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1、第5章 船舶电力系统继电保护,第1节 概述,船舶电力系统在运行中可能会出现各种不正常运行状态和故障，不正常运行状态主要有过载、欠压、过压、欠频、过频以及中性点绝缘系统发生的单相接地等。这些不正常状态发展到一定程度就演变成故障，最常见且最严重的故障就是各种形式的短路，有三相短路、两相短路、两相接地短路、三相四线制系统单相接地短路。另外，还可能发生电机或变压器绕组匝间短路和线路的断线等故障。,因此在船舶电力系统的设计和运行中，都要采取切实有效的措施，尽量避免不正常运行状态和短路故障的发生。,最有效的办法之一，就是在船舶电力系统中装设继电保护装置，以自动迅速地切除故障。,1 船舶电力系统继电保护的任
2、务和作用,船舶电力系统继电保护的作用就是监视电力系统运行状态，提高电力系统运行的安全可靠性。同时它还是船舶电力系统自动化的重要组成部分。,当船舶电力系统发生故障或有必将导致故障的趋势时，继电保护装置能准确、自动地检测出其信号，并迅速及时地将故障电路从系统中切除，以保证船舶电力系统的正常电路和设备安全运行。,当船舶电力系统出现不正常运行状态且短时还不足以造成破坏时，保护装置应自动发出报警信号，警示值班人员及时进行处理，以防不正常运行状态继续发展和导致事故的发生。,配合自动控制装置，自动消除或减少事故的发生。,2 船舶电力系统继电保护的内容及构成,2.1 继电保护的主要内容有,1）船舶发电机的保护
3、,2）船舶电力网的保护,3）船舶用电设备的保护,2.2 继电保护装置的基本构成,继电保护装置一般由测量电路、逻辑电路和输出电路三大部分构成。,测量电路反应被保护系统运行参数的变化，并与保护的整定值进行比较。如果运行参数达到整定值，则测量电路就起动，向逻辑电路送去信号。,逻辑电路接受测量电路送来的信号，根据保护的要求，进行综合判断，决定装置是否动作。若保护装置应该动作，逻辑电路就向输出部分送去信号。,输出电路根据保护装置的任务，向断路器发出跳闸信号，或者发出报警信号。,3 对继电保护装置的基本要求,根据船舶电力系统继电保护装置所承担的基本任务和作用，一般对继电保护装置有四项基本要求。,1）选择性
4、,2）速动性,3）灵敏性,4）可靠性,1）选择性,在选择性保护中，若前一级保护装置拒绝动作，则后一级保护装置应动作。,实现保护选择性有两个基本原则：,时间原则,电流原则,时间原则,时间原则是指以保护装置动作时限的不同，来保证选择性。,设ACB1、MCB3和MCB5的过电流保护的动作时限分别为t1、t3和t5。,t1t3t5,t3=t5+t,t1=t3+t=t5+2t,一般继电保护装置取t=（0.10.4）秒。,电流原则,电流原则可以依次整定各级继电保护装置的始动值来实现。通常依次整定继电保护装置动作的电流值的不同，来保证选择性。,在船舶电力系统中，最好采用时间原则和电流原则相结合的方法，来满足
5、保护选择性和快速性的要求。,继电保护装置的动作电流整定值，从负载至电源端，逐级加大整定各级保护的动作电流整定值。,2）速动性,速动性就是要求保护装置的动作时限应力求短。迅速切除故障可减轻被保护设备的损坏程度、防止故障蔓延，并减少对非故障电路的影响。,(1)热效应方面,要求快速切除短路故障的理由主要有以下两方面:,(2)对负荷的影响方面,(1)热效应方面,通过电气元件的短路电流产生的热量Q与短路电流 Ik的平方和时间t成正比，即：,由此可见，短路切除得越快，产生的热量越小，设备越不易烧坏。,(2)对负荷的影响方面,短路对异步电动机的影响最明显，因异步机的转矩M是和电压的平方成正比的，即：,若电压
6、U下降较大，转矩 M下降更大，会使电动机停止运转。若短路故障很快切除，非故障部分的电压可迅速恢复。,3）灵敏性,继电保护装置的灵敏性是指对于其保护范围内的故障或不正常工作状态的反应能力。,灵敏性愈高，故障发觉和切除得就愈早，对系统的影响和设备的破坏就愈小。,保护装置的灵敏性，可用灵敏度来表示。,4）可靠性,可靠性是指装置本身要能可靠地工作,继电保护装置的可靠性主要取决于：保护方式的选择，装置本身的质量，整定计算和调试，安装、维护和检修质量等。,在应用中对于具体问题需结合实际，具体分析和解决，例如，对于过载保护，主要是考虑它的可靠性，并不要求它的速动性；而对于短路保护，则要尽量考虑它的速动性。,
