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开关设备中的故障电弧及其防护
发布时间:2022-04-01 15:11
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在开关设备中,内部故障电弧变乱很少发生,但不及完全避免。它一旦发生,将对人身及设备造成极大的风险。是以,熟悉故障电弧的风险并加以防护,是开关设备设计、制造和运行等部门的共同职责,并且国际电工委员会和列国标准对内部故障电弧的试验和判据都作出了加倍明确的划定。

故障电弧可以在很短时候内形成高压力和高温。如在低压开关设备中,故障电弧会在10ms内将温度升高到13000K,同时在约15ms内将压力上升到约2×105Pa~3×105Pa。设备内的零部件,例如门,在这样的高压力作用下会离开固定机构并被掀开。高温还使设备内发生熔化和蒸发过程,后果发生毒气,毒气又在压力作用下向外排出。这会对临近的工作人员带来生命危险。工作人员吸入毒气造成消亡的例子不少。而更多的景象是烧伤皮肤和使人目眩。

除了人身危险外,还有设备的损坏,如建筑内的开关设备和二次系统些许地或所有地被毁坏。即使毁坏过程结束后,用户还要承受长时候停产及昂扬的变乱费用。

凭证德国周详机械和电工手艺职业协会(BGFE)的变乱统计告诉,故障电弧变乱约占总电流变乱的25%。若是将电流变乱与运行中常规变乱的人均费用作一对照,则2000年的电流变乱为29654欧元,而正常运行变乱仅为4484欧元。统计还显示,2000年电气专业人员在电流变乱中受危险占60%以上,而34%的电流死伤变乱则发生在开关设备中。

2内部故障电弧的试验及判据

正因为故障电弧涉及到人身和设备安然,引起了国际社会和列国的高度重视。在低压手艺中,有关低压开关设备内部故障电弧的国际试验标准为IEC/TR361641:1996-01。在德国甚至欧洲的试验标准为DINEN0660—1附录些许2。这些标准包括了“故障电弧前提下的人身防护”和“故障电弧前提下的设备防护”等名词术语。故障电弧前提下的人身防护,是指开关组合电器在故障电弧的机械和热力作用下限制危及人身安然的能力。故障电弧前提下的设备防护是指开关组合电器在故障电弧前提下限制影响设备功能的能力。人身防护和设备防护试验,包涵不了所有的风险效应,诸如有毒气体、光辐射、热气流、声压和高压力等。

低压开关设备的故障电弧防护分“组织上的故障电弧防护”和“故障电弧防护装备”。组织上的故障电弧防护是经由开关组合电器的组织来实现的,以防止故障电弧的发生。组织上的故障电弧防护只能在设备封闭景象下限制故障电弧的效应,一旦设备被打开,则不起作用,这就需要附加防护装置。

在中压开关设备方面,国际电工委员会(IEC)现对迄今的中压开关设备标准IEC60298进行了修订。修订的重点放在利用的安然性、可哄骗率及维护方面,这就是说,标准的划定更多地放在利用目的上,而较少存眷组织特点。基于此种改变,将中压开关设备重新划分了等第,并对故障电弧的防护也经由试验法度和评价判据使之加倍明确。国际电工委员会将以新标准IEC62271—200代替老标准IEC60298:1990-12。

在将来的新标准中,故障电弧防护的地位有了较着的提高,对试验前提作了划定,而不再是制造商和用户之间协商,同时弗成对判据作选择。

试验前提划定,试验至少由两面开关柜组成,并且对每个隔室的试验,至少在一个终端柜进行。试验持续时候的优选介绍值为1.0s/0.5s/0.1s。

新标准对试验的判据也作了填补和修订。新的5条判据如下:

判据1:门和盖仍应封闭;若没有任何些许抵达指示器或墙壁,可接管有变形。其附加前提是,若是设备在安装与试验时需要更接近墙壁时,其永远性变形应小于划定的对墙壁距离,并且喷出的气体不得朝向墙壁。

判据2:试验时代,壳体不得泛起碎裂;不得有单重至60g的物体飞出。

判据3:在直至2m高度处,可自由接近的壳体外些许,不得烧穿成孔洞。

判据4:指示器不得受热而点燃(垂直和程度指示器包括在一个判据内)。

判据5:接地连接仍然有效。检修经由目检,需要时(有思疑时)经由测量。

经由试验后,将等第IAC(内部故障电弧等第)标记在铭牌上,并附下列申明:可接近等第A、B或C,接近侧标明“F,L或R”(前面,侧面,后面),并标明试验电流(kA)和试验持续时候。

这样,故障电弧防护试验因为有了明确的试验前提和判据,使之加倍具有可比性,用户更轻易评价其安然性。

3故障电弧的防护

从总体上来讲,故障电弧的防护分积极防护和消极防护。前者防止电弧的发生,后者限制电弧的负面效应。

积极防护办法如下:

(1)组织办法:①将带电件绝缘和些许绝缘;②组织设计中不形成弧根;③采用耐弧绝缘材料;④设立隔离壁和隔板;⑤有足够的导体间距离、空气和爬电距离。

(2)利用的元件:①利用损失能量小的电气设备;②采取过电压呵护。

(3)运行经管:①对设备进行查抄和维护;②对设备进行空调;③查抄接触和连接部位;④清洗和检修绝缘件。

(4)防止误操作:①进行电气和机械联锁;②进行人员培训。

消极办法主如果限制电弧发生的消极效应。消极办法包括:

(1)空间限制:①利用耐压和耐热的材料;②设备总体按耐压温度和耐热性设计。

(2)限制电弧能量:①经由带短路装置的故障电弧防护装置限制电弧持续时候;②经由限流器限制电弧的能量。

内部故障电弧的能量很大,其风险极大。如在一条短时耐受电流为25kA和电弧电压约为600V的20kV电力系统中,电弧保释的能量为40.5MJ。这个能量可使15.6L的水在1s内蒸发,或使42kg的铁在1s内熔化。

内部故障电弧保释的大量能量,会使压力急骤上升,并造成严重的热效应。是以,开关设备制造商已熟悉到内部故障电弧造成的严重后果,纷纷在自己的开关设备上采取办法,限制内部故障电弧的结果,削减其影响。日常来说,一个机能好的开关设备均采取积极和消极这两种办法,以达到最佳限制内部电弧的结果。在现有的消极办法中,故障电弧防护装置是削减电弧能量的好体式。

4“Arcon”故障电弧防护装置

故障电弧防护装置由传感手艺、计值单元和灭弧装置组成,以确保最大人身和设备安然。这是德国Moeller公司研制的新品。它将故障电弧的效应限制到它的弧根处。该装置在废除了故障原因和交换灭弧装置后又作好了运行准备。


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