环网柜的内部故障电弧试验.pdf

产品与解决方案
环网柜的內部故障电弧试验
白兵占
(ABB(中国)有限公司,北京100176)
摘要本文针对环网柜所需进行的内部故障试验,从压力,电弧温度及电场优化等方面进行
了闻述;剖析了试验成功与失败的原因。结果表明,畅通的卸压通道,加强的燃弧板结枃及良好
的电场优化是试验成功的重要因素
关键词:内部故障试验;环网柜;燃弧板
1故障电弧及其危害
排出。试验时全部开关处于合位置。该环网柜在
前、侧、后三面设置指示旗,如图1所示
环网柜是12~40.5kV重要的供电设备,除了保
证正常供电和切开正常工作电流外,还必须满足安
全要求,防止伤害到供电设备附近的相关人员,为
此国家电网对金属封闭开关和控制设备进行内部故
n
障电弧试验。GB3906-2006附录A对其试验布置
和试验设计以及合格判据进行了详细的说明
近十多年来,随着科技的发展,环网柜多采用
了全绝缘技术,出现内部故障的概率越来越低,但
Aif Crt
FOPYEN
是,但开关柜设备在使用过程中,由于操作和维护
故障、大气过电压和操作过电压、固体绝缘材料的
故障和负荷开关、断路器或熔断器过载等一些不可
图1指示旗布置
预知因素,还会引内部电弧故障,因此设计、试验、3短路故障室压力分析
生产能耐受内部电弧故障的开关设备十分重要山。
内部故障产生的电弧能量可达10量级,其破
根据国家电网要求,对环网柜进行了12kV
坏力惊人,根据用户的反馈,曾有一个200mn2的配2kAls的试验研究。图2是该环网柜的空间示意。
电室因PT柜爆炸,导致配电室有玻璃炸碎,而配
该环网柜主要由开关室,电缆室及机构室3部分组
电室原本很沉重的双层金属大门亦被推开,由此可
成,其中机构室是低压室,不会发生对人员有影响
见其威力
的高能量电弧。这里只对前两个室进行分析。
关于试验合格判据,可以通俗地理解,试验中
的指示旗就是模拟的电器设备运行中周围的人员
指示旗烧着就意味着人员受伤。可接触范围内柜体
开关室
外壳不允许有开裂和孔润,试验后外壳和接地良好
也都是为了保证人员的安全。
2内部故障试验袢柜及试验安排
电电电
缆「缆「缆
按照相应的国家标准,在设备出厂前对坏网柜
室「室室
的开关室和电缆室分别进行了短接。开关室将边柜
的三相直接短接。电缆室的短接位置为边柜靠近边
板的两相间。开关安装在500mm高的金属支架上
图2环网柜空间示意
模拟电缆沟。支架为半封闭结构,仅留一侧供气体
短路故障发生时的气体压力对柜体结构会造成
90电朮2013年第4期
产品与解决方案
冲击,要求柜体强度足以承受气体冲击。气体在燃试验表明电弧周围的零部件烧损严重,必须采取措
弧过程中的压力值与故障室的容积和气体排放的通施加强。表1和表2分别是电缆室和开关室在不同
道有密切关系。故障室容积越大,气体排放越顺畅,设计结构下的试验结果。
则最大气体压力越低,设备越容易通过该试验
表1电缆室不同设计结构下的试验结果
开关室为全焊接结构,其体积大约为单个电缆
样机「两层2mm两层2mm厚金属板,三层2mm厚金属板,
室容积的4倍,在该室底部有泄压孔,当压力达到
结构厚金属板「一层3mm厚绝缘板一层3mm厚绝缘板
大约2大气压时,泄压阀永久打开,热气体从泄压试验结果「失败
失败
试验通过
孔排除,压力最终完全释放
图片
图3
图4
图5
电缆室容积较小,电缆室发生燃弧故障时热气
流大部分向后排放,一部分也可向下排放,为此电
表2开关室不同设计结构下的试验结果
缆室后隔板和下底板尽量大的范围内设置泄压大方
样机结构
侧板无加强
侧板有加强
孔后再安装泄压片,并且泄压片能够非常容易打开。
试验结果
失败
试验通过
为保证燃弧时相关结构不被冲开,电缆室周围
图片
图6
图
各零件采用双折弯,插接等结构,有效地加强了彼
此间的联结,试验后发现电缆室结构无变形,结构
强度足够。
电弧温度对环网柜结构设计的影响
据资料的电弧模型,内部电弧可分为以下3
个阶段。
第一阶段,压缩阶段。在最初一段时间(5
图3
图4
图5
10ms)内,温度上升,并引起压力升高。在这个阶
段,由于故障室内部压力升高,与周围空气产生压
力差,在压力差的作用下,受热气体流动,泄压板
被打开进行泄压,并带走大量的能量。故障室内部
压力突然升高是该阶段的特征。
第二阶段,膨胀排放阶段。柜内气体压力开始
下降。由于不断有电能输入弧根处,内部形成空气
图6
图8
流、气体流与微粒流,这种高速气体炽热且含有
不难看出,随着结构的一步步加强,最终通过
定量的灼热微粒,是内部电弧所产生的外部效应。了燃弧试验。
第三阶段,热效应阶段。当大多数空气被排出
在电缆室试验过程中,亦曾将通过内部故障试
时,电弧周围的空气温度最终几乎达到电弧温度。验的相同结构的环网柜进行三相短接燃弧试验,试
从这个时刻起,绝大部分电弧能量作用到周围开关验未通过,而任何两相短接的燃弧试验均已通过,
设备中的固体元件上,开关柜有被烧穿的危险
这充分说明了电弧能量对电缆室结构设计有着多大
对于电弧的第一阶段,顺畅的泄弧通道是将内
的影响。
部压力释放的关键,不仅可以使燃弧试验顺利成功,5电场结构的优化
而且可以降低环网柜的材料成本。
电弧的第
阶段与燃弧时间关系密切,由
开关设备在正常工况下,开关室绝缘介质为六
电源输入的能量除了一部分由热气体沿泄压通道释氟化碗,电缆室为电缆头复合绝缘设计,故相间及
放外,剩下的能量由电弧转化成热量不断加热周围相对地间距离较小的情况下也能够耐受标准规定的
的空气,因而随着时间的増加,电弧周围开关柜设工频电压和冲击电压。但是在进行内部燃弧故障试
备的材料逐渐被烧蚀。
验时,试验工况不同于正常工况。为减少对环境的
标准规定燃弧时间为0.1s,0.3s,0.5s和1s。为满影响,开关室绝缘介质一般充空气或氮气,电缆室
足市场要求和保障人员安全,本试验分析考虑1s。
(下转第99页
2013年第4期电气技朮91