开关柜内电弧故障危害及防范
酷酷的小虾米
2021年11月01日 09:55:05
只看楼主

开关柜内电弧的危害 开关柜内短路故障电弧,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

开关柜内电弧的危害

开关柜内短路故障电弧,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


柜内电弧故障危害的防护


(图片来自网络)

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35

ms

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。

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。

              (图片来自网络)      

     
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。        


(图片来自网络)      
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。         
母线保护        
母线保护可以实现母线仓内、开关仓内短路的快速切除。但如果故障波及到了电缆仓,或者是电弧跨接了电流互感器,可能会造成继电保护拒动。同时由于接线较复杂、成本较高等原因,开关柜一般不配置母线保护。        
另外,传统上对35kV以下电压等级,电网稳定性等方面的因素考虑很少,因此《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范》在这个电压等级,一般不配置母线保护。        
弧光保护          
坦白的讲,弧光保护我也是关注这篇主题的时候,看到的资料,确实是孤陋寡闻了。        
弧光保护的原理很简单,就是在开关柜内布置弧光传感器,判断柜内发生了电弧故障。同时配置电流元件,实现对弧光传感器判别的闭锁。弧光传感器判断发生了电弧,电流元件判断出现了过流,两个条件构成与的关系,驱动保护动作。        
感觉弧光保护在电网中应用的较少,因为以10kV为代表的母线设备及相应的开关柜设备故障对电网的影响较小,因此对速动要求不高。目前弧光保护更多的应用在发电厂和电力用户的设备中。            
实际工作中,10-35kV开关柜发生柜内故障,造成设备损坏甚至人身伤害的案例层出不穷,反映出我们在设备制造、保护配置、人身防护等方面还有很多事情需要做。           
免费打赏

相关推荐

APP内打开