7、从对保护装置的上述基本要求中可以看出，这四个方面是互相联系、互相制约的。例如：若速动性很高，则选择性就要差些，反之亦是。若可靠性很高，则灵敏性就要差些，反之亦然。,第2节 船舶电力系统主要保护电器,具有保护功能的电器称为保护电器,自动空气断路器,熔断器,逆功率继电器,负序继电器,等等,1 船舶电力系统自动空气断路器,船舶电力系统自动空气断路器既是一种开关电器，又是一种保护电器。,自动空气断路器，是船舶电力系统中常用的一种配电保护电器，集控制与多种保护功能于一体，在正常情况下可用于不频繁地接通和断开电路，当电路中发生短路等故障时，能自动切断故障电路，保证线路和电气设备的安全。,1.1 船用自动空
8、气断路器分类及功能,船用自动空气断路器可分为:,万能式自动空气断路器(air circuit breaker，ACB),装置式自动空气断路器（moulded case circuit breaker，MCB）,也称框架式自动空气断路器,也称塑壳式自动空气断路器,1.1.1 船用万能式自动空气断路器,船用万能式自动空气断路器一般装设在配电装置内，也可安装在墙上或支架上，因此又称“框架式”断路器。,框架式断路器所有的组件，如触头系统、灭弧室、脱扣器和操作机构均装在一个绝缘的金属框架内。,船用万能式自动空气断路器具有多种操作方式和保护方案，它既可采用手柄手动操作，又可使用按钮手动遥控操作，也可以采用
9、自动操作。,万能式自动空气断路器的保护有热脱扣器、电磁式脱扣器、电子式及智能化脱扣器等保护装置。智能化脱扣器可实现选择性断开，并具有动作显示、记录和报警等功能，整定电流和故障电流（过载电流和短路电流）可在脱扣器面板上显示出来。,我国生产的船用万能式自动空气断路器主要有DW系列和引进产品AH型（国内编号DW914型）等几种。,1.1.2 船用装置式自动空气断路器,装置式自动空气断路器为封闭式结构，除操作手柄及接线端子外露外，其余部件（触头、灭弧室、脱扣器和操作机构）均装在塑料外壳之内。,装置式自动空气断路器除具有过载、短路保护功能外，特殊的还具有失压等保护功能，因此，当发电机功率小于50kW时，
10、也可用作发电机主开关。,1.2 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。,1.3 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
11、，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,4）短路分断能力,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。,一般从几十千安到100千安,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。,万能式自动空气断路器的框图,由触头系统、灭弧装置、自由脱扣机构、操作传动装置和保护元件组成。,1.4 万能式自动空气断路器结构,主触头承担电路的正常工作电流。,弧触头是为了避免断开电路时产生的电弧烧坏主触头而设置的。,副触头是
12、考虑到断开电路时，电流由主触头移到弧触头的瞬间，可能因压降太大产生电弧烧坏主触头而设置的。,1.4.1 触头系统,船用万能式自动空气断路器的触头系统一般由二到三组触头以及多组辅助触点组成。触头一般包括主触头、副触头（又称预接触头）和灭弧触头。,逻辑动作顺序是：在合闸时，先接通弧触头，然后接通副触头，最后才接通主触头；在分闸时，先断开主触头，然后是副触头，最后才是弧触头。,副触头则采用紫铜材料。,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。,船用万能式自动空气断路器还包括多组辅助触点（多组常开、常闭触点），用于控制电路中，以指示空气断路器的通
13、、断状态。,万能式自动空气断路器的主触头系统常用的有对接式触头、桥式触头和插入式触头。,对接式触头在大小容量中均常使用，它配合栅片式灭弧装置，既可拉长电弧，又可利用灭弧栅片将电弧分割成短弧，获得较好的灭弧效果。,桥式触头具有双断口触头系统，为了防止触头接触处温升过高，需要加大接触压力，要求具有较高的闭合力和较贵的触头材料。,插入式触头只用于不产生电弧的接触处，这种触头的特点是本身具有电动补偿作用，当通过巨大短路电流时，能防止触头弹开。,1.4.2 灭弧装置,船用万能式自动空气断路器的灭弧装置随断路器的结构而异，采用较多的是灭弧罩加磁吹线圈结构。,要想提高空气断路器的断流容量，必须具有强灭弧性能
