IEC62271-2003标准与内部故障电弧试验

IEC62271-2003标准与内部故障电弧试验
0 引言
金属封闭开关设备和控制设备在中压领域量大面广，据统计我国高压开关行业，12kV金属封闭开关设备2006年产量为320265面，较上年的271120面增加491545面，增长24.5%，且生产企业多达195家：40.5kV 金属封闭开关设备产量为29026面，较上年的24787面，增加4239面，增加14.6%，且生产企业为94家。

今后还将年增加。

中压金属封闭开关设备在输变电系统中起保护、控制和分配电能的作用。

共正常、可靠的运行时电网安全、设备安全和人身安全及供电可靠性起着十分重要的作用。

目前，国内形成了真空和SF6为主导的开关设备，基本上实现了中压开关设备无油化。

中压开关设备正向小型、轻量、环保、智能、安全、高可靠方向发展。

随着中压开关设备技术的不断进步。

其标准及修订引起人们的关注。

1 标准的变迁
标准反映了当时的技术水平，标准的修订代表了技术的进步。

因此标准与时俱进，也在不断修订之中。

2003年11月IEC发布了IEC62271-200-2003《额定电压1kV以上52kV及以下交流金属封闭开关设备和控制设备》标准，第一版英文版，即IEC60298的第4版。

该标准的第一版即《IEC出版特298》诞生于1969年，1981年为第二版，1990年为第三版，这次的修订版为第四版。

当进的这些标准反映了20世纪70年代和80年代的技术水平。

当时主要使用空气绝缘的开关设备，配用少油断路器。

1980年以后，越来越多的真空断路器和SF6断路器及气体绝缘金属封闭天关设备投放市场，并将其性能渐纳入标准中，与此同时，用户对开关设备的人身安全性能，特别是故障电弧防护的要越来越强烈，淤是将这方面的技术法规(Pella 技术法规2号)于1978年底作为附录AA纳入IEC60298标准中。

但直到2003年标准前，故障电弧试验仅作为制造商和用户之间协商的选项。

而且在2003年标准中会义了内部电弧级开关设备和控制设备(IAC)。

对于内部电弧级开关设备和控制设备(IAC)，规定内部电弧试验为必试的型式试验项目，试验电流为额定短时耐受电流，试验持续时间为1s,0.5s和1s。

通过内部电弧试验的开关设备和控制设备即为内部电弧级开关的控制设备，并规定将内部故障电弧试验的特征参数标准在中。

这项新标准对中压开关设备及控制设备的内部故障电弧试验有了明确的统一规定，有助于用户对不同设备的内部故障电弧作出评价。

2标准的重大修改
国际电工委员会对中压开关柜标准(IEC60298：1990-12)作了重大修改，修改后标准编号为
IEC2271-200。

新标准站在用户的立场，从维护角度，按运行连续性的丧失程度，将开关柜分为LSC1和LSC2两大类。

其中LSC2又分为LSC2A和LSC2B。

在这些分类中，以LSC2B提供了运行加续性最高，LSC1级最低而旧标准(IEC60298：1990-12)站在设计的立场，从结构角度，将开关柜分为铠装式、间隔式、箱式。

新标准根据隔室可触及的程度，分为联锁控制和可触及隔室、基于程序的可触及隔室，基于工具的可触及隔室及不可触及的隔室。

根据隔板和活门材料性质，分为PM级隔板和PI级隔板。

PM级隔板为金属隔板，其特点是：打开PM级隔室时，该隔室中没有场;PI级隔板为非金属隔板(绝缘材料)，打开PI级隔室时，该隔室中可能有电场。

按正常运行期间发生故障时的机械、电气和火灾情况，开关柜分类为IAC需要经过型式试验验证其设计的有效性。

按设备现场情况，把设备的可触及性分为A、B、C三类。

A类可触及性反映仅限于操作人员触及的，B类指不受限制的可触及性(包括一般公众)，C类可触及性指接触不到的设备限定的可触及性，如柱上安装的设备。

承受故障的部位包括下(前面)、L(侧面)和R(后面)。

试验至少由两面开关柜组成。

试验持续时间1.0/0.1s作为推荐优选值。

内部电弧级设备应在铭牌上加以标明，标明可触及类别，还应标明试验电流(kA)和电流持续时间(s)。

3内部故障电弧的试验
内部故障电弧对开关设备危害极大，直接威胁人身和设备安全。

内部故障虽很少发生，但却不能完全避免(如在德国，平均10000面年开关柜发生一次故障电弧)。

故障电弧试验于1981年列入IEC标准中。

为此，要求开关设备要采取内部故障电弧限制措施。

在现行开关柜标准中，(IEC60298;1990-12)将内部故障电弧列为协商项目，而修订的最新标准(IEC22271-200)，将内部故障电弧试验列为选择性必试项目，并给出故障电弧试验的5项判剧(将现行6项合并为5项)。

