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1高壓充氣柜內(nèi)部電弧故障
由于設(shè)備的自身缺陷或異常的環(huán)境或惡劣的工作條件導(dǎo)致絕緣性能降低,也許因工作人員的誤操作等原因,有可能造成柜體內(nèi)氣體間隙擊穿而導(dǎo)致引起內(nèi)部弧故障,可能會(huì)造成以下事故:
使電弧故障范圍變大并迅速擴(kuò)散。電弧使質(zhì)量很輕的等離子體,在點(diǎn)動(dòng)力和內(nèi)部高溫的作用下,可在柜體內(nèi)部發(fā)生高速移動(dòng),弧根可沿著導(dǎo)體跳動(dòng)或轉(zhuǎn)移,因此很容易造成事故擴(kuò)大化,最嚴(yán)重的情況可使一組并排的高壓充氣柜設(shè)備完全燃燒,造成大面積斷電。
破壞性大。電弧使功率大,溫度高(大氣中的電弧可達(dá)10000~20000°C),其破壞力很強(qiáng),任何氣體和固體材料都無(wú)法經(jīng)受電弧的灼燒。在這種溫度情況下,電弧碰到金屬,金屬將會(huì)融化,蒸發(fā),零件表面會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形和損傷;電弧碰到絕緣材料絕緣材料則會(huì)氣化,并分解出有毒和腐蝕性氣體,次之絕緣件也會(huì)受到嚴(yán)重的損傷,從而造成損壞。
危及人員安全。在高溫、高功率的電弧作用下,會(huì)使柜體內(nèi)部的空間氣體溫度在短時(shí)間內(nèi)會(huì)驟然上升,使金屬材料,絕緣材料氣化,柜體內(nèi)部壓力的驟然上升會(huì)對(duì)空間內(nèi)的隔板﹑蓋板、門(mén)板、觀察窗和連接件等發(fā)生變形,損壞或是零部件向外部飛出,嚴(yán)重情況下會(huì)因柜體飯金的強(qiáng)大不足使高壓充氣柜發(fā)生爆炸危及人員安全。
2高壓充氣柜內(nèi)的壓力過(guò)程
在柜體內(nèi)部出現(xiàn)電弧故障以后,電弧能量將迅速傳遞給周?chē)臍怏w,導(dǎo)致柜體內(nèi)的氣壓上升。如過(guò)空氣中的壓強(qiáng)超過(guò)泄壓裝置設(shè)計(jì)的釋放壓力,泄壓裝置將會(huì)迅速打開(kāi),氣體將從泄壓裝置通道釋放,進(jìn)入到柜體外部,使柜體內(nèi)部壓強(qiáng)下降,降低壓力。
內(nèi)部故障產(chǎn)生的破壞力與電弧產(chǎn)生的間隔容積,電弧電壓,持續(xù)的時(shí)間,短路電流大小有關(guān)。在電弧產(chǎn)生后,柜體內(nèi)的壓力過(guò)程如圖1所示,壓力過(guò)程可以分為四個(gè)物理階段風(fēng)圖1。
壓縮階段。0~t1時(shí)間內(nèi),柜體內(nèi)部產(chǎn)生電弧到泄壓裝置通道口排出。設(shè)在t=0時(shí)柜體內(nèi)部出現(xiàn)強(qiáng)大功率電弧,故障室內(nèi)的壓力上升很快。內(nèi)部故障電流越大,電弧電壓越高,隔內(nèi)體積越小,則壓力上升越快。直到排氣口打開(kāi),這一階段才結(jié)束,持續(xù)的時(shí)間大約為5~10ms。
膨脹階段。t1~t2時(shí)間內(nèi)排氣口從開(kāi)始到完全打開(kāi),當(dāng)柜體內(nèi)的壓強(qiáng)上升到一定值后,壓力釋放裝置的排氣口將會(huì)打開(kāi),隔室內(nèi)的氣體通過(guò)釋放裝置的排氣口釋放,使壓力上升變化,見(jiàn)小r豫主平,這與壓力釋放裝置的排氣口的尺寸,結(jié)構(gòu)和質(zhì)量有關(guān),這段時(shí)間持續(xù)大約為5~10ms。
釋放階段。t2~t3時(shí)間內(nèi),釋放裝置的排氣口完全打開(kāi)后到電話熄滅。這一階段的持續(xù)時(shí)間與繼電保護(hù)裝置和斷路器的開(kāi)端時(shí)間有關(guān)。時(shí)間短的只有幾十到上百毫秒,長(zhǎng)得可達(dá)1s。