14、，通常采用复式灭弧原理，即具有去离子栅片和灭焰栅，以减小断开断路器时的飞弧区域。当开关断开时，强大的电流以电弧的形式进入灭弧栅片，利用复式灭弧栅片将长弧隔离成多段短弧缩小飞弧距离，使电弧迅速降温熄灭。,船用万能式自动空气断路器有三个灭弧罩，内部分别是断路器的三相动、静触头。这样设计的作用是使灭弧罩内的电弧迅速熄灭，以保护触头不被电弧灼伤或熔焊，同时各相电弧在各自的灭弧罩内，不会产生三相弧光短路，提高了断路器的使用寿命和工作的可靠性。,1.4.3 操作机构,万能式自动空气断路器的操作机构可分为合闸操作机构和分闸脱扣机构,1）合闸操作,目前船舶采用的空气断路器有三种合闸操作方式，手柄合闸、电动机合
15、闸和电磁铁合闸方式。,自动空气断路器的传动装置有手柄式、连杆式、电磁式、电动式等几种。合闸前都必须使储能弹簧储能,自由脱扣机构“再扣”,利用储能弹簧释放的能量实现合闸。,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，即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
16、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。,也有先将手柄摇转38圈左右使主弹簧储能(也有发电机建压后主开关自行使主弹簧储能的，因此不需要摇动)，使自由脱扣机构达“再扣”位置，然后将手柄再摇转24圈左右，使储能弹簧释放，实现合闸。,手柄合闸操作依照主开关类型不同，其操作方法也不一样：,有的先将合闸手柄逆时针转动120左右，然后顺时针转动120左右来实现合闸；,有的先将合闸手柄向下扳动，然后向上扳动来实现合闸的；,c.AH 型采用电磁铁直推式合闸,电磁或电动合闸,a.DW-94 型采用电动合闸,b.DW-95、DW-98 型采
17、用电磁合闸,DW-94电动合闸控制线路,凸轮使储能开关常开触点闭合，常闭触点断开，此时黄色指示灯亮，表明储能弹簧已储能，自由脱扣机构己处于“再扣”位置。,合闸时，按下合闸按钮SBl，电动机再次转动，使储能弹簧释放，主开关合闸,主开关合闸，绿色指示灯亮，表示合闸完毕，储能开关恢复原位，此时，主开关的辅助触点断开，电机停转。,DW95电磁操作合闸,DW95自动断路器采用电磁操作，弹簧储能合闸。,当发电机建压后，电源经合闸操作按钮A的常闭接点、整流二极管D1、限流电阻R、中间继电器ZJ的常闭接点ZJ/1和ZJ/2，对电容C进行充电，做好合闸准备。,合闸时，按下合闸操作自动复位按钮A，其常闭接点断开，
18、常开接点闭合，C的充电回路被断开，已充电的C经A的常开接点(现已闭合)、主开关的常闭辅助触点DF1立即对ZJ放电。,ZJ获电后立即动作，ZJ/1和ZJ/2断开，使C的充电回路保持断开。ZJ的常开触点ZJ/3闭合，使ZJ自保。ZJ的常开触点ZJ/4ZJ/6闭合，使操作电源经ZJ/4ZJ/6和桥式整流器D2D5，对合闸操作电磁铁线圈HQ供电。HQ获电后动作，立即将储能弹簧拉长，使弹簧储能，此时自由脱扣机构处于“再扣”位置。,由于C很快放电结束，因此经很短时间后，C的电压降低至 ZJ的释放电压，ZJ释放。于是ZJ/4ZJ/6断开，使HQ断电。已储有位能的储能弹簧被突然释放，带动主开关合闸。,由于 Z
19、J释放，ZJ/1和ZJ/2闭合，C又被充电；ZJ/3断开，使C对ZJ的放电回路断开，这就又为下次合闸作好了准备。当开关合闸后，因为DF1已断开，所以这时即使重按A，也不会有任何动作。,在DW95开关未合闸之前，当HQ通电吸动衔铁使储能弹簧储能的同时，压下微动开关WK，使WK闭合，给失压脱扣线圈S通电。当合闸后，WK又断开，但此时DW95开关的常开辅助触点DF2已闭合，故仍可保持S有电。,DW-98电磁合闸控制线路,发动机建立电压，经二极管D向电容C充电。,DW-98电磁合闸控制线路,合闸时，按下按钮SB，电容C对继电器KA放电，使KA吸合，其常闭触点KA1,KA2断开切断电容C充电通路，触点K
