摘要：章介绍了三段保护直流断路器的选择方法，结合目前国内生产的直流断路器的性能，以直流典型设计的一组蓄电池单母线接线和两组蓄电池单母线分段接线方式为例，说明各断路器的设计选择方法，供大家参考。
1概述
根据目前掌握的资料，国内外的直流断路器均为二段保护（过载长延时保护和短路瞬时保护），存在以下问题：一是选择性差，尤其是大容量机组电厂和超高压变电所，直流系统复杂，多采用直流分配电屏方式，从蓄电池引出至zui末级负载有3～4级断路器，如果在相邻两断路器后发生故障，通过的短路电流相差不多，可能发生超级跳闸，导致失去直流电源的范围扩大；二是由于短路电流与蓄电池型式和容量、连接导线和电缆及蓄电池充放电过程母线电压偏移，都使短路电流差异较大，在实际运行中断路器越级误动时有发生。为此，北京人民电器厂研制成功g系三段保护（过载长延时保护、短路瞬时保护和短延时短路保护）。该断路器的短延时短路保护按额定电流的不同具有10、60、120、240ms的短延时动作跳闸，可为供、配电回路选用不同延时的断路器，如zui末负载为瞬动，分配电屏馈电断路器为10ms，直流屏馈电断路器为60ms，蓄电池出线为120、240ms……等。保证选择性要求，现以典型设计中的一组蓄电池单母线接线图1和两组蓄电池单母线分段接线图2为例，说明各断路器的设计选择方法。
2设计选择要求
直流断路器的设计选择应满足以下要求：
2．1额定工作电压：应大于直流回路电压；
2．2额定工作电流：应满足回路zui大负荷要求；
2．3短路分断能力：根据电力部标准dl／t5044—95的要求，蓄电池容量在2000ah以下时，220v不能低于20ka，蓄电池容量1000ah以下时，110v不能低于10ka，当蓄电池超过上述容量时，要按实际容量进行计算。
2．4选择性：断路器上下级之间的动作电流和时间应保证选择性要求：计算断路电流和选择断路器时还应考虑直流母线电压高于额定电压5％和蓄电池终止电压时（一般为80％额定电压），蓄电池提供短路电流的差异。
2．4．1过载长延时脱扣器的选择性，一般上下级的断路器额定电流应有2—4级之差。
2．4．2短路特性配合包括：
（1）短路瞬时脱扣器整定电流配合；
（2）短路短延时脱扣器的短延时时间配合。
直流断路器脱扣器的动作电流idz为：
idz=kgin（1）
式中kg一断路器脱扣器整定倍数
in一断路器的额定电流
为保证脱扣器动作的选择性，其灵敏系数kl为：
kl=id/idz≥1.25（2）
3额定电流的计算
3．1直接向负载供电的直流断路器dm5的额定电流
3．1．1对控制、保护、信号及照明等回路断路器的额定电流in,按回路短时工作电流之和选择，即：
in=ksinig（3）
式中ig一馈线回路工作电流之和；
ksin一系数，取0．6～0．7；对单一负荷供电时取1
3．1.2向直流电动机供电断路器的额定电流in，按电动机起动条件选择，即：
in=kphiqd（4）
式中iqd—电动机起动电流；
iqd=kqdidn
（idn为电动机额定电流，kqd—电动机起动电流倍数）；
kph一配合系数，取0．3—0．35。
3．1．3对断路器电磁操动机构合闸回路馈线断路器的额定电流in，按合闸电流选择，即：
in=kphihq（5）
式中ihq--断路器操作机构合闸电流
kph—配合系数，取0．2—0．3
对断路器弹簧操作机构和液压操作机构，跳、合闸电流很小，可按式3进行选择。
3．2馈线给多个负载，即图1、图2中的直流分配电屏馈电回路断路器dm4额定电流。
3．2．1供电给多回路控制、信号、保护及照明等回路的断路器的额定工作电流in，按回路短时工作电流选择，即：
in=∑igl+ksin∑ign（6）
式中∑igl一连续工作负荷的工作电流之和
∑ign--短时工作负荷的工作电流之和
ksin一同时系数，取0．7~0．8
3．2．2多台直流电动机供电的断路器的额定工作电流in按电动机的起动电流和额定电流选择，即：
in=kphmaxiqdmax十∑ksinidn。（7）
式中iadmax—zui大容量的一台电动机起动电流
kphmax一zui大容量电动机的配合系数取0．3—0．35
idn为其余电动机的额定电流
3．2．3为保证过载反时限保护的选择性要求，上下两级间断路器（dm4和dm5）的额定电流选择的原则为：上级断路器（dm4）的额定电流大于下级断路器（dm5）的额定电流，它们之间的级差为2—4级，见图1、2。根据式（5）（6）（7）计算结果和级差选择性的原则，取其大者为dm4的额定电流。
3．3直流母线向直流分配电屏供电回路的断路器dm3
3．3．1按直流分配电屏上全部用电回路的额定电流之和，根据式（6）（7）计算求得额定电流。
3．3．2过载反时限保护的选择性要求，根据式（6）（7）计算的结果和级差选择性原则求得额定电流。取以上两种情况计算的额定电流的大者为dm3的额定电流
3．4直流母线分段断路器dm2
