中压开关柜内部弧光短路故障的危害及防护措施

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1、中压开关柜内部弧光短路故障的危害及防护措施发布时间：2012-03-0815:25:28浏览次数：(23)1．引言近年来,中压开关柜由于各种原因发生内部故障而被严重损坏、有的甚至发展成多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”的事故；而主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故也逐年增加，据统计，全国110kV及以上等级变压器因外部短路故障造成损坏的事故已达到事故总数的50%以上。此外，开关柜内部弧光短路故障还可能波及站用直流系统发展为系统故障。这些时有发生的事故严重威胁着配电系统的安全经济运行，已引起国内电力部门的高度重视。[1-6]实际运行经验表明，由于造成开关柜内部故障的原因很多，尽管采取了各种

2、加强开关柜的措施，但由于开关柜弧光短路故障及引起的电力设备损坏仍时有发生。所以，除了严格保证开关设备的制造质量、按照相关规程进行正确维护和操作以外，还必须配置快速动作的保护装置，一旦发生内部弧光短路故障能快速切除，最大限度的保护设备和人员免受严重伤害。本文首先简要说明中压开关柜的产生内部弧光故障的原因及故障特性；然后介绍开关柜内部弧光故障的危害及防护措施；最后提出对开关柜内部故障保护的中低压母线保护的要求，并介绍一种新型的电弧光中低压母线保护系统。2．中压开关柜内部弧光短路的故障特性2．1弧光短路故障的形成1）引起开关柜内部弧光短路的原因[1，2，8]引起开关柜内部弧光短路故障的原因很多，例

3、如结构设计不合理、制造质量不佳、设备材料绝缘老化、机械磨损、运行条件恶劣（高温、潮湿、污秽、化学侵蚀等）、用户维护不当和误操作、外力因素（小动物的进入、工具等外来物件遗漏在开关柜内等）、电网结构的改变（系统容量增大、接地方式的改变、电缆应用的增多、系统谐振过电压、保护及自动装置配置不当等）等等。因此，尽管开关设备发生内部弧光故障的概率不高，但却是不能完全排除的。而一旦发生开关柜内部弧光短路，会给附近操作人员和设备造成极大的危害。2.2电弧形成的四个阶段中压开关柜内部弧光故障的形成，将经历以下四个阶段：[7]第1阶段，即是压缩阶段，持续时间约5~15ms。在这一阶段温度上升，并产生动态压力波。

4、第2阶段，即是膨胀阶段，持续时间约5~15ms。在这一阶段短暂的时间内，因燃弧区和周围空气之间存在压力差，开始产生气流。第3阶段，即是辐射排放阶段，这一阶段可能持续几百毫秒。在这一阶段由于电弧能量继续输入燃弧点，产生空气流、气流和微粒流。这种强力高速气流的热量及所带的炽热微粒，内部电弧开始形成对外部的影响。第4阶段，即是热效应阶段，亦即为燃弧的最后阶段，它持续直至电弧熄灭。在这一阶段最终包围短路电弧的空气几乎达到电弧的温度。从这一阶段开始，大部分燃弧能量作用于开关设备的固体零部件。此时开关设备有烧穿的危险。故障清除后，这一阶段随之结束。2.3电弧的故障效应[7，8]开关柜内部故障电弧燃烧期间

5、产生的电弧效应包括压力效应、热（燃烧）效应、辐射和声效应，如图1所示。这些电弧效应将损害开关设备，并可能对附近的工作人员造成伤害。图1.故障电弧效应及危害2.3.1压力效应燃烧的电弧将周围的空气加热，引致空气急剧膨胀，并在开关柜内部产生巨大的压力。在最坏的情形，开关柜的门可能被炸开，不牢固的开关柜侧板、顶板以及建筑物的墙由于压力可能会倒塌。此外，所产生的压力也会使某些不牢固的或独立的部件从开关柜中抛出，对附近工作人员造成伤害。在新的设计中已考虑到开关柜在能承受较高的压力。在试验中，测量的压力已超过120kPa(1200kg/m²)，它是通过压力释放阀或开口来达到这一压力耐受能力的。2.3.2

6、热效应电弧的热（燃烧）效应作用于电极、柜门、柜壁以及母线上。在这些地方，燃烧的气体和热粒子爆发到外界环境中去。燃烧的电弧将使电极材料熔化和蒸发。部分熔化的材料在周围飞溅，其中一部分与空气混合。作为电弧燃烧持续较长时间的地方，电极将最大程度地遭受这些热点的作用。电弧的燃烧效应可能切开母线和导线，在门、墙或天花板上燃烧成洞，设备可能受到毁坏。除了电弧本身的燃烧效应以外，电弧可能引致建筑物材料或电缆火灾。灼热的气体、甚至是燃烧着的气体可能从开关柜中爆炸而出，引起设备损坏或人员伤害。由于灼热气体的热辐射，站立在附近的工作人员的衣物可能着火。电弧燃烧所产生的气体也可能有毒的，因为它们可能包含例如象一氧

7、化碳、铜或铝的蒸气。2.3.3辐射和声效应来自电弧的直接辐射一般不会对人员产生直接的危险。这是因为辐射水平低于危险水平（25W/cm²）。然而，电弧燃烧所以产生的明亮的光可能引起暂时性的失明，它连同大的爆破声效应可能引起工作人员休克，而这也将增加伤害的危险性。3．开关柜内部弧光短路故障的危害开关柜发生弧光短路故障的产生的危害，主要表现在造成现场工作人员的伤害，对开关设备及邻近配电设备的损害这二方面。3.1弧光