20、A3实现自锁。其常开触点KA4、KA5闭合，接通电磁线圈KM，在电磁吸力作用下，储能弹簧拉长储能，自由脱扣机构处于“再扣”位置。,DW-98电磁合闸控制线路,由于电容两端电压很快下降，当下降到继电器KA的释放电压，KA释放，常开触点断开，储能弹簧释放，自由脱扣动作实现合闸。合闸后，主开关的辅助触点DW断开，此时再按合闸按钮SB，不会再有合闸动作。,DW-98电磁合闸控制线路,AH型万能式自动空气断路器,AH型万能式自动空气断路器的合闸操作采用电磁铁直推式合闸,发电机建立电压后，合上电磁控制开关，继电器KA1通电，其常开触点KA1闭合后继电器KA2有电，其常开触点KA2闭合，合闸线圈HQ通电，快
21、速将动衔铁吸上，利用动衔铁的质量和速度，通过电磁合闸柱销，对四连杆机构产生一个较大的冲击，推动合闸机构合闸。,合闸后，自动开关的辅助常开触点DF1闭合，继电器KA3通电，其常闭触点KA3断开，继电器KA1断电，其常开触点KA1断开，控制继电器KA2失电，触点KA2断开，从而使合闸线圈HQ断电，电磁吸力消失，合闸动衔铁在自身重力和复位弹簧作用下掉落，恢复原样，准备下次合闸。,2）分闸操作,万能式自动空气断路器有手动机械分闸和电磁分闸两种分闸操作方式，一般由自由脱扣机构实现分闸操作。,“自由脱扣”是指,主电路中出现故障电流时，不论操作手柄在什位置，触头均能迅速分断电路。,自由脱扣机构的作用是使触头
22、保持闭合或迅速分断。它是触头系统和操作传动装置之间的联系机构。,自由脱扣机构功能,将手柄或电动合闸部分的操作传递给触头系统,完成合闸操作后维持触头系统处于接通位置,继电保护部分动作能够使它自由脱扣,典型自由脱扣机构由四连杆机构组成,(a)合闸位置,(b)自动分闸后的位置,(c)准备合闸位置（“再扣”位置）,(a):合闸位置，此时连杆2和3几乎成一直线，绞链接点b稍低于a和c的连线，连杆2和3成为刚性连接，运动连杆处于死区，触头处于闭合状态。,(b):自动分闸后的位置，即当释放器的衔铁或顶杆向上冲击b点时，(a)位置的刚性连接被破坏，因而自由脱扣器动作而使触头分闸。,(c):准备合闸位置，此时将
23、手柄向下拉，使连杆2和3几乎成一直线刚性连接，然后再把手柄往上推，就能重新合闸，此位置也称“再扣”位置。,1.4.4 保护机构,保护机构由各种脱扣器组成，脱扣器是自动空气断路器的感受元件，当电路发生故障时，脱扣器接到信号后动作，经过断路器自身的自由脱扣机构使自动断路器分闸。,万能式自动空气断路器的脱扣器主要有：,失压脱扣器、,分励脱扣器、,过电流脱扣器,电子型脱扣器等,过流脱扣器用于短路、过载保护。,过电流脱扣器分为双金属片热脱扣器和电磁式过流脱扣器。,双金属片热脱扣器具有反时限特性，当电路发生过载时，双金属片弯曲，使自动开关跳闸。,电磁式过流脱扣器的电磁线圈，当通过电流大于一定数值时，脱扣器
24、动作，使开关跳闸切断电路，可作为过载、短路保护之用。,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。反时限就是指过载越大，要求开关动作的时间越短；过载越小，要求开关动作的时间就越长，也就是要求开关动作的时间和过载电流成反比关系。,失压脱扣器用于欠压、失压保护。在额定电压的75或以上时必须保证自动断路器可靠合闸。而当电压降低到额定电压40%时，断路器失压脱扣器必须可靠动作。因此，失压保护可在4075额定电压范围内整定。为了避免在电网电压瞬时波动下产生误动作（如较大异步电动机启动等），要求在欠压情况下可带有13S左右的延时。,分励脱扣器可用于远距离遥
25、控断路器迅速分闸。分励脱扣器的作用原理与失压脱扣器相似。但是，它是由操作人员或继电保护发出指令后执行断路器跳闸。失压脱扣器电磁线圈是串联在电源电路中，正常情况下失压脱扣器电磁线圈有电，而分励脱扣器的电磁线圈正常情况下不通电，当需要自动断路器分闸操作时，才给分励脱扣器一个控制电压，使其瞬间动作跳闸。,电子型脱扣器是用半导体元件制造的综合型保护元件，具有过负荷、短路和欠压保护等功能。电子脱扣器的一个突出特点是在环境温度变化的情况下，仍能稳定的工作。,有的船用万能式自动空气断路器还带有锁扣装置。设置它的目的，是为了在紧急情况下，保证万能式自动空气断路器不会自动跳闸。如果将锁扣装置放在“扣”的位置，脱
