低压成套开关设备内部故障电弧研究

李海山

中国质量认证中心沈阳分中心 辽宁省沈阳市 110013

摘要：低压成套开关设备主要负责低压配电系统中的控制、保护、监测、转换和分配。低压成套可开关设备内部电路电弧故障，在一定程度上不但影响了开关正常使用，同时也影响到了工作人员的安全。发生故障的原因有很多，影响因素也多种多样，同时这种电弧故障也存在它独特的特点，为了减少故障带来的影响，本文就低压成套开关设备内部故障电弧展开探讨。

关键词：低压；成套开关设备；内部故障；电弧

引言

在低压成套开关设备中，内部故障电弧事故极少发生，但它一旦发生，将对人身及设备造成极大的危害。目前，内部电弧试验主要在中高压成套开关设备上进行，主要用于设计、制造能耐受内部故障电弧的中高压成套开关设备。

1故障电弧的危害

在开关设备中，内部故障电弧事故很少发生，但不能完全避免。它一旦发生，将对人身及设备造成极大的危害。因此，认识故障电弧的危害并加以防护，是开关设备设计、制造和运行等部门的共同职责，而且国际电工委员会和各国标准对内部故障电弧的试验和判据都作出了更加明确的规定。故障电弧能够在很短时间内形成高压力和高温。如在低压开关设备中，故障电弧会在10ms内将温度升高到13000K，同时在约15ms内将压力上升到约2x105Pa--3x105Pa。设备内的零部件，例如门，在这样的高压力作用下会脱离固定机构并被掀开。高温还使设备内发生熔化和蒸发过程，结果产生毒气，毒气又在压力作用下向外排出。这会对附近的工作人员带来生命危险。工作人员吸人毒气造成死亡的例子不少。而更多的情况是烧伤皮肤和使人目眩。除了人身伤害外，还有设备的损坏，如建筑内的开关设备和二次系统部分地或全部地被破坏。即使破坏过程结束后，用户还要承受长时间停产及高昂的事故费用。

2内部故障电弧介绍

如果低压成套开关设备发生内部故障电弧，产生包括压力、热效应、辐射、弧光及声响等效应。当发生内部电弧故障时，低压成套柜内燃烧的电弧温度快速上升，并加热周围的空气，以致使空气膨胀，并产生巨大的压力，从而使封闭的成套开关设备内外产生压力差，就很可能会导致门被爆开并且可能附带一些部件从低压成套柜内部飞出。由焦耳定律公式W=I2Rt可知，当导体的电阻一定时，电流通过导体产生的能量跟电流强度的平方成正比、跟通电时间成正比。如图1所示，当燃弧持续时间越长，所释放的能量指数级上升，且所释放的能量破坏力惊人。由于目前的变压器保护措施从检测故障电流到切断故障电流的时间一般会超过100ms，如若发生内部故障电弧，就可能造成事故发生。

3开关柜内部故障电弧的在线监测研究

内部电弧一旦发生故障，首要的一点就是要对内部电弧进行在线监测。检测之前，我们要对电弧的机理进行详细分析，通过分析电弧运动的方式，然后选择相应的检测方式。为了防止出现误操作，在检测中还要对各种检测方式进行比较，较少因为检测方式的原因出现的故障，内部故障中弧光会出现一定程度改变，为了适当减少其中出现的故障，需要排除其他干扰源误操作，在很大程度上可以帮助内部故障电弧提供依据。现在经常使用的一种装置就是光纤传输，使用这种传输方式一个是单独使用以减少成本，同时抗干扰能力强，配合电流互感器进行使用。提高开关柜的安全性在很大程度上可以帮助实现远距离的运输，同时增加了灵活性和工作人员的安全。为了能够全面的保证检测的质量，就需要在进行检测之前，需要对于设备的整体情况进行全面的了解，还能够在进行检测的时候对于各数据、开关柜的零部件采取不同形式的检测方式，从而能够全面的掌控其检测质量。除此之外，在进行不同性能的设备之中，对于控制系统的要求也是不一样的，所以只有在全面的掌握其详细的资料之后，才能够进行全面的检查。另外在进行检测的时候，还需要很多的流程，例如：第一点，应该对于信号进行检测，保证传感器和控制器等各零部件之中的信号是正常通畅的，在传播的过程之中不会出现信息失真的情况。第二点，对于压力和各方面的数据进行检测，在控制系统之中使用了非常多的物理方面知识，所以对于压力和数据的控制必须要非常的严谨，这样才能够全面的减少误差。第三点，要选择正确的检测仪器，从而能够适应多种不同的零部件检测使用。第四点，在进行检测的时候，还需要对于电路进行全面的控制，从而能够全面的对于控制系统进行掌控，从而找出其中的故障，并对其进行整治。

4低压开关设备故障的防护措施

4.1智能电弧监控器

在故障电弧进行电流检测法和电弧探测法的基础上,还设置了基于智能的电弧监控器,该智能电弧监控器包括以下两项功能:(1)开关设备动作信号的产生模块。依据综合电流检测法和弧光探测法两个判据,综合分析了由故障电流检测模块和弧光检测电路输出的信号,准确判断故障电弧是否发生,若发生故障电弧,则该模块就会发出开关电器的动作信号。(2)故障电弧定位模块。故障电弧采集模块通过对弧光信号的采集,利用液晶屏对应二维感光元件的形状模拟电弧成像,再通过凸透镜位置定位故障电弧在开关设备中的准确位置。

4.2设计可靠的防止误操作的机械的或电气的闭锁装置

选用开关状态显示装置相配合，为操作人员与开关设备提供安全可靠的保护，此套装置(或称五防)必须具有如下功能：①只有接地开关处在“分闸位置”时，手车才能从“试验位置”推至“工作位置”或从“工作位置”拖至“试验位置”。②断路器手车已被充分锁住在“试验”或“工作”位置时才能操作，反之如手车处在两者之间的任何位置时均不能操作。③接地开关关合时，手车不能从试验位置移至工作位置。④接地开关仅在手车处于试验位置时才能操作。⑤只有接地开关处于关合位置时，后下门才能开启反之则不能开启。⑥只有当后门处于关闭状态下，接地开关才能分闸。

4.3维修步骤

在检测和维修的时候通常会使用专门的工具，具体的工具包括：首先是跨接线，在电路故障的诊断中，经常会使用这种检测方式。其次是测试灯，在确定电路是否接通的时候，一般会选择这种测试工具，当然，也可以使用电表来判断电路的连接。电弧故障中，电流和电压改变一定会比较大，为了保证电压的存在不会影响到电弧正常发展，在进行检测和维修的时候更要保证好检修人员的安全。

结语

利用开关设备电弧故障检测和定位装置可准确地判定开关设备内故障电弧发生的时刻和定位故障电弧发生的位置,反映了电弧的发生、发展过程,极大地提高故障电弧检测与定位的准确性和可靠性,为后续的电弧故障分析提供很好的依据,进而提高开关设备电寿命和工作可靠性。

参考文献

[1]李建基.故障电弧情况下的人身和设备防护[J].华通技术,2015(02).

[2]蓝会立,张认成.基于混沌的故障电弧早期弧声检测方法研究[J].计算机测量与控制,2015(12).

[3]仲启树,张认成,陈建阳.基于混沌理论的故障电弧检测方法研究[J].黎明职业大学学报,2015(03).