1故障電弧的危害

　　在開關(guān)設(shè)備中，內(nèi)部故障電弧事故很少發(fā)生，但不能完全避免。它一旦發(fā)生，將對人身及設(shè)備造成極大的危害。因此，認(rèn)識故障電弧的危害并加以防護(hù)，是開關(guān)設(shè)備設(shè)計、制造和運行等部門的共同職責(zé),而且國際電工委員會和各國標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)部故障電弧的試驗和判據(jù)都作出了更加明確的規(guī)定。

　　故障電弧能夠在很短時間內(nèi)形成高壓力和高溫。如在低壓開關(guān)設(shè)備中，故障電弧會在10ms內(nèi)將溫度升高到13000K，同時在約15ms內(nèi)將壓力上升到約2×105Pa～3×105Pa。設(shè)備內(nèi)的零部件，例如門，在這樣的高壓力作用下會脫離固定機(jī)構(gòu)并被掀開。高溫還使設(shè)備內(nèi)發(fā)生熔化和蒸發(fā)過程，結(jié)果產(chǎn)生毒氣，毒氣又在壓力作用下向外排出。這會對附近的工作人員帶來生命危險。工作人員吸入毒氣造成死亡的例子不少。而更多的情況是燒傷皮膚和使人目眩。

　　除了人身傷害外，還有設(shè)備的損壞，如建筑內(nèi)的開關(guān)設(shè)備和二次系統(tǒng)部分地或全部地被破壞。即使破壞過程結(jié)束后，用戶還要承受長時間停產(chǎn)及高昂的事故費用。

　　根據(jù)德國精密機(jī)械和電工技術(shù)職業(yè)協(xié)會(BGFE)的事故統(tǒng)計報告，故障電弧事故約占總電流事故的25%。如果將電流事故與運行中常規(guī)事故的人均費用作一比較，則2000年的電流事故為29�B654歐元，而正常運行事故僅為4�B484歐元。統(tǒng)計還顯示，2000年電氣專業(yè)人員在電流事故中受傷害占60%以上,而34%的電流死傷事故則發(fā)生在開關(guān)設(shè)備中。

　　2內(nèi)部故障電弧的試驗及判據(jù)

　　正因為故障電弧涉及到人身和設(shè)備安全，引起了國際社會和各國的高度重視。在低壓技術(shù)中，有關(guān)低壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部故障電弧的國際試驗標(biāo)準(zhǔn)為IEC/TR361641：1996-01。在德國乃至歐洲的試驗標(biāo)準(zhǔn)為DINEN0660—1附錄部分2。這些標(biāo)準(zhǔn)包括了“故障電弧條件下的人身防護(hù)”和“故障電弧條件下的設(shè)備防護(hù)”等名詞術(shù)語。故障電弧條件下的人身防護(hù)，是指開關(guān)組合電器在故障電弧的機(jī)械和熱力作用下限制危及人身安全的能力。故障電弧條件下的設(shè)備防護(hù)是指開關(guān)組合電器在故障電弧條件下限制影響設(shè)備功能的能力。人身防護(hù)和設(shè)備防護(hù)試驗，包容不了所有的危害效應(yīng)，諸如有毒氣體、光輻射、熱氣流、聲壓和高壓力等。

　　低壓開關(guān)設(shè)備的故障電弧防護(hù)分“結(jié)構(gòu)上的故障電弧防護(hù)”和“故障電弧防護(hù)裝備”。結(jié)構(gòu)上的故障電弧防護(hù)是通過開關(guān)組合電器的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，以防止故障電弧的產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)上的故障電弧防護(hù)只能在設(shè)備封閉情況下限制故障電弧的效應(yīng)，一旦設(shè)備被打開，則不起作用，這就需要附加防護(hù)裝置。

　　在中壓開關(guān)設(shè)備方面，國際電工委員會(IEC)現(xiàn)對迄今的中壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)IEC60298進(jìn)行了修訂。修訂的重點放在使用的安全性、可利用率及維護(hù)方面，這就是說，標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定更多地放在使用目的上，而較少關(guān)注結(jié)構(gòu)特點�；�于此種改變，將中壓開關(guān)設(shè)備重新劃分了等級，并對故障電弧的防護(hù)也通過試驗程序和評價判據(jù)使之更加明確。國際電工委員會將以新標(biāo)準(zhǔn)IEC62271—200取代老標(biāo)準(zhǔn)IEC60298：1990-12。

　　在未來的新標(biāo)準(zhǔn)中，故障電弧防護(hù)的地位有了明顯的提高，對試驗條件作了規(guī)定，而不再是制造商和用戶之間協(xié)商，同時不可對判據(jù)作選擇。

