一体，组合成复合式开关设备。借助于套管引线，基本上不用改装就可以用于全封闭组合电器。落地罐式SF6断路器的缺点。罐体耗用材料多，用气量大，系列性差，造价高。（2）绝缘子支柱式SF6断路器（积木式结构）。绝缘子支柱式SF6断路器可布置成Y形、T形和I形，如图2-51所示。其灭弧室位于高电位，靠支柱绝缘瓷套对地绝缘。目前的城市轨道交通供电系统中，一般在110 kV电压等级断路器上采用SF6
14、断路器，而在110 kV和35 kV的配电装置中采用SF6封闭式组合电器。图2-51绝缘子支柱式SF6断路器实物2.SF6断路器的类型 SF6断路器灭弧室按结构可分为单压式灭弧室和双压式灭弧室。（1）单压式灭弧室。单压式灭弧室又称压气式灭弧室，只有一个气压系统，即常态时只有单一压力的SF6气体。灭弧室的可动部分带有压气装置，分闸过程中，压气缸与触头同时运动，将压气室内的气体压缩。触头分离后，电弧即受到高速气流纵吹而将电弧熄灭。灭弧室中，压气活塞是固定不动的，静触头与动触头之间的开距也是固定不变的。单压式灭弧室的工作原理如图2-52所示。图2-52单压式灭弧室的工作原理3.SF6断路器灭弧室的结
15、构类型3.SF6断路器灭弧室的结构类型 （2）双压式灭弧室。它有高压和低压两个气压系统，灭弧时，高压室控制阀打开，高压SF6经过喷嘴吹向低压系统，再吹向电弧使其熄灭。灭弧室内正常时，充有高压气体的称为常充高压式；仅在灭弧过程中才充有高压气体的称为瞬时充高压式。单压式灭弧室结构简单，但开断电流小，行程大，固有分闸时间长，而且操动机构的功率大。近年来，单压式SF6断路器采用了大功率液压机构和双向吹弧，并逐渐取代了双压式SF6断路器。76%必须严格控制SF6中的水分。现在通常从以下几个方面采取措施：加强断路器的密封；组装断路器时，先要对零部件进行彻底烘干；严格控制SF6中的含水量；严格控制断路器充气
16、前的含水量；在SF6断路器内部加装吸附剂。01 由于SF6在灭弧时会产生有毒气体和粉尘，在排放废气和拆开断路器灭弧部件时，应戴防毒面具、防护手套，穿长袖工作服，尽量不露出皮肤；处理有毒废料时应戴防护手套。02 排出的SF6废气应通过滤罐过滤有毒粉尘后排放到大气中。034.制造、运用和检修SF6断路器时的注意事项在制造、运用和检修SF6断路器时，应该注意以下几个方面：断路器部件的拆装、检修一般应在干燥、清洁的室内进行；现场检修时，天气应稳定无雨且空气湿度不得大于80%。04 为防止断路器内部进入潮气和灰尘，拆卸处理过的部件应马上用塑料布(袋)包好并系紧。054.制造、运用和检修SF6断路器时的注
17、意事项 真空断路器利用真空度约为10-4 Pa（在运行过程中不低于10-2 Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。真空度就是气体的绝对压力与大气压的差值，表示气体稀薄的程度。气体的绝对压力值越低，真空度越高。当灭弧室内被抽成10-4 Pa的真空时，其绝缘强度要比绝缘油、一个大气压力下的SF6和空气的绝缘强度高很多。3 真空断路器 （1）真空间隙的绝缘性能。真空间隙的气体稀薄，分子的自由行程较大，发生碰撞游离的概率很小，因此真空间隙具有很高的绝缘强度。当真空间隙在某一电压下击穿几次后，由于触头表面的毛刺被冲击掉，触头表面光洁度提高，真空间隙在该电压下就不再击穿了，击穿电压将会升高，这种现象称为真空
