Личная безопасность - это первое, о чем вы должны подумать, прежде чем вводить подстанции
Внутренние дуговые испытания распределительных устройств МВ
Цель этой статьи - описать явление внутренней дуги, ее последствия для безопасности, существующие методы их ограничения и действующие правила в целом для оборудования, используемого в электрических распределительных сетях среднего напряжения.
Внутренние дуги могут возникать в электрооборудовании, когда условия обслуживания, для которых он был спроектирован, не выполняются или имеют внутреннюю неисправность или неисправность, возникшую в результате неправильной установки. С этой целью глава МЭК 62271-200 обеспечивает руководство по обычному происхождению внутренних дуг, а также как уменьшить вероятность их возникновения.
Типичными примерами являются перенапряжения в сети, несоответствующая спецификация оборудования, неадекватные кривые защиты, неправильное использование оборудования, использование оборудования после окончания номинального срока службы или номинальная электрическая выносливость, недостаточная подготовка кабельных терминалов, неадекватные рутинные производственные проверки и т. Д. Но это следует сказать, что, хотя риск низкий, если все электрические требования выполнены, он не существует, как показал опыт.
Тест внутренней дуги - 36 кВ, 20 кВ
Человеческая ошибка и особые обстоятельства, которые могут возникнуть в любой момент на установке, не полностью контролируются, и, к сожалению, последствия ошибки могут быть очень серьезными для всех, кто находится поблизости.
Учитывая, что этот тип оборудования находится во всей распределительной сети в обоих зданиях, к которым допускается общественность, а районы с неограниченным доступом, безопасность (операторов и широкой общественности) должны учитываться при проектировании оборудования и установок для минимизации риск возникновения внутренних дуг. Это суть, например, ITC16 Испанского регламента по электростанциям и трансформаторным подстанциям.
В дополнение к аспектам конструкции, характерным для каждого устройства, на котором изготовитель должен предпринять шаги для минимизации рисков возникновения внутренней дуги, считается жизненно важным, чтобы пользователи, установщики и проектировщики установок среднего напряжения были знакомы с установкой условий, указанных изготовителем, и, таким образом, избежать рисков.
верхний
Стандартные рамки
Макет для внутреннего дугового испытания с передним и боковым доступом
Существует ряд действующих международных стандартов, которые описывают метод классификации электрооборудования с металлическим покрытием IEC 62271-200, электрооборудования с изоляцией IEC 62271-201 и сборных трансформаторных подстанций IEC 62271-202 в соответствии с их защитой людей в вблизи внутренней дуги в высоковольтных отсеках распределительных устройств до 52 кВ.
Существуют также некоторые попытки стандартизировать то, как классифицируется ответ на внутренние дуги в низковольтных платах. Для этой цели был подготовлен международный технический отчет IEC / TR 61641. Однако этот документ еще не включен в стандарты.
В настоящее время существуют только стандартизированные испытания для проверки последствий внутренних дуг в высоковольтных распределительных устройствах, но не в силовых трансформаторах или низковольтных распределительных устройствах. Это может быть оправдано тем фактом, что наибольшая мощность короткого замыкания находится на высоковольтных распределительных устройствах, а трансформаторы обычно защищены грозозащитными разрядниками, которые уменьшают вероятность возникновения внутренних дуг на их высоковольтной стороне из-за перенапряжений и / или с помощью средств токоограничивающих плавких вставок, вставленных перед ними. Однако, когда имеется только автоматический выключатель перед трансформатором, вероятность и последствия внутренней дуги со стороны среднего напряжения не ограничены.
Дуга обычно генерируется (для теста) путем пропускания тока через медный медный провод, устроенный для этой цели между проводниками или проводником и землей. В случае сборных подстанций инициация происходит в оборудовании MV и в соединении MV между этим и трансформатором.
Существуют некоторые спецификации электрической компании (например, EDF), которые генерируют внутренние дуги, пытаясь разбить более высокий ток, чем само оборудование, способное разрушаться. Другими словами, он оценивает, что произойдет, если оператор должен переключить устройство, и он не способен нарушить ток.
Важно описать, как внутренний дуговой тест выполняется по-разному, когда доступ осуществляется специалистом или широкой общественностью. В обоих случаях опоры помещаются с образцами ткани в доступную зону (области) вокруг оборудования, изменяя тип ткани и расстояние от оборудования в зависимости от того, желают ли они оценить доступность общественного или специализированного персонала, будучи более строгими для первая группа людей.