　　試驗條件規(guī)定，試驗至少由兩面開關(guān)柜組成，而且對每個隔室的試驗，至少在一個終端柜進(jìn)行。試驗持續(xù)時間的優(yōu)選推薦值為1.0s/0.5s/0.1s。

　　新標(biāo)準(zhǔn)對試驗的判據(jù)也作了補(bǔ)充和修訂。新的5條判據(jù)如下：

　　判據(jù)1：門和蓋仍應(yīng)關(guān)閉；若沒有任何部分抵達(dá)指示器或墻壁，可接受有變形。其附加條件是，如果設(shè)備在安裝與試驗時需要更靠近墻壁時，其永久性變形應(yīng)小于規(guī)定的對墻壁距離，而且噴出的氣體不得朝向墻壁。

　　判據(jù)2：試驗期間，殼體不得出現(xiàn)破裂；不得有單重至60g的物體飛出。

　　判據(jù)3：在直至2�Bm高度處，可自由接近的殼體外部分，不得燒穿成孔洞。

　　判據(jù)4：指示器不得受熱而點燃(垂直和水平指示器包括在一個判據(jù)內(nèi))。

　　判據(jù)5：接地連接仍然有效。檢驗通過目檢，必要時(有懷疑時)通過測量。

　　通過試驗后，將等級IAC(內(nèi)部故障電弧等級）標(biāo)記在銘牌上，并附下列說明：可接近等級A、B或C，接近側(cè)標(biāo)明“F，L或R”(前面，側(cè)面，后面)，并標(biāo)明試驗電流(kA)和試驗持續(xù)時間。

　　這樣，故障電弧防護(hù)試驗由于有了明確的試驗條件和判據(jù)，使之更加具有可比性，用戶更容易評價其安全性。

　3故障電弧的防護(hù)

　　從總體上來講，故障電弧的防護(hù)分積極防護(hù)和消極防護(hù)。前者防止電弧的產(chǎn)生，后者限制電弧的負(fù)面效應(yīng)。

　　積極防護(hù)措施如下：

　　(1)結(jié)構(gòu)措施：①將帶電件絕緣和部分絕緣；②結(jié)構(gòu)設(shè)計中不形成弧根；③采用耐弧絕緣材料；④設(shè)立隔離壁和隔板；⑤有足夠的導(dǎo)體間距離、空氣和爬電距離。

　　(2)使用的元件：①使用損失能量小的電氣設(shè)備；②采取過電壓保護(hù)。

　　(3)運行管理：①對設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)；②對設(shè)備進(jìn)行空調(diào)；③檢查接觸和連接部位；④清洗和檢驗絕緣件。

　　(4)防止誤操作：①進(jìn)行電氣和機(jī)械聯(lián)鎖；②進(jìn)行人員培訓(xùn)。

　　消極措施主要是限制電弧產(chǎn)生的消極效應(yīng)。消極措施包括：

　　(1)空間限制：①使用耐壓和耐熱的材料；②設(shè)備總體按耐壓溫度和耐熱性設(shè)計。

　　(2)限制電弧能量：①通過帶短路裝置的故障電弧防護(hù)裝置限制電弧持續(xù)時間；②通過限流器限制電弧的能量。

　　內(nèi)部故障電弧的能量很大，其危害極大。如在一條短時耐受電流為25�BkA和電弧電壓約為600�BV的20�BkV電力系統(tǒng)中，電弧釋放的能量為40.5MJ。這個能量可使15.6�BL的水在1s內(nèi)蒸發(fā)，或使42�Bkg的鐵在1s內(nèi)熔化。

　　內(nèi)部故障電弧釋放的大量能量，會使壓力急驟上升，并造成嚴(yán)重的熱效應(yīng)。因此，開關(guān)設(shè)備制造商已認(rèn)識到內(nèi)部故障電弧造成的嚴(yán)重后果，紛紛在自己的開關(guān)設(shè)備上采取措施，限制內(nèi)部故障電弧的效果，減少其影響。一般來說，一個性能好的開關(guān)設(shè)備均采取積極和消極這兩種措施，以達(dá)到最佳限制內(nèi)部電弧的效果。在現(xiàn)有的消極措施中，故障電弧防護(hù)裝置是減少電弧能量的好方法。

　　4“Arcon”故障電弧防護(hù)裝置

　　該故障電弧防護(hù)裝置由傳感技術(shù)、計值單元和滅弧裝置組成，以確保最大人身和設(shè)備安全。這是德國Moeller公司研制的新品。它將故障電弧的效應(yīng)限制到它的弧根處。該裝置在排除了故障原因和交換滅弧裝置后又作好了運行準(zhǔn)備。