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，同時開關(guān)柜內(nèi)的母線，也因受電動力作用而產(chǎn)生扭曲、變形，導致斷路器發(fā)生開裂，進而出現(xiàn)嚴重的事故。本文以A起事故，通過電動力公式，定量計算了事故中作用于斷路器端子上的電動力，明確了事故出現(xiàn)的真正原因，對施耐德低壓斷路器在開關(guān)柜內(nèi)的安裝提出要求，并提出了針對該類型事故的幾點意見。

1 A事故概況

2016年，某試驗站進行了低壓開關(guān)柜型式試驗的分段試驗。該試驗中，斷路器正常分段了50kA預期短路電流，但完成試檢查時發(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)合公式計算斷路器端子上的電動力

低壓開關(guān)柜內(nèi)的母線是三相的，且以平行的形態(tài)進行布置，然而當出現(xiàn)短路故障時，母線之間存在著交變的電動力，且電動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力作用是最大的。電動力一般是通過公式進行計算，其中，F(xiàn)ks是母線所受最大的電動力；Kx是指矩形界面導體的形狀系數(shù)，它與導體自身的厚度（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，詳細計算力試驗中母線上的電動路，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），實際測量過程中，上端為1.2m，下端為0.45m。結(jié)合，通過計算可以得到ip3為105kA，而結(jié)合圖3與計算可以得到，Kx1為1.15.基于此，結(jié)合公式可以得到：

根據(jù)計算得知，A事故中，母線之間所受的電動力約為37601N，而對于斷路器來講，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力約為18800N，也就是說母線所受的電動力約為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力作用應(yīng)該是最嚴重的，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。歸根究底是因為，短路故障時，三相電動力不會同時達到峰值，往往是呈現(xiàn)動態(tài)交變狀態(tài)。可見，最大電動力不一定會出現(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建議

3．1 預設(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

通過電動力計算可以發(fā)現(xiàn)，試驗中斷路器端子承受了極大的電動力，進而斷路器背部出現(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)的電動力，每個制造商都對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，母線所承受的電動力則為3917N，遠遠小于試驗中母線所承受的電動力37601N。

表1 斷路器端子到第一個母線的最大距離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，具體來講就是，母線采用的固定方式不恰當，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、相地電動力，也可以支撐母線的自重。通常，因為低壓系統(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，因為這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力，對于交流低壓系統(tǒng)，電動力又是交變的，如果安裝不當容易因摩擦力無法抵抗交變電動力而產(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)就不能正常運行，甚至會造成嚴重的后果。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為未能夠按照設(shè)備要求的最大距離固定母線，同時也未能采用母線夾的方式固定母線，導致母線承受的最大電動力過大，絕緣子位移痕跡明顯。所以，母線固定要受到重視，嚴格按照制造商的相關(guān)要求進行，進而降低低壓開關(guān)柜故障的記錄，實現(xiàn)降低事故，甚至杜絕事故的目標。