18、间隙的老化。这是真空间隙独具的特点。真空间隙的绝缘强度与很多因素有关，主要与真空间隙的长度、真空度、电极材料、电极表面状态、形状和大小、施加电压的波形和频率等因素有关。1.真空电弧理论1.真空电弧理论 （2）真空电弧的形成。真空电弧的形成主要经历了以下三个阶段：第一阶段，触头蒸发形成金属蒸气。在触头带电流分离时，由于接触压力减小，触头由面接触变为点接触（触头间形成金属小桥），使电流集中通过金属桥。在分断过程中，其一，金属桥被拉长，截面减小，电阻增大，桥上耗散功率大，温度急剧升高，金属桥熔化并产生高温金属蒸气；其二，触头表面结合不牢固的金属团粒（如金属加工时残留的毛刺）在静电场力的作用下，离开电
19、极表面，加速通过真空间隙轰击电极，使电极和团粒的温度升高，蒸发出高温金属蒸气；其三，触头表面尖端突起部分的电场极强，由强电场发射自由电子所形成的电子束（预放电电流，其值为10-510-3 A）轰击阳极，也可使阳极发热，蒸发出金属蒸气。1.真空电弧理论 第二阶段，自由电子穿过高温金属蒸气。运动中带电的金属团粒与电极间形成强电场，此电场可使团粒和电极表面发射大量自由电子。当高速运动的自由电子穿过高温金属蒸气云时，使金属原子电离产生带电离子。离子的定向移动形成传导电流。第三阶段，形成阴极斑点。电极表面发射自由电子的尖端或突起，很快发展成阴极斑点，其温度极高，不断蒸发出金属蒸气，补充金属蒸气的损失，阴
20、极斑点发射的电子又电离金属蒸气，补充离子的损失，触头间的预放电电流就转变成自持的真空电弧。因此，真空电弧的形成是一个电极过程。阴极斑点是真空电弧的生命线。真空电弧是电离状态的金属蒸气电弧。（3）真空电弧的形态。扩散型电弧。当电弧电流小于100 A时，触头间只存在一束电弧，触头上只有一个阴极斑点，并在触头表面做不规则的运动。当电弧电流大于100 A且小于6 kA时，阴极斑点会由一个分裂为若干个，并在阴极表面不断向四周扩散，电弧以许多完全分离的并联电弧的形态存在。这种形态的电弧称为扩散型电弧，如图2-53（a）所示。图2-53真空电弧的形态1.真空电弧理论1.真空电弧理论 集聚型电弧。当电极上电弧
21、电流大于10 kA时，阴极斑点受电磁力的作用相互吸引，使所有的阴极斑点集聚成一个运动速度缓慢的阴极斑点团（其直径可达12 cm），形成单束大弧柱，且电极强烈发光，触头表面将出现熔坑，这种形态的电弧称为集聚型电弧，如图2-53（b）所示。76%1.真空电弧理论20%（4）真空电弧的熄灭。对扩散型电弧，电流过零时，真空电弧熄灭。阴极斑点所造成的熔区在电弧熄灭后10-810-7 s内便凝固。阴极和阴极斑点不再向弧柱区提供电子和金属蒸气，而残余的等离子体内的各种粒子在几微秒内向四周扩散完，弧区介质强度迅速提高，实际上已变成了真空间隙，足以承受很高的恢复电压而不致击穿。扩散型电弧过零后很容易熄灭。对集聚
22、型电弧，电流过零时，电弧熄灭，但触头表面有面积和厚度相当大的熔区，这些熔区需要毫秒数量级的时间才能冷却。在这段时间内，电极仍向弧区输送大量金属蒸气和带电粒子，在恢复电压上升过程中，弧区相当于一个充气间隙，不可避免地要发生重新击穿。只有当触头开距足够大，阴极斑点产生的金属蒸气不足以维持带电粒子扩散时，真空电弧才熄灭。故集聚型电弧难以熄灭，应设法避免。一般在触头结构上采取措施，以防止触头表面发生过分严重的局部熔化和烧损。总之，真空电弧的熄灭主要取决于触头的阴极现象、电极发热程度及离子向弧柱外迅速扩散的作用。按真空灭弧室的布置方式，真空断路器可分为落地式真空断路器、悬挂式真空断路器、综合式真空断路器
23、和接地箱式真空断路器。01 按真空灭弧室的外壳，真空断路器可分为玻璃外壳式真空断路器和陶瓷外壳式真空断路器。02 按触头形状，真空断路器可分为横磁吹式真空断路器和纵磁吹式真空断路器。032.真空断路器的分类真空断路器的分类方法有以下几种：真空断路器的基本结构如图2-54所示。它由开合操动机构、支持套管、隔离插头、真空灭弧室（真空泡）、保护罩（屏蔽罩）、动触头、静触头、导电杆、支持绝缘子、保护套管、绝缘拉杆、机座等构成，其核心是真空灭弧室（真空泡）。真空灭弧室是实现电路关合与开断功能的熄弧元件。图2-54真空断路器的基本结构3.真空断路器的基本结构 真空灭弧室的结构如图2-55图2-57所示。真