26、扣器将被锁住，此时，即使发生故障，万能式自动空气断路器也不会自动跳闸。因此，只有在紧急情况下，尽管电器设备可能受到一些损伤，但也要强迫供电，而不希望断路器自动跳闸，才可以启用锁扣装置。,15 船用万能式自动空气断路器继电保护功能原理分析,万能式自动空气断路器跳闸有三种办法：,备用的手动机械脱扣跳闸；,常用的手动按钮电磁脱扣跳闸；,由继电保护装置动作自动控制脱扣器使断路器自动跳闸。,前两种方法已介绍，以下重点分析继电保护装置动作自动控制脱扣器使断路器自动跳闸的方法。,1.5.1 DW一98型自动空气断路器继电保护功能原理分析,半导体脱扣器能实现，欠压延时跳闸保护，特大短路瞬时跳闸保护，短路短延时
27、跳闸保护以及过载长延时跳闸保护。,1)欠压延时保护,发电机电压经变压器B1的第二个副边绕组降压，并经ZL1桥式整流，R24、C8阻容滤波，稳压管W5稳压之后，做为晶体管直流稳压工作电源。,欠压保护的电压形成和整流滤波回路：由图中可见，发电机电压UAC，由变压器B1的第一个副边绕组降压到15V。经二极管D15半波整流，电容C5滤波，电阻Rl9、R20分压后，在R20上取出弱电直流电压控制信号。,欠压保护的起动电路和时限电路，由稳压管W4，晶体管BG5和充电延时电容C6、C7等组成。,该电压信号与发电机电压成正比，加到后面的起动电路上。,当发电机工作于正常电压时，R20上的电压可以使稳压管W4击穿
28、，晶体管BG5处于饱和导通状态，因而其时限电路的延时电容C6被短路。BG5集电极电位约0.3V，故D17不能导通。此时，出口电路不输出欠压信号。,当发电机电压低于欠压保护起动电压整定值，例如达65Ue时，R20上的电压低到不足以击穿稳压管W4，晶体管BG5截止，工作电源通过电阻R22、R23对C6和C7并联充电，电容充电达单结晶体管BT的峰值电压所需的时间，就是欠压保护的延时时间。,DW-98半导体脱扣器的欠压延时分0.5、1、3、5S四种可供选择，延时完毕，通过出口电路，发出欠压延时保护跳闸信号，使开关跳闸，实现发电机欠压延时保护。,半导体脱扣器总的出口电路由单结晶体管BT和可控硅SCR组成
29、无触点出口电路。欠压延时、特大短路瞬时、短路短延时和过载长延时跳闸保护的动作信号，分别通过二极管D17、D18和D19来起动这同一出口电路。,只要上述保护其中之一动作时，就会使触发器发出脉冲，触发SCR导通，即通过该出口电路发出跳闸控制信号。,自动空气断路器的失压脱扣器S就是一个跳闸操作机构，当S有电时，开关才有可能合上闸，而当S失电时，开关就会自动跳闸，故可使出口电路的输出通过控制S，来操作自动跳闸。,晶体管继电保护装置都是间接动作式的，因此其出口电路的输出信号，要去控制一个跳闸操作机构。,正常情况下，发电机电压经变压器Bl的第三个副边绕组降压，ZL2整流后，对S供电，其电流方向由7点到8点
30、。,当保护装置出口电路的可控硅SCR导通时，使电源(2)通过SCR给S又加上一个方向由8点到7点的电压，此电压与电源(3)对S所加电压的方向相反，相互抵消，因此使S失压，开关自动跳闸。,2)过电流保护,发电机的三相电流分别经三个电流变换器LH1LH3进行检测，经三个单相桥式整流器D1D12进行整流，由C1、C2、R1滤波之后，通过三组并联的分压器，将电流信号最后变换成弱电直流电压控制信号。显然，分压器输出电阻上的弱电直流电压控制信号与发电机的强电交流电流信号成正比。,在电路图中，从左至右，第一组分压器R2、R26、R3为特大短路瞬时跳闸保护的信号检测电路；第二组分压器R4、R27、R5为短路短
31、延时保护的信号检测电路；第三组分压器R28、R6为过载长延时保护的信号检测电路。,(1)过电流保护的电压形成和整流滤波回路,(2)特大短路瞬时跳闸保护的起动电路,所谓“特大短路”，在这里是指接近电源处发生短路。因为短路路径特短，阻抗很小，故短路电流特别大。由于要求快速性，因此采用电流速断保护，瞬时动作跳闸。,特大短路保护的起动电路由稳压管W3和二极管D18构成。正常情况下W3截止，保护不动作。,当发生特大短路时，由R26整定的电压足以使W3击穿。通过D18，使C7迅速充电，BT几乎立即发出脉冲，触发SCR导通，使S失电，开关瞬时动作跳闸，此即实现了特大短路瞬时跳闸保护。,调整R26/1，可以在
