对一次短路故障的分析与总结
概述:通信低压配电系统,线路发生短路故障,断路器应该跳断以保护设备、线路;如果短路了,断路器却没有迅速断开,就要剖析故障过程直至找到原因,以杜绝隐患,以及由短路联想到接触不良而发热的问题。
关键词:加电前检测、检查、短路、空开特性曲线、接触不良、发热。
引言:某机房传输设备加电,参建方均到场,检测了短路、电压、电流、极性以及标签正确性之后,发现还有断路器面板(以下简称面板)后的电缆端接情况没有检查,于是拆开面板检查正常后上电,在回装紧固面板时发生短路故障。
正文:传输设备(3r~3w)六架,两架直流列头柜(2g、2h新增),一架直流分配屏(1b)。设备位置见设备平面示意图(1)和传输设备取电系统图(2)。
图示(1)-设备平面示意图
图示(2)-传输设备取电系统图
列头柜2g、2h从直流分配1b取电,2g、2h列头柜内每条支路用63A的断路器(某型号63C AC230V Icu=6KA)分别控制其后的传输设备。输出、输入端经过短路、电压、电流检测,并查验标签、检查电缆端接是否存在虚搭,各项指标正常,对2h供电的传输设备逐级合闸上电,2h自带的电力参数监控屏正常开启,各项参数显示正常,然后传输设备合闸,设备正常运行。
按上述步骤对2g上、下级设备检查、检测,正常后逐级合闸上电,2g列头柜和传输设备运行正常,施工人员回装面板,正在紧固面板左上角螺母,瞬间剧烈闪弧,解刀落地,操作人被吓退,旁边人员迅速将断路器全部断开。等闪弧点降温后,将上级直流分配屏熔丝断开,拆下面板,排查故障原因,发现是因为面板左上角螺母紧固过度,将一条负极电缆的绝缘皮攻破使机柜与负极连通而导致的短路。
我们对短路过程画出电路图进行分析。一是分析断路器KF1当时为什么没有跳断,起到速断保护的作用;二是看看有什么有益的东西和值得深思的问题可以总结推介。短路过程的示意图和电路图分别如图(3)、图(4)、图(5)所示。
2g直流列头柜的正极取至工作地,直流电源电压实测为U1=53.5V。2g柜内PE排与保护地联通,2g对电源负极电压近似为U2=53V,支路断路器KF1的额定电流In=63A,满足IL>In>IW(IL:线路电缆载流量,空气温度30℃,单芯RVVZ25mm2,IL=166A;IW:电路长期稳定运行的电流,按In的50%估算,即In=31.5A)。
图(3)-短路过程的示意图
图(4)-短路前电路图 图(5)-短路瞬间电路图
I1--是传输负载电流;I2--是短路电流,传输设备的电阻值为R,按欧姆定律R==≈1.6984Ω.断路器特性曲线为C型见图(6)。由图(6)知,瞬时脱
扣电流为(5~10)In,短路时,KF1没有跳断,当时很疑惑不解,通过学习、查阅资料、逆向推算,逐渐明白了其中的原理。
既然KF1没有跳断,说明I2没有到达(5~10)In的瞬时脱扣电流,那就更达不到6KA的瞬断短路电流。短路发生时,A点的接触电阻RA远小于R,那么我们就以5In~10In来估算RA。
(Ⅰ)如果I2>10In,肯定跳断,但这种情况前面已经排除;
(Ⅱ)10In≥I2≥5In,可能会起跳;
(Ⅲ)I2<5In,肯定不会跳断。
所以有:,0.0841Ω≤RA<R.从镀锌螺母攻破电缆绝缘层的时刻起,至强行分断KF1的这一极短的时间间隔内,操作人员控制解刀的力度是不均匀的,这就导致两种金属材料的接触面电阻值可变,但RA远比R小得多,电压不变,所以短路电流还是比较大,因此出现了剧烈闪弧而又未能使KF1跳断的情况。正是因为KF1未能跳断,致使短路电流发热严重,其破坏作用不容轻视,下面先做发热、温升估算,然后附以图片佐证。
假设图(5)通过315A电流,接触电阻RA非常小,取图(7)中25mm2、30℃0.00074Ω/m的电阻值,根据焦耳—楞次定律:
Q=1.0032I2RAt(J)
(Ⅰ)Q1=1.0032×3152×0.00074×1≈74J,根据热量温差公式:
(铜300K比热容为0.386KJ/K·Kg,质量取1Kg),在通信机房里,1Kg的铜升温才0.2℃,发热量很小,能长期运行。
(Ⅱ)如果短路电流为315A,接触电阻增大到RA=0.74Ω:
Q2=1.0032×3152×0.74×1≈73661J,所以温升为:
Q2是Q1的1000倍,所以金属被熔化,绝缘层被炭化。
通信机房端接头的数量巨大,不管什么原因,导致接触电阻增大的概率比起其他故障概率高,希望广大施工、维护工作者能审慎对待,严格按规范操作,才能将故障概率降到最低。
短路后现场检查图片如下:
图8-绝缘层被炭化、金属被熔化,
总结:通过上述短路过程的分析,可以得出以下几个结论。
(1)加电前一定要按流程逐项检测、检查。特别是所有端接处、有面板覆盖电缆且有螺母固定处、碎金属屑、金属粉尘是否清理干净(有导致爬电风险)等,达标、合格之后才能通电。
(2)直流列头柜空间结构有一定的问题,施工厂家操作时检查不仔细,也是导致短路故障的原因之一。
(3)短路不一定跳闸,不能因为装了断路器、自动保护、智能监控系统等就认为万无一失,巡视巡检不能缺少。
(4)直流列头柜支路短路的选型存在一定的问题。包括传输设备的开关在内,所配的开关、断路器不具备选择性。
备注:图(6)、图(7)截自于百度文库。
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