24、空灭弧室的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管组成的密封容器。真空灭弧室内有一对触头(静触头和动触头)分别焊接在各自的导电杆上，波纹管的另一个端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。由于波纹管可以在轴向上自由伸缩，因而这种结构既能实现在灭弧室外带动动触头做分合运动，又能保证真空外壳的密封性。4.真空灭弧室图2-55真空灭弧室的结构4.真空灭弧室图2-56WVT陶瓷外壳真空灭弧室剖视图图2-57WVT固封极柱剖视图1 外壳。2波纹管。3屏蔽罩。4导电系统。5触头。4.真空灭弧室下面简要地介绍真空灭弧室中的主要部件及其作用。真空灭弧室是用密封在真空中的一对触头来实现电力电路的接通与分断功
25、能的一种电真空器件，是利用高真空作为绝缘介质。当其断开一定数值的电流时，动、静触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点上，表现为电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致剧烈的场致发射和间隙的击穿，产生了真空电弧，当工作电流接近零时，触头间距增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断，开断结束。5.真空断路器的工作原理 安装前应对真空断路器进行外观和内部检查，真空灭弧室、各零部件、组件要完整、合格、无损、无异物。01 严格执行安装工艺规程，各元件安装的紧固件规格必须按照设
26、计规定选用。02 检查极间距离，上下出线的位置、距离必须符合相关的专业技术规程要求。036.真空断路器的安装要求真空断路器的分类方法有以下几种：所使用的工器具必须清洁，并满足装配的要求，在灭弧室附近紧固螺丝时不得使用活扳手。04 各转动（滑动）件应运动自如，运动摩擦处应涂抹润滑油脂。05 整体安装调试合格后，应清洁干净，各零部件的可调连接部位均应用红漆打点标记，出线端接线处应涂抹防腐油脂。066.真空断路器的安装要求7.真空断路器的特点20%根据断路器的结构和适用范围，断路器具有以下特点：（1）触头开距小，动作快。（2）燃弧时间短，触头烧损轻。（3）寿命长，适于频繁操作。（4）体积小，结构紧凑
27、，真空灭弧室不需检修，维修工作量小。（5）防火、防爆性能好。（6）制造工艺复杂，造价高。（7）没有监视真空度变化的简易装置。（8）开断小电流时，有可能产生较高的过电压，需采取降低过电压的措施。3 用真空度检测仪检查。依据脉冲磁场放电测量原理制造的KZJl型真空度检测仪，可直接测出真空度值。2 耐压试验。动、静触头间施加交流工频电压，耐压1 min，无击穿，说明真空度良好。1 测量动、静触头两端的绝缘电阻。用1 000 V兆欧表测量得到的绝缘电阻大于500 M，说明真空度良好。8.真空断路器的真空度检查 通过定期的检查、测量，就可以掌握真空度变化的状况及趋势，防患于未然，确保断路器安全、可靠地运
28、行。直流断路器为机械式、单相快速断路器。1 0006 000 A的断路器，其响应时间仅为几毫秒。城市轨道交通供电系统中，直流断路器应用于牵引变电所整流装置牵引侧及馈线侧，一般以直流开关柜的形式出现，较常见的是瑞士赛雪龙公司生产的UR系列直流快速断路器（额定电流为5004 000 A）和HPB系列直流快速断路器（额定电流为4 5006 000 A）。4直流断路器 UR、HPB系列直流快速断路器的应用范围如图258所示。UR、HPB系列直流快速断路器特别适用于直流牵引配电网络中，作为接触网和钢轨的保护及故障区域的隔离。UR和HPB系列直流快速断路器设计紧凑，占用空间小。另外，它既能用线路故障探测器