32、(510)Itkoe的范围内整定起动电流值。这里)Itkoe是指脱扣器LH1LH3的额定电流，而不是开关或发电机的额定电流。例如：DW98400型开关的脱扣器额定电流的规格为100、150、250、300、400 A。DW9 8600的为500、600A。因而，在选择电流变换器LH时，要考虑到LH额定电流与发电机额定电流的相互配合。,(3)短路短延时跳闸保护的起动和时限电路,在离电源较远处发生短路时，发电机也会出现较大电流，根据保护选择性的要求，首先应由发生短路那一级的保护装置动作。若该保护装置失灵拒绝动作或动作迟缓了，发电机的短路短延时保护作为前一级保护的后备保护才动作，故它们需要有一个延时
33、时限上的配合。,短路短延时保护的起动电路和时限电路，主要由稳压管W2，晶体管BG3、BG4构成的射极耦合触发器式起动电路及充电延时电容C4组成。短路短延时保护的控制信号从检测环节的R27、R5输出，经D14、W2、R14加到作为监控器BG3的基极上。,在正常情况下，电流小于短路短延时的起动电流整定值，由分压器输出的电压低于稳压管W2的击穿电压值，W2截止，BG3无基极电流，亦截止，BG4饱和导通，C4上电压甚低，D19截止，故出口电路不工作。,当发生短路时，电流增大，由R27整定输出的直流控制电压使W2击穿，于是BG3导通，BG4截止。由BG4的工作电源经电阻R16、R32对C4充电。当C4上
34、的电压使D19正向导通后，C4与C7并联而被充电。电容被充电达BT峰点电压的时间，即为时限电路的延时时间。当充电达BT峰点电压时，BT发出脉冲，一触发SCR导通，使S失压，开关跳闸，从而实现了短路短延时跳闸保护。,对短路短延时保护，调整R27/1的动触点，可在(35)Itkoe的范围内整定起动电流值。调整R32的大小，可在(0.20.6)秒范围内整定延时时限，保护具有定时限特性。,(4)过载长延时保护的起动电路和时限电路,过载长延时跳闸保护的起动电路和时限电路，主要由稳压管W1，晶体管BG1、BG2构成射极耦合触发器式起动电路及电阻R11、R30、电容C3构成的充电延时电路组成。,发电机过载信
35、号，由电位器R28/1整定的电压取得。这一电压，一方面作为BG1、BG2直流工作电源，另一方面又经电阻R7和R8进行分压并从R8上取出电压信号加到起动电路的W1和BG1基极上。,对过载长延时保护，调整R28/1的动触头，可以在(1.02.5)Itkoe的范围内整定过载起动值。当起动值整定在1.2Itkoe时，调整R30的动触头，可在(530)s之间整定长延时的时间。,在发电机正常工作时，R8上的电压较低，稳压管W1是截止的，BG1无基极电流，也处于截止状态，BG2饱和导通，保护装置不动作。,当出现过载时，R8上的电压升高，使W1击穿，BG1饱和导通，BG2截止。这时，从R28/1上取得的电压信
36、号，经R11、R30直接对C3充电。C3上的电压按指数规律上升，进行延时。当C3上的电压上升到足以击穿W2时，延时完毕。W2被击穿后，同短路短延时保护动作过程一样，开关跳闸，从而实现了过载长延时保护。,在分析这一部分电路时，应注意两点：,长延时的信号是经过短延时信号的通道送出去的，但由于长延时时间远大于短延时的时间，因此长延时的时间主要决定于C3充电电路的时间常数。,对C3充电的电源电压是由过电流信号变换过来的，是随过载的大小而成正比变化的电压，因此虽然C3充电电路的时间常数不变，但延时不是定时限的，过载小时延时时间长，过载大时延时时间短，这就使过载长延时保护具有反时限特性。,1.5.2 DW
37、一95型自动空气断路器继电保护功能原理分析,1.5.2 DW一95型自动空气断路器继电保护功能原理分析,DW一95型自动空气断路器也是用半导体脱扣器做为继电保护装置的,由变压器Bl的第二个副边绕组(2)提供了晶体管的直流工作电源和操作电源。,由变压器Bl的第三个副边绕组(3)，提供了欠压延时跳闸保护的电压控制信号。由稳压管形W6、三极管BG5和电容C24构成了欠压延时跳闸保护的起动和时限电路。,该半导体过电流脱扣器采用过载长延时，短路短延时保护。过电流保护的信号由电流变 换器LH1LH3，经整流器ZLl，滤波器Cl、Rl、C2所提供。由稳压管W4，三极管BG3、BG4和电容Cl7构成了短路短延
38、时跳闸保护的起动和时限电路。由稳压管W1、三极管BG1、BG2和电容C5、C6构成了过载长延时信号及跳闸保护的起动和时限电路。,由单结晶体管弛张振荡器BT1和可控硅SCR1构成了跳闸保护的无触点出口电路。它是一个由各保护输出二极管D3、D8和D13构成的三端“或门电路所控制的装置总的出口电路。当“或门的一端有输入时，BT1即振荡发出脉冲，使SCR1导通。因而分励脱扣器线圈FQ有电，使开关跳闸。由BT2和SCR2构成过载长延时保护讯响出口电路。,该脱扣器的跳闸操作执行元件采用分励脱扣器FQ。当按下分励脱扣器按钮FA或使SCR1导通时，FQ将通电，使开关跳闸。图中DF1为开关辅助触点，WK为微动开
