开关柜内电弧故障危害及防范

开关柜短路故障电弧,对设备及人身安全均造成严重威胁。开关柜内发生电弧光故障,会引起压力和温度的迅速增加,产生如下主要危害:

电弧光中心温度约为10000~20000°C,导致柜内铜排、铝排及其它设备熔毁气化
高温致电缆熔毁,电缆护套着火
弧光冲击波导致开关设备剧烈振动,使固定元件松脱
弧光冲击波以300m/s的速度传播,造成临近设备破坏
燃烧产生的有毒气体被人吸入会产生生命危险
弧光的光强约9000LUX,而人眼感受到光强约300LUX,使人的眼睛刺伤,暂时性失明
开关柜内弧光故障,对变压器而言是出口短路,容易造成变压器绕组变形
电弧的声音强度高达160db,爆破音损伤听觉系统,甚至引起休克
爆炸碎片飞射,造成人员伤亡
开关柜柜内弧光持续时间长,会造成开关柜火烧连营
开关柜内电弧故障危害

柜内电弧故障危害的防护

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开关柜检修

为了尽量降低开关柜内电弧故障造成的危害,目前主要有三种措施手段。一是主动防护,比如运检人员作业时穿戴专用的弧光防护装备。二是提高开关柜内燃弧能力,开关柜应选用IAC级(内部故障级别)产品,且均通过相应内部燃弧试验;燃弧时间应不小于0.5s,试验电流为额定短时耐受电流。三是,限制燃弧时间,尽快地切除故障电弧。

燃弧能力的提升,对制造方而言是制造成本的显著升高。因此,很多事故暴露出开关柜实际性能达不到型式试验柜的标准,难以普遍地实现抵抗燃弧故障破坏。

开关柜内弧光故障造成的危害,故障电流大小、发生位置和持续时间是决定破坏性大小的三个关键因素。其中电流大小、发生位置,对于具体的设备而言是不可控的,而持续时间则是可以控制的。

根据统计资料,燃弧时间和破坏结果之间关系如下表。 

燃弧时间破坏情况处理需求
小于35ms无显著损坏开关柜经绝缘检测试验合格后一般可以投人使用
小于100ms损坏较小开关柜经内部清洁,简单维修,检验合格后可以再次投入运行。
500ms损坏严重开关柜更换部件大修,重新使用前需经全部试验合格,严重的开关柜报废更换设备。
燃弧时间和破坏结果表

下图是电弧作用下,各种材料损坏所对应的时间。在给定具体设备的前提下,一般认为电弧切除时间小于85ms时,基本能够保障设备不受损。为了保证设备损坏在可接受的范围内,且最大程度的保护人身安全,电弧的切除时间一般认为应该控制在100ms以内。

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短路电流与电弧时间

         
几种继电保护配置方案切除故障需要继电保护装置和断路器配合工作实现。断路器的动作时间是固定的,因此切除电弧的时间实际上是由继电保护动作时间决定的。

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高压中置柜结构图

开关柜出线保护一般配置过电流保护,当开关柜内电流互感器以下发生电弧故障时,可以通过过流、速断保护动作切除故障。其速断保护动作时间可设置为零秒,因此具备100ms内切除电弧的能力。但如上图所示的开关柜中,如果电缆仓位置发生电弧故障,很大概率上会因为电弧、金属飞溅等原因造成开关仓、母线仓发生继发故障,从而使出线保护失效。

变压器后备保护当故障发生在开关室、母线室的时候,原则上是由变压器后备保护动作切除故障。 但变压器后备保护要和出线等保护进行配合,其动作时间一般会大于0.5秒,甚至达到1.5秒,因此不具备快速切除故障电弧的可能。

本文为原创文章,作者:国电小二,如若转载,请通知我们,也请注明出处:https://dldui.com/power-tech/harm-and-prevention-of-arc-fault-in-switch.html

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