29、探测，又能和线路测试及自动重合闸装置相连。由于UR和HPB系列直流快速断路器具有抗振动及抗冲击性的特点，因此可以安装在牵引机车上。其设计紧凑、合理，反应速度快，灭弧时间短，成为牵引机车优良的开断保护装置。图2-58UR、HPB系列直流快速断路器的应用范围1.常用直流断路器 （1）UR和HPB系列直流快速断路器的代表产品。图259为UR26/36/40系列直流快速断路器的代表产品，图260为HPB45/60系列直流快速断路器的代表产品。它是一种双向、单极单元，采用了电磁吹弧、电动操作系统、直接瞬时过流脱扣、间接快速脱扣（用户可选项）和空气自然冷却方式等技术。间接脱扣器由一个线圈和一个电子控制装置
30、组成，线圈固定在断路器上，电子控制装置（由放电电容和电子开关组成）单独安装。1.常用直流断路器图2-59UR26/36/40系列直流快速断路器的代表产品1.常用直流断路器图2-60HPB45/60系列直流快速断路器的代表产品 （2）直流快速断路器的工作原理。UR36系列直流快速断路器的原理如图2-61所示。它采用了电磁吹弧、电动操作系统、直接瞬时过流脱扣、间接快速脱扣（可选项）和空气自然冷却方式等技术。图2-61UR36系列直流快速断路器的原理 UR和HPB系列直流快速断路器设计简洁，绝缘性高，并遵循用于固定安装的EN 50123/IEC 61992标准和用于机车的EN/IEC 60077标准
31、，从而确保UR和HPB系列直流快速断路器具有高可靠性和极长的使用寿命。图2-61UR36系列直流快速断路器的原理1.常用直流断路器 合闸。当收到合闸脉冲时，合闸装置推动拨叉，拨叉推动动触头使触头闭合，并形成动、静触头之间的接触压力。推动器由动触头推动，驱动辅助触点。剩余的合闸能量由阻尼器所吸收。保持。当主触头闭合时，接触压力将由合闸装置保持。根据保持方式，合闸装置可分为电保持型（E型）和磁保持型（M型）。1.常用直流断路器1.常用直流断路器 分闸。在过流跳闸或接到正确的分闸指令时，断路器分闸。当过流超过大电流脱扣的整定值时，跳闸装置杆将向上移动，抬起拨叉，从而释放动触头。通过远方指令切断断路器
32、合闸装置的保持电流（E型）或者施加反向电流脉冲（M型）使断路器分闸，将会使拨叉缩回。接着，推动器打开动触头，驱动辅助触点。在主触头间产生的电弧将向上移动至灭弧罩内的两灭弧角之间，被灭弧隔板隔断。电离空气大部分在去离子板之间被中和。76%与交流电弧不同，直流电弧只能靠强制电流为零来熄灭，在电弧能量不变的前提下，促使电弧电流接近于零，就意味着必须提高电弧电压US，使之高于断路器（QF）的工作电压U1。可以通过采取合理的措施来迅速提高电弧电压，如在中、低压直流回路中使用电磁吹弧断路器，从而达到灭弧的目的。对高压直流回路，必须相应地降低电压和电流，对要求分闸更快的断路器来说，可通过加LC谐振电路产生人
33、工电流零点来灭弧。直流灭弧原理如图2-62所示。图2-62直流灭弧原理1.常用直流断路器1.常用直流断路器20%以UR系列直流快速断路器为例，当断路器跳闸后，主回路磁场将动、静触头之间产生的电弧吹入灭弧室，灭弧室采用冷阴极设计，由许多相互绝缘的灭弧板(金属栅片)组成。一旦电弧进入灭弧室,就会被金属栅片分裂为许多串联的小弧段。因为每两块灭弧板之间的电压降约为40 V，所以总的电弧电压便大大增加（取决于灭弧板的数量），但一般不超过额定电压的2倍。电弧电流大大减少，使得电弧迅速熄灭。燃烧的气体从上端逸出，并在位于金属灭弧板上部的绝缘板之间被去电离。鉴于直流电弧熄灭比较困难，当直流断路器合闸送电时，必