39、关，F为6V讯响器。,1.5.3 E系列万能式空气断路器保护装置,E系列万能式断路器配有微处理（电子式）脱扣器过电流保护装置，提供过载保护（L）、选择性短路保护（S）、瞬时短路保护（I）等保护功能。,L（长延时过流保护）,S（短延时速断保护）,当通过断路器的电流达到启动电流时，保护装置延时启动，其动作时间较长，为反时限特性。这一段过电流保护适用于过负荷保护。,当电路中的电流达到很大数值，亦即达到速断保护的启动电流时，断路器经过一个很短的延时（例如0.10.4s）立即跳闸。这一段保护适用于发生短路保护电流时的动作跳闸之用，一般称为短路短延时保护。,I（瞬动速断保护）,G（接地保护）,当短路电流足
40、够大时，这一段保护瞬时动作使断路器立即跳闸，其跳闸时间一般只有0.0150.016s。,当电路中发生接地故障，故障电流达到设定的启动数值时，保护动作，断路器跳闸。,1.6 自动空气断路器的选择,与选择电器的一般条件一样，选择断路器的条件，主要考虑额定条件、短路条件和功能条件三方面。,1.6.1 额定条件,（1）断路器额定电压 线路额定电压,（2）断路器额定电流与过电流脱扣器额定电流均应 线路计算负载电流,（3）断路器失压脱扣器额定电压=线路额定电压,1.6.2 短路条件,1)断路器的额定分断电流,断路器的额定分断电流表示断路器将预期切断的短路电流值，必须大于其工作电路短路后12周期时的对称交流
41、短路电流的有效值。,一般来说，低压断路器所在电路的电压越高，电路切断越困难。反之，电路电压越低，切断电流越容易。在选择断路器时，必须注意额定分断电流所对应的额定电压等级。,断路器的额定分断电流，与额定电压、额定频率、短路功率因数等参数有关。,断路器的额定分断电流都是指在50Hz和60Hz两个频率下实现的，如果在其他频率的电路中使用，必须与制造厂协商解决。,断路器的额定切断电流，仅用短路电流交流分量的有效值表示，但实际的切断电流包含有直流分量，并且短路功率因数越小，其直流分量衰减时间常数越大，则短路后12周期时的直流分量越大。因此，对于短路功率因数大于产品标称值时，其额定切断电流可以得到保证，而
42、对于功率因数小于产品标称值的电路则不能得到保证。所以，在选择断路器时，必须充分考虑实际电路的短路功率因数。,(2)断路器的额定接通电流,断路器的额定接通电流，是指在额定参数下，按照标准动作和条件，能够接通电流的最大值。,通常，交流断路器的额定接通电流，必须大于短路后12周期时工作电路的最大计算短路电流的非对称最大峰值，即所说的短路电流峰值。,通常，只对发电机用的空气断路器进行额定接通电流的校验，而对线路用的空气断路器(塑壳式断路器)未做硬性规定。,线路用断路器中装设了瞬时过电流脱扣装置，当断路器接通短路电路时，断路器瞬时跳闸。因此在断路器接通时，不能克服触头间产生的电磁反作用力而进行强制接通，
43、而是迅速地将其分断，故可不必进行接通电流校验。,而发电机主开关(万能式断路器)为实现系统选择性保护，不一定装设瞬时过电流脱扣装置，而要装设具有0.10.5秒左右的短延时过电流脱扣装置作短路保护。因此，在短路电路接通时，空气断路器要克服短路电流引起的电磁反作用力而接通，同时，一直到短延时过电流脱扣器到达整定延时之前具有通过短路电流的能力。,选择断路器的额定接通电流，必须大于其工作电路的预期非对称最大短路电流峰值。,163 功能条件,船用空气断路器通常用来作为发电机主开关，必须具有过载、短路、欠压和失压等保护功能。,（1)空气断路器的合闸、脱扣和锁扣,空气断路器的合闸操作方式有手动、电磁铁驱动、电
44、动机驱动等。,手动和电动方式一般带有贮能弹簧快速闭合机构，以增加操作的可靠性。,一般小容量（断流容量不大于20kA）且不要求遥控合闸的空气断路器可选用手动合闸方式。,电磁铁合闸方式结构简单，但冲击力较大。,空气断路器的脱扣操作可以采用失压脱扣器，也可以采用分励脱扣器。许多空气断路器只能在失压和分励脱扣器两者中提供一种。,军用舰艇以往通常要求其遥控断开，故选用分励脱扣器较多；而民用船舶则常选用失压脱扣器，而在其电路中设置断开按钮来达到遥控断开的目的。,为了防止电网长时间低电压运行，造成异步电机过热或并联运行发电机的无功环流，船舶要求发电机空气断路器设置欠压脱扣器。欠压脱扣器应有延时功能，以免电网
