抗内部电弧故障设计

客户要求17.5kV 650mm宽的柜子需要通过40kA 1s的内部电弧故障试验，

开关柜外形尺寸：

• 宽度：650mm

• 深度：1400mm

• 高度：2200mm

• 相间距：150mm

• 额定电压：17.5kV

• 额定工频耐受电压：38kV

• 额定雷电冲击耐受电压：95kV

• 额定电流：1250A

• 额定短时耐受电流：31.5kA

• 额定峰值耐受电流：82kA

• 额定内部电弧等级：IAC A FLR40kA/1s

   

首次摸底试验发现以下一些问题：

（1）首先，拉铆螺母在巨大的冲击波冲力下会被拉开；

（2）因此电弧容易从盖板、门板的紧固螺栓间的缝隙喷出；

（3）电缆室泄压通道过于狭小，导致泄压不畅，电缆室后盖板承受过大的压力冲开；

（4）SMC绝缘板在柜体内部持续燃烧，需要灭火器灭火，整个柜体报废；

（5）按照IEC62271-200标准要求，内部电弧需要在有距离柜顶600mm的模拟屋顶下进行试验，电弧直接喷出柜顶到模拟屋顶反射回来点燃水平指示器，试验失败。

 

针对试验失败出现的问题，采取的主要措施有：

（1）加深后盖板，扩大电缆室的泄压通道，电流互感器下移，保证气流释放顺畅；

（2）采用焊接螺母条的方式取代拉铆螺母；

（3）螺栓的间距缩小至150mm;

（4）盖板、门板采用迷宫结构设计，并在盖板、门板与柜体之间贴密封条，采用羊毛毡的做法可以阻止电弧喷出，但羊毛毡过硬，不能保证门板等经常开闭、长期使用后的密封，不能满足IP42防护等级及防水要求，而且不够美观，经过验证采用EMKA的密封条，即可以满足IP42要求，又能耐受电弧试验，而且美观大方，长期使用不会脱落、变形；

（5）使用阻燃型绝缘板，触头盒等选用V0级阻燃材料；

（6）柜顶部设计缓冲隔室，压力释放后先进入缓冲隔室，通过多个柜体共通的隔室迅速降低压力，再由顶部的卸压孔释放出来，火焰温度和气体压力都大幅度减少，不会点燃水平指示器。

额定电压17.5kV开关柜耐内部电弧故障性能的优化设计示意，见下图。

  

 

上述设计方案顺利通过内部电弧试验，三个高压隔室电弧试验在一台开关柜上完成，即先做电缆室，然后手车室，最后做母线室，采用阻燃V0级绝缘材料，每个隔室试验电弧快速释放，火焰快速熄灭，隔室间影响很小，每个隔室试验后，可以轻松打开门板，无变形，烧损。

电缆室内部电弧试验后，断路器手车室只有灰尘，无破坏、变形，手车可以轻松抽出

电缆室内部电弧试验后，试验用隔离手车抽出柜体，进行短接  

电缆室、手车室内部电弧故障试验后，母线室短接  

上述方案用于实际工程项目，成本增加不多，保证工程项目产品的一致性，工程中任何一台开关柜都可以通过内部电弧试验，不会担心抽查试验通不过。也保证了操作者的安全，当发生内部电弧故障时，没有造成任何人员伤害，损失最小。

采用相同设计方案，在800mm宽开关柜成功通过IAC AFLR 50kA/1s内部电弧试验，不用采用门板焊死、内部螺栓锁死等特殊手段通过试验，实现产品可以真正抵抗内部电弧故障。