верхний
Последствия внутренней дуги
Внутренняя дуга - очень быстрое, почти взрывоопасное явление, которое преобразует исходную электрическую энергию в генерацию волны давления и тепла в среде, где она происходит, обычно используемая диэлектрическая среда.
Диаграмма ниже пытается объяснить, как это развивается.
Схема разработки внутренней дуговой вспышки
Последствия или последствия неисправности или внутренней дуги следующие:
Волна давления
Волна давления имеет два следствия. Первый - это фактическое оборудование, которое должно выдерживать такое механическое усилие, а второе - в помещении, где расположено это оборудование, что также страдает от последствий резкого повышения давления. Это может нанести серьезный ущерб его конструкции (окна, двери, кирпичные стены). Эта волна давления намного сильнее, когда генерируется большее количество газов (типичное для жидких диэлектриков).
Выброс горячих газов
Внутренняя дуга приведет к увеличению температуры газов, выделяемых материалами оборудования из-за электрической энергии, передаваемой диэлектрической среде, а также химической энергии через диссоциацию или химическую реакцию диэлектрика и генерируемых газов.
В зависимости от обстоятельств эта химическая реакция может быть сильно экзотермической в зависимости от используемых материалов и диэлектриков и может привести к возгоранию, если поблизости есть какие-либо горючие материалы, или вызвать ожоги людей поблизости или вне помещения через дымоходы и вентиляционные решетки.
Пробивание корпуса оборудования
По мере развития дуга может проколоть корпус, если он находится в контакте с ним или очень близко к нему. В этом случае будет производиться очень интенсивное излучающее тепло, которое может вызвать серьезные ожоги для всех, кто стоит рядом.
Необратимый ущерб оборудованию
Энергия, генерируемая внутри, может привести к тому, что металлические детали, которые образуют поврежденную оболочку, могут быть быстро вызваны давлением или плавлением и частичным испарением металлических деталей. В качестве примера, во внутренней дуге 20 кА в течение 0, 5 с, рассеиваемая электрическая энергия обычно может составлять 8 МДж.
Движение частей оборудования
Во время этого процесса части изнутри оборудования и самого корпуса могут быть выброшены, что может серьезно повлиять на любых людей поблизости.
Слева: минимальные расстояния установки; Вправо: давление в шкафу в зависимости от его объема и площади выхода, по которой выделяются газы
Все эти эффекты оцениваются во время тестирования внутренней дуги, так как это критерии приемлемости теста. Влияние волны давления в помещении оценивается только при проведении внутренних дуговых испытаний на сборных трансформаторных подстанциях.
верхний
Системы для ограничения воздействия внутренних дуг
Чтобы избежать вышеупомянутых эффектов, производители оборудования MV предоставили им ряд систем, чтобы избежать вреда для людей или повреждения оборудования.
Существует два типа метода или системы предотвращения с точки зрения их средств действия:
Пассивные системы
Это системы, которые естественным образом или по конструкции предотвращают воздействие либо горячих газов, либо волн давления без какого-либо механизма или интеллектуальной системы. Системы, признанные пассивными элементами, могут быть следующими:
Разрывный диск
Это элемент, который разрывается или высвобождается во время повышения давления, позволяя газам выходить из строя. Этот выход будет находиться в контролируемой области, расположенной далеко от областей, к которым можно получить доступ во время работы.
Конструкция корпуса для преодоления избыточного давления
Когда он сталкивается с повышенным давлением в своей внутренней части, оборудование должно уметь выдерживать его, как можно меньше деформироваться и позволяя газам вытекать из него в контролируемой форме, избегая вреда для всех.
Следует сказать, что в первые моменты времени внутренняя дуга представляет собой явление, которое является практически адиабатическим, создавая избыточное давление, подобное водяному молоту. По нашему опыту давление воздуха внутри оборудования может увеличиться до 2, 1 бар (относительное) за 30 мс. Никакая система защиты (за исключением предохранителей), расположенная в распределительной сети, не может устранить неисправность за такое короткое время, поэтому корпус должен выдерживать ее.
Осциллограмма внутреннего дугового испытания (ток и избыточное давление)
Существуют технологии моделирования с использованием конечных элементов, которые могут помочь при проектировании оборудования, но они должны быть проверены и проверены путем создания внутренней дуги. Моделирование не заменяет фактический тест.
