回顧低壓開關(guān)柜事故，提出母線固定的建議

袁巧玉

（廣州南方電力集團(tuán)電器有限公司，廣東 廣州 510285）

低壓開關(guān)柜是低壓配電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，而低壓斷路器則是低壓開關(guān)柜內(nèi)的核心元件。系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，低壓斷路器起到閉合、開斷以及隔離的作用，然而由于受到各種因素的影響，斷路器故障引起開關(guān)柜二次故障，同時(shí)開關(guān)柜內(nèi)的母線，也因受電動(dòng)力作用而產(chǎn)生扭曲、變形，導(dǎo)致斷路器發(fā)生開裂，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的事故。本文以A起事故，通過電動(dòng)力公式，定量計(jì)算了事故中作用于斷路器端子上的電動(dòng)力，明確了事故出現(xiàn)的真正原因，對(duì)施耐德低壓斷路器在開關(guān)柜內(nèi)的安裝提出要求，并提出了針對(duì)該類型事故的幾點(diǎn)意見。

1 A事故概況

2016年，某試驗(yàn)站進(jìn)行了低壓開關(guān)柜型式試驗(yàn)的分段試驗(yàn)。該試驗(yàn)中，斷路器正常分段了50kA預(yù)期短路電流，但完成試檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，低壓開關(guān)柜內(nèi)的母線之間的間距顯著增大，且不規(guī)則（如圖1）。

圖1 低壓開關(guān)柜內(nèi)母線形態(tài)

2 結(jié)合公式計(jì)算斷路器端子上的電動(dòng)力

低壓開關(guān)柜內(nèi)的母線是三相的，且以平行的形態(tài)進(jìn)行布置，然而當(dāng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，母線之間存在著交變的電動(dòng)力，且電動(dòng)力的峰值中間相約為邊上兩相的1.07倍，也就是說三相水平母線中，中相母線所受的電動(dòng)力作用是最大的。電動(dòng)力一般是通過公式進(jìn)行計(jì)算，其中，F(xiàn)ks是母線所受最大的電動(dòng)力；Kx是指矩形界面導(dǎo)體的形狀系數(shù)，它與導(dǎo)體自身的厚度（b）、寬度（h）以及中心距（D）有密切的關(guān)系；ip3是指短路的峰值電流，它的大小一般由電路功率因數(shù)和短路瞬間的相位角決定；l是低壓開關(guān)柜內(nèi)母線的長度；D是指三相母線之間的相間距。筆者以A事故為例，通過公式，詳細(xì)計(jì)算力試驗(yàn)中母線上的電動(dòng)路，具體如下：低壓開放柜采用的是厚度為50mm,寬度為10mm的銅母線，如圖2（a）所示，母線端子的相間距為70mm，圖2（b）所示，母線的長度l為1.2m(斷路器端子至絕緣子的距離），實(shí)際測(cè)量過程中，上端為1.2m，下端為0.45m。結(jié)合，通過計(jì)算可以得到ip3為105kA，而結(jié)合圖3與計(jì)算可以得到，Kx1為1.15.基于此，結(jié)合公式可以得到：

根據(jù)計(jì)算得知，A事故中，母線之間所受的電動(dòng)力約為37601N，而對(duì)于斷路器來講，該力是端子與絕緣子（母線固定支持）共同承載，因此作用于斷路器端子上的電動(dòng)力約為18800N，也就是說母線所受的電動(dòng)力約為1.9t。就理論來講，水平平行布置的三相母線中，中相母線承載的電動(dòng)力作用應(yīng)該是最嚴(yán)重的，然而結(jié)合圖1發(fā)現(xiàn)，中相母線并未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，而是邊上一相出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象。歸根究底是因?yàn)椋搪饭收蠒r(shí)，三相電動(dòng)力不會(huì)同時(shí)達(dá)到峰值，往往是呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)交變狀態(tài)。可見，最大電動(dòng)力不一定會(huì)出現(xiàn)在中相母線上，而是由合閘相位角決定出現(xiàn)于那一相母線。

圖2 斷路器的相間距與母線長度

圖3 矩形截面導(dǎo)體形狀系數(shù)與關(guān)系曲線圖

3 斷路器安裝中母線固定的幾點(diǎn)建議

3．1 預(yù)設(shè)短路電流50kA，設(shè)定斷路器端子到第一母線固定的最大距離為0．3m

通過電動(dòng)力計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)中斷路器端子承受了極大的電動(dòng)力，進(jìn)而斷路器背部出現(xiàn)了開裂，故而引起了事故。而為了防止端子承受超出斷路器結(jié)構(gòu)的電動(dòng)力，每個(gè)制造商都對(duì)自家斷路器的安裝與固定提出了明確的要求。如，施耐德Masterpact系列的斷路器端子到第一個(gè)母線固定的最大距離L做出了明確的規(guī)定與要求，具體如表1。結(jié)合表1，如若試驗(yàn)中，低壓開關(guān)柜內(nèi)從斷路器端子到第一母線職稱的最大距離，設(shè)置為0.3m，其他要求不變，母線所承受的電動(dòng)力則為3917N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于試驗(yàn)中母線所承受的電動(dòng)力37601N。

表1 斷路器端子到第一個(gè)母線的最大距離L

3．2 改變低壓開關(guān)柜內(nèi)母線的固定方式：浮動(dòng)式母線夾和固定式母線夾

A事故中，不僅母線允許的最大距離不符合要求，還存在母線位移的問題。如圖4所示，邊上一相母線絕緣子位移的痕跡非常清晰，而絕緣子位移的確是事故發(fā)生的緣由之一，歸根究底就是母線固定不恰當(dāng)，具體來講就是，母線采用的固定方式不恰當(dāng)，并未按照制造商的要求采用母線夾的方式，而是采用了絕緣子+長圓孔的固定方式。按照制造商的要求采用母線夾，一般分為浮動(dòng)式和固定式2種形式。固定母線夾不僅可以固定母線相間、相地電動(dòng)力，也可以支撐母線的自重。通常，因?yàn)榈蛪合到y(tǒng)短路電流很高，絕緣子僅用于母線相間的支撐或者母線自重的承載，不宜用于固定母線與開關(guān)柜龍骨之上，因?yàn)檫@種方式僅僅靠螺栓頭或者墊圈與長圓孔龍骨之間的摩擦力來抵抗電動(dòng)力，對(duì)于交流低壓系統(tǒng)，電動(dòng)力又是交變的，如果安裝不當(dāng)容易因摩擦力無法抵抗交變電動(dòng)力而產(chǎn)生噪聲、母線移位，甚至因母線移位造成相間短路或者燃弧事故。

圖4 A事故中龍骨上絕緣子位移痕跡

眾所周知，低壓開關(guān)柜是低壓配電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，如若低壓開關(guān)柜故障，那么低壓配電系統(tǒng)就不能正常運(yùn)行，甚至?xí)斐蓢?yán)重的后果。通過回顧A事故發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)事故的主要原因就是斷路器背部開裂，而斷路器背部開裂就是因?yàn)槲茨軌虬凑赵O(shè)備要求的最大距離固定母線，同時(shí)也未能采用母線夾的方式固定母線，導(dǎo)致母線承受的最大電動(dòng)力過大，絕緣子位移痕跡明顯。所以，母線固定要受到重視，嚴(yán)格按照制造商的相關(guān)要求進(jìn)行，進(jìn)而降低低壓開關(guān)柜故障的記錄，實(shí)現(xiàn)降低事故，甚至杜絕事故的目標(biāo)。