45、短暂电压降引起误动作。,有时要求在空气断路器上设置锁扣装置。以便在紧急情况下，可以将脱扣器锁住，防止其跳闸，进行强制供电。锁扣的应用仅限于很特殊的场合和特别重要设备的供电，不宜使用过多。,（2)空气断路器的整定电流,为了过载和外部短路保护，空气断路器需在两相上设置过电流脱扣器，并按需要配备长延时、短延时、瞬时等多段选择性保护，其动作特性和整定值应满足船舶电站的系统要求。,对于多台发电机组并联运行，还要设置发电机的逆功率保护，一般由逆功率继电器检测逆功率信号，并通过空气断路器的脱扣器实现发电机逆功率保护。,17 自动空气断路器常见故障及处理方法,1.8 万能式自动空气断路器实例,1.8.1 E系
46、列万能式自动空气断路器,ABB 公司生产的E系列万能式自动空气断路器，包括E1E7七种基本规格。,E系列万能式自动空气断路器安装方式有固定式和抽出式。,额定电压有500V和690V，额定电流从800A到4000A，分断能力从40kA到150kA。,E系列断路器包括分励/合闸装置（YO/YC）、失压脱扣器（YU）、弹簧储能电动机、辅助触点、操作计数器等附件。分励/合闸线圈（YO/YC）可以实现远程控制开关装置的分或合。,当电源电压出现很大的下降或波动时，失压脱扣器使断路器跳闸，失压脱扣器与安装在断路器外部的电子延时装置配合，使断路器延迟动作，这样可以避免在电源电压暂时下降或暂时故障时断路器脱扣。
47、,由于失压脱扣器与断路器间的机械闭锁结构，只有脱扣器有电压时断路器才能合闸。,弹簧储能电动机对断路器操作机构的合闸弹簧进行储能。辅助触点显示断路器的分/合、断路器位置及弹簧储能等运行状态。,（一）E系列万能式自动空气断路器型号含义,例如：E1B 1250 PR111/P-LSI R800 3P W HR表明：,3极E1系列万能式自动空气断路器，短路分断能力Icu=40kA，框架电流1250A，电子脱扣器三段保护（PR111/P-LSI），脱扣器额定电流800A，抽出式，水平后接线，标准附件配置。,（二）E系列万能式断路器操作机构,E系列万能式断路器操作机构是属于储能型，是用预先储能的弹簧操作。
48、,弹簧储能可以手动操作前面盘的拉杆或利用齿轮式电动机电动操作。弹簧储能是在合闸操作时自动储能的。操作机构可使用在整个系列产品上，同时也可装置机械及电气防震装置。,对于装有合闸及分闸装置和电动机储能装置的断路器，可实现远程分合闸。,断路器的分合闸操作可通过本体上的“O”、“I”按钮实现，也可通过外部控制电路实现。,1.8.2 MT系列万能式自动空气断路器,施耐德MT空气断路器,(一)、提供线路和负荷保护：额定电流：6306300AMT 6301600A（N）全球最小的空气断路器，尺寸统一MT 8004000A（H，L），尺寸统一MT 4000b6300A，尺寸统一3极或4极固定式或抽屉式10种电
49、子式保护单元，采用真实有效值测量具有可进行能量管理和电能质量分析的功能工作电压可达690VAC200/415VAC，分断能力42kA150kAMT NA，HA，HF型负荷开关可反向馈电可使触头瞬时闭合的储能机构,(二)、全系列的电气附件及辅助装置：可用于2台或3台MT断路器之间的手动及自动电源转换系统电动操作机构（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,(三)、符合主要国际标准及认证：IEC 609471和609472IEC 68230中2型抗湿热标准UL 489ANSI C 3750,1.8
50、.3 施奈德系列万能式自动空气断路器,1.8.3 施奈德系列万能式自动空气断路器,19 装置式自动空气断路器实例,1.9.1 S系列装置式自动空气断路器,由ABB 公司生产的S 系列装置式断路器，包括S1S7七种基本规格，额定电压有500V和690V，额定电流从125A到1600A，分断能力从10kA至100kA。S系列装置式自动空气断路器安装方式有固定式、插入式和抽出式，三极或四极不同规格，配有前接线端子或后接线端子。,1接线端子 2固定触头3灭弧室 4动触头5操作机构 6电子脱扣器,S系列装置式自动空气断路器包括分断单元、脱扣单元、操作机构、接线端子及辅助触点等部分。根据需要可加装失压脱扣