34、须预先进行线路测试，即首先通过线路测试装置对将要合闸送电的线路进行绝缘性能测试，绝缘测试合格，则给断路器发出合闸命令；绝缘测试不合格，则闭锁断路器禁止合闸。当运行的线路跳闸时，禁止盲目重合闸，只有通过线路测试，确认短路清除，断路器才能自动重合闸。2.直流开关柜20%直流开关柜分固定式和移开式两种。对于固定式直流开关柜，就是断路器固定安装在柜体内部；对于移开式直流开关柜，就是断路器固定安装在可移开的手车上，代表产品有瑞士赛雪龙公司生产的KMB型移开式直流开关柜、MB型移开式直流开关柜等。KMB型移开式直流开关柜的断路器、测量装置、线路测试装置、控制与保护装置都安装在手车上；而MB型移开式直流开关
35、柜仅断路器、测量分流器安装在手车上，线路测试装置和控制与保护装置装设在柜体内。KMB型或MB型移开式直流开关柜是一个集成系统，包括断路器手车、控制与保护系统（SEPCOS）、框架、母排等，也可根据用户需求，加装转换开关或隔离开关，其外观如图2-63所示。图2-63KMB型或MB型移开式2.直流开关柜2.直流开关柜 KMB型移开式直流开关柜的柜宽为600 mm或800 mm，它适用于额定工作电压低于3 000 V、额定电流最大为6 000 A的直流牵引供电系统。其内部结构如图2-64所示。MB型移开式直流开关柜的柜宽为500 mm或800 mm，可满足电流为1 0006 000 A、电压为DC7
36、503 000 V的各种应用需要。它适用于轻轨、地铁及铁路等多种场合。MB型移开式直流开关柜的内部结构如图2-65所示。图2-64KMB型移开式直流开关柜的内部结构2.直流开关柜图2-65MB型移开式直流开关柜的内部结构2.直流开关柜20%（1）KMB型移开式直流开关柜的特点。一体化手车式金属封闭式直流开关柜，带有抽出式直流快速断路器，检修、维护方便。高防护等级和完善的封堵措施。UR或HPB高性能直流快速断路器具有高分断能力。可实现靠墙安装。带安全联锁的隔离开关易于接近，方便在柜前或柜后进行操作、维护。装有集成化的控制保护系统SEPCOSNG，可在牵引网络控制中心实现遥控、遥测和遥信。采用新型
37、的快速连接技术，确保柜间二次连线方便、快捷。2.直流开关柜20%（2）MB型移开式直流开关柜的特点。基于模块化设计，高、低压元件分别装设在3个独立的小室中。高防护等级和完善的封堵措施。UR或HPB高性能直流快速断路器具有高分断能力。装有集成化的控制保护系统SEPCOS-NG，可在牵引网络控制中心实现遥控、遥测和遥信。采用新型的快速连接技术，确保柜间二次连线方便、快捷。对线路段的导体和供电电缆，除短路保护外，还有许多保护，如馈电电压监视（轨道带电）、电流变化率didt保护、热保护、长时间小故障电流Imax保护、馈电绝缘故障检测（电缆是否漏电、是否受到腐蚀）、电压下降等。3.线路段的保护 在轨道交通发展初期，在直流供电系统保护方面还没有性能好、可靠性高的保护装置，一般仅靠电流速断和过电流保护来切断短路故障，效果往往不理想。随着电子技术、计算机技术的发展，人们采用微处理器实现了电流上升率和电流增量等保护，极大地提高了供电保护的可靠性和准确率。目前,最先进的方法是用基于可编程控制器的数字式断电保护装置取代传统的断电器等保护装置，从而大大提高了可靠性、保护性能及配电自动化程度。保护系统通过直流分流器、直流传感器、霍尔传感器、隔离变送器、分压器等元件来测量线路的电流和电压。一旦PLC检测出线故障，就会使断路器分闸，从而实现保护功能。3.线路段的保护