電弧熄滅以后。>t3時(shí)間內(nèi)為壓力釋放后電弧熄滅后的狀態(tài),處于穩(wěn)定狀態(tài)。
從圖可知,t1時(shí)刻對(duì)高壓充氣柜的危險(xiǎn)******,此時(shí)刻柜體內(nèi)的氣體被壓縮,溫度和壓強(qiáng)急劇升高,泄壓裝置開(kāi)始動(dòng)作時(shí)破壞******,因此高壓充氣柜應(yīng)以此時(shí)刻沖擊為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,能承受主次時(shí)刻的壓強(qiáng)。
3高壓充氣柜結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)
當(dāng)內(nèi)部電弧故障發(fā)生時(shí),不同間隔內(nèi)的壓強(qiáng)和問(wèn)題隨時(shí)間變化是不同的,斷路器壓強(qiáng)******;電纜室次之,母線室最小。本論文采用的模型斷路器和母線在同一間隔內(nèi),其壓強(qiáng)******,電纜室產(chǎn)生的電弧方向難以確定,因此電纜室和氣室為分析的重點(diǎn)。
3.1電纜室的設(shè)計(jì)電纜室的泄壓板外形為95mmx155mm,由四塊組成并用四個(gè)M6的自攻釘安裝固定,因此面積為589cm2。電纜室前掛門(mén)由12個(gè)不銹鋼的掛鉤進(jìn)行固定,每個(gè)掛鉤的截面為0.435cm2,不銹鋼的抗拉強(qiáng)度為520MPa,可以承受力為2.71×10'N,即185MPa,因此可以承受電纜室電弧產(chǎn)生的壓強(qiáng)。為了防止電弧從前面躥出,下前門(mén)由三層板組成,在設(shè)計(jì)下部單元時(shí),左右側(cè)采用多層隔板以防止電弧擊穿及緩減氣流對(duì)前門(mén)的沖擊。電纜室處的泄爆板為了增加安全性,一邊采用自攻釘,一邊采用尼龍自攻釘設(shè)社為適門(mén)形式,減少氣流對(duì)前門(mén)的沖擊。
3.2氣室的設(shè)計(jì)氣室的壓強(qiáng)計(jì)破壞也是很大的,在內(nèi)燃弧試驗(yàn)時(shí)泄爆膜能否開(kāi)啟起著決定性作用,在安裝泄爆膜時(shí)要安裝設(shè)計(jì)力矩進(jìn)行安裝。氣室設(shè)計(jì)選用3mm的不銹鋼板,在泄爆膜打開(kāi)時(shí)其強(qiáng)度可以滿(mǎn)足要求,因此鋼板之間的焊縫為薄弱環(huán)節(jié),特別是后封板,在焊接時(shí)應(yīng)采用填料形式焊接,增加其強(qiáng)度。氣室內(nèi)部在保證絕緣的前提下,增加前后和上下拉桿,前后拉桿與后封板焊接,使其在安裝完成后成為一個(gè)整體,使氣室強(qiáng)度增加。
4總結(jié)
內(nèi)部電弧故障對(duì)高壓充氣柜的破壞是很強(qiáng)大的,特別是對(duì)電纜室和短路氣室,對(duì)有透視窗的高壓充氣柜此處也是脆弱環(huán)節(jié)。在關(guān)鍵部位進(jìn)行設(shè)計(jì),增加強(qiáng)度以保障人員安全,在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和成本方面仍是一個(gè)長(zhǎng)期的課題。次柜體經(jīng)過(guò)內(nèi)燃弧試驗(yàn)驗(yàn)證,此設(shè)計(jì)通過(guò)實(shí)驗(yàn),柜體電纜室試驗(yàn)后的狀態(tài)和內(nèi)部破壞嚴(yán)重,電弧已經(jīng)燒穿2層板,第三層燒掉部分,因此為了保證人員安全在側(cè)面增加0.7mm敷鋁鋅板。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,此試驗(yàn)結(jié)果支持了本次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),也為以后產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。
