快速灭弧开关在中压开关柜上的应用

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【摘 要】开关柜的安全性能对于检修操作人员的人身安全以及电器设备的安全有至关重要的作用，目前国内生产的中压开关柜，无论是手车式的还是固定式的，都或多或少存在着机械联锁不可靠、误操作、绝缘缺限等原因引起的开关柜内部故障电弧，造成设备烧毁、人身伤亡、大面积停电事故。本文将介绍快速灭弧开关在中压开关柜中的优势及其应用。

【关键词】电弧；中压开关柜；快速灭弧

一.故障电弧的产生及危害和保护措施

开关柜内部故障电弧产生的原因有以下几点：1.机械联锁不可靠，带负荷误操作隔离开关或带电误合接地开关时开关柜内气体间隙击穿而引燃电弧；2.绝缘缺陷或异常的环境条件导致绝缘性能劣化，在强电场作用下绝缘介质被击穿产生弧光短路；3.设备正常检修后，遗漏工具在开关设备；4.小动物（尤其是老鼠）造成短路。

开关柜中一旦发生内部故障电弧，电弧的高温将造成弧根金属材料的熔化和气化，弧光能量迅速转移给其周围的气体，使柜内温度压力急骤上升，烧毁柜电器元件，高温、高压气体还可能瞬间扩散到相邻开关柜内，从而造成多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”事故，造成巨大的经济损失。更严重的是普通开关柜外壳的机械强度不够，电弧产生的高温、高压气体将冲出柜外造成重大人身伤亡事故。内部电弧故障产生的破坏程度与壳体大小、电弧电压（电弧长度）、电弧持续时间以及短路电流大小有关。

大多数情况下，人们更多了解和防范的是接触带电体引起的触电问题，可是在电力系统，潜在着的故障电弧是难以人为预测和避免的，而且危害极大。开关内故障电弧发生的可能性不可避免，若通过加强开关柜的结构提高其燃弧耐受能力，限制故障电弧产生的各种效应，如密封隔离各单元室、加大泄压通道、提高柜体机械强度等。采用这些措施在一定程度上能减少损坏程度，但需要增加很大的制造成本，且效果未必很好。为了极大程度的减小故障电弧的危害，最直接有效的方法就是故障电弧发生后在极短的时间内将柜内三相金属短接，使电弧电流转化为金属短接电流，熄灭电弧，快速灭弧开关具备了这功能。

二.AAF-300快速灭弧开关的优势

传统的中压开关柜故障电弧的保护方法是实时检测故障电流信号，当信号幅值超过预定的阈值时启动控制系统发出脱扣信号，使故障电弧的上游断路器分闸。控制系统的动作时间30ms-50ms，加上断路器分闸时间30ms-60ms，故障电弧的息灭时间需约100ms，不能有效地减小电弧危害。

与传统故障电弧保护方法相比，快速灭弧开关的优势在于其动作时间极短，福州天宇电气股份有限公司研制的AAF-300型快速灭弧开关，采用高速涡流电磁斥力机构，采用弧光和故障电流变化率双判据触发灭弧开关动作，实现了弧光检测时间+开关动作时间≤5ms的技术指标。快速灭弧开关的应用最大限度的提高了开关柜对内部故障电弧的防护能力，最大限度的提高了运行、检修人员的人身安全系数，极大地减小设备故障损失和检修时间。

三.中压开关柜中的快速灭弧开关的原理过程分析与应用

快速灭弧开关的合闸动作时间是越快越好，传统的电磁机构和弹簧操动机构合闸时间很难满足

快速灭弧开关与传统的保护模式的有本质的区别。传统的保护模式，在绝缘介质击穿产生电弧时不会产生动作，不仅仅如此，甚至在电弧扩散导致温度上升的过程中，传统的保护模式都不会产生动作，直到三相弧光短路发生后，才会产生保护动作，这样的保护对于防范电弧来说是很有限的，而且三相弧光短路是不可逆的，一旦发生了，电弧的危害也就已经产生了。快速灭弧开关配有弧光检测系统，当绝缘介质击穿产生电弧时，弧光通过光纤传导给弧光检测系统，弧光检测系统结合电流信号和弧光信号双判据判断是否发生故障电弧，然后发出触发信号，使快速灭弧开关在5ms内合闸，将开关柜内三相母线金属短接，故障电弧电流转化为金属短接电流，故障区的上游断路器跳闸。由于电弧发生的时间只有5ms，对开关柜内的元件损伤不影响其电气性能，便于快速排除故障点恢复供电。

在一组并列的多台开关上可已共用一个快速灭弧开关，其方法是将快速灭弧开关布置在进线柜的电缆室，将弧光检测系统的探测光纤布置在每台开关柜需要弧光检测的隔室，一组开关中只要有其中任何一个隔室发生故障电弧，快速灭弧开关都会被触发合闸，对整组开关柜起保护作用。

传统的保护模式，在三相弧光短路发生的过程中，保护动作约要60毫秒，故障电弧持续时间大概是120毫秒，其产生的危害还是很大。对于快速灭弧开关来说，从绝缘介质击穿产生电弧到电弧检测--判断--触发--完成动作只需要5ms以内，故障电弧持续时间只有5ms，其产生的危害极小几乎可以忽略。快速灭弧开关在中压开关柜上的应用是故障电弧最有效的防护方法。