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開關(guān)柜內(nèi)電弧的危害
開關(guān)柜內(nèi)短路故障電弧,，對設(shè)備及人身安全均造成嚴(yán)重威脅,。開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生電弧光故障,，會引起壓力和溫度的迅速增加,，產(chǎn)生如下主要危害：
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電弧光中心溫度約為10000~20000°C,，導(dǎo)致柜內(nèi)銅排,、鋁排及其它設(shè)備熔毀氣化 |
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高溫致電纜熔毀,，電纜護(hù)套著火 |
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弧光沖擊波導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備劇烈振動,，使固定元件松脫 |
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弧光沖擊波以300m/s的速度傳播,，造成臨近設(shè)備破壞 |
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燃燒產(chǎn)生的有毒氣體被人吸入會產(chǎn)生生命危險 |
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弧光的光強(qiáng)約9000LUX，而人眼感受到光強(qiáng)約300LUX,，使人的眼睛刺傷,，暫時性失明 |
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開關(guān)柜內(nèi)弧光故障，對變壓器而言是出口短路,，容易造成變壓器繞組變形 |
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電弧的聲音強(qiáng)度高達(dá)160db,，爆破音損傷聽覺系統(tǒng)，甚至引起休克 |
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爆炸碎片飛射,，造成人員傷亡 |
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開關(guān)柜柜內(nèi)弧光持續(xù)時間長,，會造成開關(guān)柜火燒連營 |
柜內(nèi)電弧故障危害的防護(hù)
為了盡量降低開關(guān)柜內(nèi)電弧故障造成的危害，目前主要有三種措施手段,。一是主動防護(hù),，比如運(yùn)檢人員作業(yè)時穿戴專用的弧光防護(hù)裝備。二是提高開關(guān)柜內(nèi)燃弧能力,，開關(guān)柜應(yīng)選用IAC級（內(nèi)部故障級別）產(chǎn)品,，且均通過相應(yīng)內(nèi)部燃弧試驗(yàn)；燃弧時間應(yīng)不小于0.5s,，試驗(yàn)電流為額定短時耐受電流,。三是,，限制燃弧時間，盡快地切除故障電弧,。
燃弧能力的提升,，對制造方而言是制造成本的顯著升高。因此,，很多事故暴露出開關(guān)柜實(shí)際性能達(dá)不到型式試驗(yàn)柜的標(biāo)準(zhǔn),，難以普遍地實(shí)現(xiàn)抵抗燃弧故障破壞。
開關(guān)柜內(nèi)弧光故障造成的危害,，故障電流大小,、發(fā)生位置和持續(xù)時間是決定破壞性大小的三個關(guān)鍵因素。其中電流大小,、發(fā)生位置,，對于具體的設(shè)備而言是不可控的，而持續(xù)時間則是可以控制的,。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,，燃弧時間和破壞結(jié)果之間關(guān)系如下表：
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燃弧時間 |
破壞情況 |
處理需求 |
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小于35ms |
無顯著損壞 |
開關(guān)柜經(jīng)絕緣檢測試驗(yàn)合格后一般可以投入使用 |
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小于100ms |
損壞較小 |
開關(guān)柜經(jīng)內(nèi)部清潔，簡單維修,，檢驗(yàn)合格后可以再次投入運(yùn)行,。 |
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500ms |
損壞嚴(yán)重 |
開關(guān)柜更換部件大修，重新使用前需經(jīng)全部試驗(yàn)合格,，嚴(yán)重的開關(guān)柜報(bào)廢更換設(shè)備,。 |
下圖是電弧作用下，各種材料損壞所對應(yīng)的時間,。在給定具體設(shè)備的前提下,，一般認(rèn)為電弧切除時間小于85ms時，基本能夠保障設(shè)備不受損,。為了保證設(shè)備損壞在可接受的范圍內(nèi),，且最大程度的保護(hù)人身安全，電弧的切除時間一般認(rèn)為應(yīng)該控制在100ms以內(nèi),。
幾種繼電保護(hù)配置方案
切除故障需要繼電保護(hù)裝置和斷路器配合工作實(shí)現(xiàn),。斷路器的動作時間是固定的，因此切除電弧的時間實(shí)際上是由繼電保護(hù)動作時間決定的,。
開關(guān)柜出線保護(hù)
一般配置過電流保護(hù),，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)電流互感器以下發(fā)生電弧故障時，可以通過過流,、速斷保護(hù)動作切除故障,。其速斷保護(hù)動作時間可設(shè)置為零秒，因此具備100ms內(nèi)切除電弧的能力,。但如上圖所示的開關(guān)柜中,，如果電纜倉位置發(fā)生電弧故障,，很大概率上會因?yàn)殡娀 ⒔饘亠w濺等原因造成開關(guān)倉,、母線倉發(fā)生繼發(fā)故障,，從而使出線保護(hù)失效。
變壓器后備保護(hù)
當(dāng)故障發(fā)生在開關(guān)室,、母線室的時候,，原則上是由變壓器后備保護(hù)動作切除故障?！〉儔浩骱髠浔Ｗo(hù)要和出線等保護(hù)進(jìn)行配合,，其動作時間一般會大于0.5秒，甚至達(dá)到1.5秒,，因此不具備快速切除故障電弧的可能,。
母線保護(hù)
母線保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)母線倉內(nèi)、開關(guān)倉內(nèi)短路的快速切除,。但如果故障波及到了電纜倉,，或者是電弧跨接了電流互感器，可能會造成繼電保護(hù)拒動,。同時由于接線較復(fù)雜,、成本較高等原因,，開關(guān)柜一般不配置母線保護(hù),。
另外，傳統(tǒng)上對35kV以下電壓等級,，電網(wǎng)穩(wěn)定性等方面的因素考慮很少,，因此《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置的設(shè)計(jì)規(guī)范》在這個電壓等級，一般不配置母線保護(hù),。
弧光保護(hù)
弧光保護(hù)的原理就是在開關(guān)柜內(nèi)布置弧光傳感器,，判斷柜內(nèi)發(fā)生了電弧故障。同時配置電流元件,，實(shí)現(xiàn)對弧光傳感器判別的閉鎖,。弧光傳感器判斷發(fā)生了電弧,，電流元件判斷出現(xiàn)了過流,，兩個條件構(gòu)成與的關(guān)系，驅(qū)動保護(hù)動作,。
弧光保護(hù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的較少,，因?yàn)橐?/span>10kV為代表的母線設(shè)備及相應(yīng)的開關(guān)柜設(shè)備故障對電網(wǎng)的影響較小，因此對速動要求不高,。目前弧光保護(hù)更多的應(yīng)用在發(fā)電廠和電力用戶的設(shè)備中,。
實(shí)際工作中,，10-35kV開關(guān)柜發(fā)生柜內(nèi)故障，造成設(shè)備損壞甚至人身傷害的案例層出不窮,，反映出我們在設(shè)備制造,、保護(hù)配置、人身防護(hù)等方面還有很多事情需要做,。
