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2024年开关设备中的故障电弧及其防护

1故障电弧的危害

在开关设备中，内部故障电弧事故很少发生，但不能完全避免。

它一旦发生，将对人身及设备造成极大的危害。因此，认识故障电弧

的危害并加以防护，是开关设备设计、制造和运行等部门的共同职责,

而且国际电工委员会和各国标准对内部故障电弧的试验和判据都作出

了更加明确的规定。

故障电弧能够在很短时间内形成高压力和高温。如在低压开关设

备中，故障电弧会在10ms内将温度升高到13000K，同时在约15ms内

将压力上升到约2×105Pa～3×105Pa。设备内的零部件，例如门，在

这样的高压力作用下会脱离固定机构并被掀开。高温还使设备内发生

熔化和蒸发过程，结果产生毒气，毒气又在压力作用下向外排出。这

会对附近的工作人员带来生命危险。工作人员吸入毒气造成死亡的例

子不少。而更多的情况是烧伤皮肤和使人目眩。

除了人身伤害外，还有设备的损坏，如建筑内的开关设备和二次

系统部分地或全部地被破坏。即使破坏过程结束后，用户还要承受长

时间停产及高昂的事故费用。

根据德国精密机械和电工技术职业协会(BGFE)的事故统计报告，

故障电弧事故约占总电流事故的25%。如果将电流事故与运行中常规事

故的人均费用作一比较，则xx年的电流事故为29654欧元，而正常

运行事故仅为4484欧元。统计还显示，xx年电气专业人员在电流事

故中受伤害占60%以上,而34%的电流死伤事故则发生在开关设备中。

2内部故障电弧的试验及判据

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正因为故障电弧涉及到人身和设备安全，引起了国际社会和各国

的高度重视。在低压技术中，有关低压开关设备内部故障电弧的国际

试验标准为IEC/TR361641：xx-01。在德国乃至欧洲的试验标准为

DINEN0660—1附录部分2。这些标准包括了“故障电弧条件下的人身

防护”和“故障电弧条件下的设备防护”等名词术语。故障电弧条件

下的人身防护，是指开关组合电器在故障电弧的机械和热力作用下限

制危及人身安全的能力。故障电弧条件下的设备防护是指开关组合电

器在故障电弧条件下限制影响设备功能的能力。人身防护和设备防护

试验，包容不了所有的危害效应，诸如有毒气体、光辐射、热气流、

声压和高压力等。

低压开关设备的故障电弧防护分“结构上的故障电弧防护”和

“故障电弧防护装备”。结构上的故障电弧防护是通过开关组合电器

的结构来实现的，以防止故障电弧的产生。结构上的故障电弧防护只

能在设备封闭情况下限制故障电弧的效应，一旦设备被打开，则不起

作用，这就需要附加防护装置。

在中压开关设备方面，国际电工委员会(IEC)现对迄今的中压开关

设备标准IEC60298进行了修订。修订的重点放在使用的安全性、可利

用率及维护方面，这就是说，标准的规定更多地放在使用目的上，而

较少关注结构特点。基于此种改变，将中压开关设备重新划分了等

级，并对故障电弧的防护也通过试验程序和评价判据使之更加明确。

国际电工委员会将以新标准IEC62271—200取代老标准IEC60298：xx-

12。

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在未来的新标准中，故障电弧防护的地位有了明显的提高，对试

验条件作了规定，而不再是制造商和用户之间协商，同时不可对判据

作选择。

试验条件规定，试验至少由两面开关柜组成，而且对每个隔室的

试验，至少在一个终端柜进行。试验持续时间的优选推荐值为

1.0s/0.5s/0.1s。

新标准对试验的判据也作了补充和修订。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，其永久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：试验期间，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分，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(有怀疑时)

通过测量。

通过试验后，将等级IAC(内