Моделирование с использованием конечных элементов искажения металлических корпусов из-за давления
Расширительные каналы
В дополнение к разрывным дискам оборудование может иметь канал, который откачивает газы в контролируемые зоны, не производя никаких внешних повреждений. Канал может быть сконструирован с использованием фактического трубопровода или путем помещения оборудования в помещение, поддерживающего определенные расстояния, например, пространства между металлическим распределительным устройством и задней стенкой.
Управление электрической дугой
Электрическая дуга внутри оборудования может управляться таким образом, чтобы она приводила к минимальному ущербу. Энергия, передаваемая дугой, пропорциональна току, который циркулирует через него, и к термину, известному как напряжение дуги. Это напряжение зависит от диэлектрика, но пропорционально длине дуги. Если оборудование рассчитано на эту длину дуги, всегда должно быть одинаковым и быть небольшим, можно будет управлять вырабатываемой в нем энергией и тем самым минимизировать ущерб. Следовательно, оборудование имеет стартеры или жертвенные элементы внутри корпуса внутренней дуги. Чтобы обеспечить правильную работу, необходимо будет установить дугогасители, чтобы покрыть все возможные дуговые ситуации в оборудовании (неисправность разлома, различные источники питания, различное происхождение дуги и т. Д.).
Системы охлаждения для горячих газов
Они включают каналы или элементы, которые охлаждают вытесненные газы. Одной из форм этого, например, является использование лабиринта для выходящих газов, дающих контакт с более высокой площадью поверхности металла, так что они теряют свою теплоту сгорания. Другая система - это та, которая использует огнеупорный материал, так что это поглощает избыточное тепло при выходе газов.
Система охлаждения для выхода газов с использованием металлического лабиринта
Плавкие предохранители
Эти элементы ограничивают продолжительность и энергию дуги в цепи ниже по течению. Это считается пассивным элементом, поскольку его конструкция означает, что его микропереходы расплавляются, когда через него проходит большой ток, не имея электронного элемента или механизма.
верхний
Активные системы
Это системы, которые по своей природе являются механическими и / или электромеханическими системами, которые ограничивают продолжительность внутренней дуги. Они состоят из следующих типов:
Разрушающие элементы в сочетании с защитными реле
Они считаются любым автоматическим выключателем или устройством управления, которое приводит в действие и устраняет неисправность по команде от защитного реле, которое определяет, существует ли неисправность или нет, в зависимости от ее калибровки. Это не ограничивает волну давления, но ограничивает общую рассеиваемую энергию, в зависимости от того, как долго проходит ток.
Короткозамкнутые элементы
Эти элементы работают, закрывая заземляющий выключатель выше по потоку от неисправности, короткое замыкание источника питания и тушение дуги, поскольку дуга имеет больший импеданс, чем проводники заземляющего переключателя. Эти устройства короткого замыкания должны быть установлены на любой из возможных точек, где неисправность подается с питанием. Однако их необходимо комбинировать с приводом или отключением, которое различает наличие дуги в оборудовании.
Эти связанные элементы должны быть расположены в отсеках, существующих в оборудовании, поскольку все отсеки подвержены риску внутренних дуг. Существуют следующие типы связанных элементов:
- Система индикации наличия избыточного давления. Они срабатывают в ответ на динамическое увеличение давления, которое посылает механический или электрический сигнал на устройство короткого замыкания или на рабочее реле.
- Система индикации присутствия яркости. Они срабатывают в ответ на яркость внутренней дуги внутри оборудования. Этим элементам требуется дополнительный источник питания.
верхний
Классификация оборудования в соответствии с его поведением с внутренней неисправностью
Действующий международный стандарт IEC 62271-200 определяет так называемые «внутренние дуговые классы» IAC, которые требуют, чтобы рейтинг IP оборудования в ответ на внутренние дуги определялся четырьмя параметрами:
- Доступность: передний (F) и боковой (L) и / или задний (R)
- Амплитуда тока короткого замыкания: например, 16 кА
- Длительность дуги: например, 0, 5 с
- Доступ ограничен уполномоченным персоналом или бесплатным доступом
Чтобы классифицировать устройство как IAC, он должен пройти тест во всех своих высоковольтных отсеках.