如果单母线分段每段都装设蓄电池组时，因正常蓄电池不并联运行，故分段回路可不设保护电器，推荐装设gmg系列操作隔离开关。对小容量直流系统，如果只设一组蓄电池组的分段母线回路也可设保护电器。
dm2的额定电流按以下原则选择：
3．4．1按较大电流的母线上供电的负载工作电流选择，即
in=ksin∑ibuse（8）
式中∑ibuse较大电流的母线段上全部负载的工作电流之和
ksin一同时系数，取0．5~0．6
3．4．2如果dm2作为保护电器，按过载反时限保护的选择性要求选择额定电流（dm2为上级，dm3为下级），根据式（8）计算结果和级差选择性原则求得，取以上两种情况的额定电流的大者为dm2的额定电流。如果dm2只作隔离开关时，按式（8）选择。
3．5直流屏直接向负载供电直流断路器dm6
dm6的额定电流可按式（3）（4）（5）计算，但为了保证其可靠性，可以提高2级电流选择。
3．6蓄电池组输出断路器dml
3．6．1断路器dml的额定电流按蓄电池的1小时率放电电流加大1级选择，即：
in=i1=5.5i10（9）
式中i1一蓄电池1小时率放电电流，
i1=0．55c1o
i10一蓄电池10小时率放电电流
i10=0．ic10
c10一蓄电池10小时率放电容量
为保证可靠性，dml应按式（9）选择的电流加大1级。
3．6．2过载反时限保护选择性条件，即根据式（9）计算结果和按直流母线上zui大额定电流断路器的级差选择性原则来选择额定电流。取以上两种情况的大者为dml的额定电流。上级为dmi，下级为dm3（dm2）。
3．7充电装置输出断路器dm7
断路器额定电流按充电装置输出电流选择，即
in=kkinqn（10）
式中inqn一充电装置输出额定电流
kk一可靠系数，取1．5
因蓄电池组外特性比充电装置的外特性平，母线或馈线上短路的短路电流大部分由蓄电池承担，充电装置提供的短路电流很小，同时充电装置有限流特性，故充电装置输出断路器不需要与其他回路的断路器配合。
3．8蓄电池放电回路的断路器dm8
dm8按蓄电池的放电电流选择，即按式（9）计算。dm8可不进行选择性配合。
3．9直流回路的绝缘监测、电压监视、电压表回路等断路dm9
因为这些装置目前均为微机构成的装置，消耗功率很小，故根据各装置的工作电流选择，一般可选用gmn20r的3--6a断路器即可。
4保护选择性计算
4．1过载反时限脱扣器，按实际工作电流选择及保证上下级断路器的选择性要求的原则进行：见上述2、3原则。举例如下：
gmn20r、gm32、gmb32
上级为16--20a下级为6a
上级为32--40a下级为16a
gmbl00：上级为100a下级为50a
gmb225：上级为160—180a下级为100a
gmb400：上级为400a下级为250a
gmb800：上级为700-800a下级为400a
gmbl250：上级为1250a下级为800a
gmbb2000：上级为1600—1800a下级为1000a
如果同一壳架电流等级不能满足2—4级差时，可按同样的原则选择不同壳架的断路器电流等级，此时级别按3--4级差考虑。
4．2瞬时脱扣器的电流整定
4．2．1瞬时脱扣器的整定电流idzi为：
idzi=icw/kk（11）
式中icw一短路短延时zui大耐受电流
kk=1.2
4．2．2gmb系列瞬时脱扣器icw出厂已设定：
gmb32为251ngmbl00为5ka
gmb225为7．5kagmb400--800为10ka
gmbl250为12kagmbb2000为15ka
通过各短路点的短路电流计算，校核各级断路器的动作情况，见实例。由于有些上下级断路器通过的短路电流相差不多，有可能出现越级跳闸不能满足要求的情况，此时就应选择gmb、gmbb型具有三段保护的直流断路器，即带短延时脱扣器。
4．3短延时脱扣器的电流整定和延时配合：
4．3．1短延时脱扣器的整定电流idz2为
idz2=kgin（12）
式中kg—整定电流倍数，
in一断路器额定电流
为保证动作选择性，灵敏系数kl为
kl=id/idz2≥1．5（13）
式中id一短路电流
4．3．2短路短延时脱扣器的延时配合
gmb、gmbb带短延时脱扣器，当短路电流大于i0in至少小于短路短延时zui大的耐受电流值（icw）时，经短延时（10、60、120、240ms）使断路器跳闸，当下一级断路器短路电流在上一级断路器的延时时间内消除，回复到额定电流时，上一级延时机构恢复到原始状态，上级断路器不会跳闸。不同壳架类型的断路器短延时范围不同，见表1：
5说明
5．1系统的短路电流，因涉及蓄电池的特性、馈线导线或电缆长度和截面不同等因素，故实例中的短路电流按一般情况考虑，只为选择时参考，各工程应根据具体情况计算。
5．2对直流母线的馈线和直流分电屏上的馈线，可能为直接至负载，也可能先到供电母线再引到下级馈线或负载，馈线至供电母线的断路器额定电流及短延时配合按照上述原则考虑。对直接到负载的馈线断路器，可以不设短延时。
5．3设计其他直流系统接线的直流断路器可参照上述原则选择。
6根据上述计算选择，图1、2中的各断路器的选择结果见表2。