為什么40.5kV開關(guān)柜內(nèi)部電弧試驗難過

國網(wǎng)對于40.5kV開關(guān)柜，要求尺寸做得越來越大。尺寸大可以保證電氣間隙足夠大，通過自然空氣作為絕緣，環(huán)境影響較小，但也有一個問題，就是抗內(nèi)部電弧故障的能力比較差，需要采用必要措施如相間及對地加絕緣板等限制電弧能量，加強柜門、橫梁、蓋板等開關(guān)柜強度。

有人說開關(guān)柜體積大了，內(nèi)部電弧壓力變小了，其實不然。

根據(jù)IEC62271-307B標準，耐受內(nèi)部電弧故障性能型式試驗有效性的要求，可以看出下列多數(shù)判據(jù)對于大尺寸開關(guān)柜是9不利的。

1 相間凈距       ≤   

2 相對地凈距    相同      

3 柜體、隔室的凈體積    ≥    柜體和隔室是相同的結(jié)構(gòu)；

5 導(dǎo)體的截面積       ≥    關(guān)注于起弧的區(qū)域

6 導(dǎo)體的原材料（銅、鋁或合金）       相同       關(guān)注于起弧的區(qū)域

7 點燃電弧的位置    相同       按照IEC62271-200的原則

8 暴露電弧的絕緣材料    相同      

9 泄壓面積       ≥    隔室泄壓位置一致，如果泄壓通道。只有大的面積可以接受

10 釋放打開的壓力    ≤    適用于流體密封隔室

11 泄壓板固定的強度       ≤    泄壓板相同設(shè)計，適用于非密封隔室

12 柜體、隔室的強度       ≥    也包括隔板和套管的強度；

13 柜體側(cè)板的厚度    ≥   

14 門、蓋板的強度    ≥    

具體原理如下：

首先相間空氣距離大，電弧電壓高，電弧能量高，同樣是31.5kA，12kV的開關(guān)柜能量約只有40.5kV的1/3，其原因并不是由于開關(guān)柜額定電壓高，額定電壓與內(nèi)部電弧能量關(guān)系不大，按照標準規(guī)定，高電壓等級可以采用低電壓做內(nèi)部電弧故障試驗，電壓只要滿足電弧可以持續(xù)等條件即可，一般大于1kV就夠了。

內(nèi)部電弧能量而是由電弧電壓決定的，而電弧電壓根據(jù)電弧距離成正比。相間空氣距離加大了，意味著電弧能量電壓加大，電弧能量也增大了。

根據(jù)功率計算公式，參考相關(guān)文獻，以每厘米13伏電弧電壓計算，可以初步計算出電弧長度如下表所示；

對于650mm寬開關(guān)柜，內(nèi)部電弧故障的最大功率是129MW，試驗電流是40kA，計算電弧電壓1862V，電弧長度1862/13=143cm=1.43米。同樣計算800mm寬開關(guān)柜，內(nèi)部電弧故障電流31.5kA，電弧長度1.68米，1000mm寬開關(guān)柜電弧長度1.92米。

顯然電弧長度和開關(guān)柜的寬度成正比關(guān)系，或者說和相間距。

下面是另外一種理論，電弧電壓與短路電流有關(guān)的計算公式如下：

Varc=(20+534 x g)x Iarc^0.12--------公式1

式中Varc =電弧電壓、 g=兩個電極的凈距（單位：米）、Iarc= 電弧電流 （A）

采用這種計算方法計算出的電弧長度即電極間距如下：

可以看出電弧長度在越寬的開關(guān)柜、相對空間越大的隔室里，電弧長度越長，即使燃弧電流不大，但產(chǎn)生的能量非常大，因此，因此40.5kV開關(guān)柜的設(shè)計需要充分考慮限制電弧的長度，如一種開關(guān)設(shè)備相間及對地完全采用GPO-3耐電弧絕緣板完全阻隔，試驗證明，隔板阻止了電弧的蔓延長度，電弧能量明顯減少。

另外一點就是開關(guān)柜尺寸越大，結(jié)構(gòu)強度越差，抗沖擊的能力變差，內(nèi)部電弧故障發(fā)生的瞬間相當(dāng)于爆炸，產(chǎn)生的沖擊波能量巨大。

因此40.5kV開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)不能簡單的將12kV開關(guān)柜柜體尺寸放大，而不做任何強度的增加，如開關(guān)柜門板，特別是寬度方向，沒有加厚、沒有加強筋等加強措施，開關(guān)柜經(jīng)不起沖擊波的破壞。

泄壓板面積無需過大，但要有效，即要求泄壓板在發(fā)生內(nèi)部電弧故障時可以實現(xiàn)快速打開，實現(xiàn)壓力的快速釋放，這一點是十分重要的，內(nèi)部電弧故障發(fā)生瞬間，沖擊波以光速向各個方向輻射沖擊，一般母線室僅需5ms即可以到達泄壓板，如果可以沖開泄壓板，就可以將壓力快速減少，對其它結(jié)構(gòu)部件的破壞力隨之消失。

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