Как неисправность, так и ее длительность могут быть использованы для определения того, насколько надежным является оборудование, когда оно сталкивается с внутренней дугой, поскольку пользователю необходимо определить, совместимо ли это ограничение дуги и времени с сетью и, таким образом, минимизировать риски и повреждение перед лицом возможной неисправности.
Во всех случаях его необходимо проверить, проверив, что поведение оборудования определяется изготовителем с точки зрения управления производимыми горячими газами и что нет риска ожогов или воздействия на окружающих в зонах, определенных как доступные во время операция.
Международные стандарты, упомянутые только для оценки и классификации реакции оборудования на внутреннюю дугу, зависят исключительно от поведения его пассивных элементов, поскольку они заявляют, что они должны оценивать ее безопасность, когда какая-либо из ее высоковольтных компонентов страдает от неисправности, которая вызывает внутренняя дуга в них. В этом смысле те компоненты, которые считаются пассивными элементами безопасности, являются такими, которые являются структурными или с очень низкой вероятностью отказа, такими как предохранители, из-за отсутствия электронных механизмов или устройств.
Таким образом, никакая активная защита не может использоваться в качестве системы предотвращения внутренней дуги, если она не была разработана таким образом, чтобы она могла проходить тест без активации активного компонента.
Например, оборудование с вырезами или автоматическими выключателями необходимо протестировать с отключенным защитным реле. В течение срока службы, если это устройство имеет внутреннюю дугу, реле может работать, но всегда с учетом того, что если это не работает или повреждено дугой, оборудование искробезопасно. На примере автомобильной техники пассивные системы - это ремень безопасности и конструкция шасси автомобиля, в то время как активной системой будет подушка безопасности. Первые всегда являются обязательными, а второй - необязательными.
верхний
Факторы, влияющие на поведение внутренней неисправности
Поведение в случае внутренней неисправности в основном зависит от:
- Расположение проводящих частей,
- Материалы, которые составляют проводящие части,
- Объем и геометрия пораженного отсека,
- Изоляционные материалы (газ, жидкость, твердое вещество) вблизи дуги,
- Независимо от того, разделены или нет фазы,
- Значение тока,
- Длительность дуги,
- Количество одновременных дуг возможно,
- Место, где дуга инициируется и / или фиксируется,
- Скорость выталкивания газов, образующихся при испарении, разложении и / или химической реакции присутствующих материалов,
- Химическая реакция горячих газов или жидкостей, контактирующих с воздухом.
Тем не менее, поведение специфично для каждого устройства, метода установки и процедуры тестирования.
Обычно по соображениям удобства для лабораторий оборудование, использующее SF6 в качестве изолирующего газа, испытывается против внутренней дуги с воздухом вместо SF6, что приводит к более сильному явлению (более быстрое увеличение давления). Поэтому это более жесткое условие, разрешенное международными стандартами.
Однако замена других газов и изолированных жидкостей не допускается. В этом смысле можно сказать, что в общем случае изолирующие жидкости генерируют большое количество газов, которые легко воспламеняются при контакте с воздухом, должны быть подвержены электрической дуге. Следовательно, и хотя он не используется обычно в новейшем оборудовании, многочисленные лаборатории подверглись неожиданным взрывам в этом типе оборудования, когда в них возникает случайная внутренняя дуга.
верхний
Выводы
Устройство, способное выдерживать внутреннюю дугу, является безопасным элементом, если оно установлено правильно, а окружающие условия верны. Для этого будут созданы системы, которые производитель сочтет необходимыми для ограничения своих эффектов.
Системы, ограничивающие воздействие, являются активными или пассивными, только последние действительны для проверки поведения, с которым сталкиваются внутренние дуги.
Каждое устройство имеет специфическое поведение, с которым сталкиваются внутренние дуговые ситуации. Следовательно, использование устройств, которые ограничивают продолжительность дуги, чтобы минимизировать ущерб, который это может произвести, должно быть связано с известной информацией, проверяя поведение такого оборудования во внутренней дуговой ситуации без использования устройств, которые ограничивают его продолжительность.
Устройства, которые ограничивают продолжительность дуги, могут быть очень эффективным средством уменьшения влияния внутренней дуги как на само оборудование, так и на возможность его ремонта, а также на людей и помещения.
ИСТОЧНИК: Внутренняя дуга: Личная безопасность при наличии электрических установок