摘要：一般配网变电站中10KV高压配电柜是所有设备中电压等级最高的，其内部燃弧故障，是该设备最极端、最严重的故障，它会对设备操作人员、行人、开关设备甚至对所处的建筑物造成伤害，所以，谈论配网开关柜内部燃弧故障及泄压通道是为了在极端情况下，如何保障其他设备以及人员的安全，尤为重要，是用电安全的最后一道防线。
关键词：10KV配网开关柜；内部燃弧；泄压通道
一、配网开关柜内部燃弧故障
配网开关柜内部燃弧故障，发生概率小，但危害巨大，IEC62271-200-2003列为必做试验，GB3906-2012列为选做试验，国家电网2016年将配网用开关柜中将其列为必做试验，这说明我国在配网上越来越重视设备安全的重要性。这里我们了解一下10KV开关柜内部燃弧的一些参数。
燃弧时，视其故障电弧的能量和燃烧时间，在电弧根处的温度会升到10000℃，甚至有可能升到20000℃。此时，由于铁的熔点1535℃沸点2750℃，铜的熔点1083.4℃沸点1524.8℃，弧根处的材料融化气化，在电极之间形成导电连接。随着电流的不断增大，温度不断上升，并在电极间形成等离子体。电弧的快速加热效应，有一个过程，此过程可分为4个阶段，并在1000ms内造成严重的后果。故障电弧可在120~360ms内开断。
A压缩阶段：电弧快速加热空气，造成爆炸式的压气升高。在最初5~15ms内，形成30~50t/m²的压力负荷。这种压力的升高或这种压力波，会使门或盖板甩出，壳体破裂或隔板断裂。随着电弧的点燃和压力的突然形成，会产生爆炸声，其声压水平在140dB以上。
B澎湃阶段：压缩阶段过后，炽热气体从故障开关柜逸出。空气被带走，在开关柜内，短时间形成低压力。
C排放阶段：开关柜内的压力仅少许高于设备所在建筑物内的压力。在建筑物内，压力已上升。建筑物的墙壁只能承受下列数值的压力，24cm普通砖墙约为0.1 t /m²，24cm水泥板约为 7 t /m²，24cm预制水泥板约为16 t /m²。为使建筑物不受压力增高或震动力的损坏，必须设置泄压通道。
D热效应阶段：这个阶段一直延伸到燃弧时间终了。在这个阶段，电弧能量完全作用于固体零件。此时，铜连接、开关、塑料及绝缘材料熔化或者气化。
根据研究，有一个结论：燃弧的电弧能量与短路电流值、引弧点长度和位置有关；燃弧过程的最大压力与电弧能量、开关柜的容积、泄压通道的大小和泄压板的重量有关。
二、故障电弧的防治
中压开关设备中的故障电弧虽很少出现，但故障释放出的能量会造成人身、设备和建筑物的严重损伤和损坏。
图1 故障电弧及其效应
图1示出故障电弧效应。表1示出故障电流最常出现的部位、产生的原因及降低故障概率可能采取的措施。
表1 内部故障产生的部位、原因及降低故障的可能性或减少其他危害的措施的实例
几个措施也可大大降低损害程度：使用能耐受故障电弧的开关设备；配装电弧能量吸收器；在墙壁和盖板上加设释压装置。
三、配网开关柜内部燃弧的泄压通道
配网开关柜发生故障引起内部燃弧后，对开关柜内部形成巨大应力的同时产生大量有毒烟雾，两者必须及时引导扩散出去，当前比较有效的方法是，本柜的泄压通道和从开关柜引导到配电室外的泄压通道。
（一）开关柜自身的泄压通道
实验证明电弧先烧穿1mm的钢板后，中间隔着一层空气，再烧穿2mm的钢板的时间比电弧直接烧穿3mm的钢板所花的时间要长得多，同时两层钢板形成的夹缝可以大大吸收燃弧形成的压力。对于10KV开关柜，断路器室、母线室、电缆室三个高压室必须设置泄压通道，一般泄压通道的钢板一侧用钢制螺栓或钢制铰链，一侧用塑料螺栓，方便泄压通道的打开，也可以将泄压通道的盖板设置成盒子状，提高防护等级，增加平时的散热功能。实验证明，开关柜内部故障时产生的压力与柜宽没有明显的关系，而泄压通道越大，泄压板的质量越轻，内部故障瞬间产生的压力就相对越小。具体能够承受的燃弧能量，需要具体试验验证，验证时断路器室、母线室、电缆室三个高压室分别做三个试验，试验电流推荐16KA、20 KA、25 KA、31.5 KA、40 KA、50 KA；实验时间推荐1s、0.5s、0.2s、0.1s。
（二）开关柜至配电房外的泄压通道
开关柜至配电房外的泄压通道，也称排气管道，主要承担的是烟气通道的作用，当然仍然承受一定的燃弧压力，具体也可以通过实验来验证，模拟实验时，排气管道开口的末端距另一端开关柜端口至少2m。排气通道，可以同时将断路器室、母线室、电缆室三个高压室的泄压口同时覆盖，也建议将同组合的高压柜全部覆盖，设置在一个排气通道内，这样做的好处是放大排气通道的体积，减少泄压压力，尽量大的承受由于燃弧释放的压力和飞溅物。有的方案提出，在泄压通道和单台柜泄压板间设置能量吸收装置，笔者不建议。其原因是，燃弧能量太大，泄压通道上的任何物体都会加大泄压时的阻力，使得燃弧时内部压力加大。
泄压通道在配电室墙壁的端口应设置防护网，防止雨水和小型物体的反向进入。同时应设置排风扇，排风扇的方向建议设置与通道向下呈90度，防止燃弧压力损坏排风扇，保障燃弧产生爆炸之后出现的有毒气体能够在短时间内得到引导，尽快的排到室外，以保证故障抢修人员能够在安全的环境内对故障进行抢修。
四、总结
总而言之，配网开关柜的内部燃弧危害巨大，一方面要进行严格的防治，另一方燃弧后及时疏散排放，以保证其他设备和维修人员的安全。
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论文作者:宋振达
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：开关柜论文; 电弧论文; 故障论文; 通道论文; 压力论文; 能量论文; 阶段论文; 《基层建设》2019年第3期论文;