新标准对试品布置、试验电流大小及特持续时间都作了明确规定，这样试验结果具有可比性，并要求将内部故障电弧等级(IAC)标明在柜体面板的铬牌处。

在现行标准中，将内部电弧试验可触及性类别分A和B两类。

在标准中，对A和B类可触及性(分别指仅允许被批准的专业人员和一般公众)增加了C类可触及性，即柱上安装金属封闭开关设备。

C类可触及性限定适用于够不着的设备，设备最小允许高度须制造商标明。

这里要特别提到气体绝缘开关柜的内部故障电弧试验。

为保护环境，在作内部故障电弧试验时，允许将SF6绝缘气体用同等压力压缩气体代替。

类似的试验和模拟表明，在使用释压装置的情况下，压务上升的最大值对空气和SF6大约相同。

这样壳体承受同样的压力。

但对空气来说，热气流喷出释压装置开口的时间较短，这是由于SF6喷出的速度较慢的绝故。

4内部故障电弧的判据
新标准对内部故障电弧的判据作了补充和修订。

新的5条判据如下：
判据1：门和盖仍应关闭。

若没有任何部分抵达指示器或墙壁，可接受有变形。

其附加条件是，如果设备在安装与试验时需要更靠近墙壁时，其永外性变形应小于规定的对墙壁距离，而且喷出的气体不得朝向墙壁;
判据2：度验期间，壳体不得出现破裂;不得有单重至60g的物体飞出;
判据3：在直至2m高度处，可自由接近的壳体外部，不得烧穿成孔洞;
判据4：指示器不得受热而点燃(垂直和水平指示器包括在一个判据内);
判据5：接地连接仍然有效。

检验通过目检，必要时(一怀疑时)通过测量。

这样，内部故障电弧试验由于有明确的试验条件和判据，使之更加具有可比性，用户更容易评价其安全性，该项试验不再是制造商与用户协商，而且不可对判据作选择。

5故障电弧的防护
从总体上来说，故障电弧的防护分积极防护和消极防护。

前者限制电弧的产生，后者限制电弧的负面效应。

积极防护的措施如下：
(1) 结构措施：①将带电件绝缘或部分绝缘;②结构设计中不形成弧根;③采用耐弧绝缘材料;④设立隔离壁和隔板;⑤有足够的导体间距离、空气和爬电距离。

(2) 使用的元件：①使用损失能是小的电气设备;②采取过电压保护。

(3) 运行管理：①对设备进行检查和维护;②对设备进行空调;③检查接触和连接部位;④清洁和检验绝缘件。

(4) 防止误操作：①进行电气和机械联锁;②进行人员培训。

消级措施包括：
(1) 空间限制：①使用耐压和耐热的材料;②设备总体按耐高温和耐热性设计。

(2) 限制电弧能量：①通过短路装置的故障电弧防护装置限制电弧持续时间;②通过限流器限制电弧的能量。

一个性能好的开关柜均采用积极和消极两种措施，以达到限制内部故障电弧的效果。

在现有消极措施中，故障电弧防护装置是减少电弧能量的好办法。

如Moeller公司新研制的Arcon型故障电弧防护装置。

它将故障电弧效应限制在它的弧根处，大大减小了人身受伤害的风险。

ABB公司应用于AX1型开关柜内的电弧快速灭弧装置，通过光传感器知内部电弧。

一旦发生内部电弧，该装置能在5ms 内使内部电弧接地。

在使用故障限流器方面。

如ABB公司的ZS1故障电流器可安装在手车上或固定安装。

FritzDriescher公司在它的开关柜中采用故障电弧限制器，来限制故障电弧的持续时间。

5结束语
故障电弧的危害，主要是热效应和压力效应。

对现代开关柜来说，为了限制热效应和压力效应，一般都在开关柜内设有释压通道，如母线室、开关室和电缆室内。

在这里，要尽量优化释压装置的结构，缩短其开始作时间，改时排气效果。

以降低柜内出现的最大压力。

另一方面选择制作隔板、壳体和室门的材料，确定可靠固定方式，特别要注意电缆室和开关室门的结构设计。

总之，故障电弧的限制，成为开关柜设计的关注点。