國外客戶在開關(guān)柜維護檢修時,發(fā)現(xiàn)母線有幾百伏的電壓,所有斷路器都分閘,趕腳不應(yīng)該有電壓。經(jīng)分析,開路斷路器負載側(cè)確實有存在電壓的情況。為方便起見,稱為“殘余電壓”。大多數(shù)情況下,這是在項目調(diào)試期間進行測量的結(jié)果,當開關(guān)設(shè)備母線上沒有負載并且主斷路器處于連接位置并分閘時,輸入電源(主斷路器的線路側(cè))通電。任何連接到主母線的饋線或聯(lián)絡(luò)斷路器都斷開。在這種情況下,斷路器的斷開觸點構(gòu)成一個與輸入電源和負載側(cè)(主)母線串聯(lián)的電容器。
主母線有對地電容,但在描述的情況下,由于饋線和聯(lián)絡(luò)斷路器斷開,沒有其他負載。由此產(chǎn)生的電路是一個簡單的電容分壓器,如原理圖所示??紤]一個典型的例子,一個13.8kV開關(guān)設(shè)備的排列,帶有一個主斷路器、八個饋線斷路器和一個以雙層配置排列的聯(lián)絡(luò)斷路器。在本例中,負載側(cè)主母線由大約14米的銅母線組成。真空斷路器的觸頭開距很小,斷開觸點之間的電容C1約為15皮法(pf)。主母線的電容約為每米10pf,在本示例中為140pf。
在本例中,當以13.8kV相-相(8kV相-地)通電時,主斷路器負載側(cè)(在本例中,在主母線上)且所有饋線和聯(lián)絡(luò)斷路器斷開的預期電壓為:Vout=Vin(C1/(C1+C2))Vout=8.0kV(15/(15+140))Vout=8.0kV(15/155)Vout=755伏。這是一個非常簡單的例子,忽略了幾個因素,例如斷路器導體的電容和饋線斷路器柜中的一次斷開組件。這些因素會增加負載側(cè)電容,降低計算所得的電壓(Vout)。
但是,這并沒有改變基本概念,即在所描述的情況下,開路斷路器本質(zhì)上是一個電容器與負載側(cè)導體對地的電容串聯(lián),因此斷路器的負載側(cè)將存在電壓。引用的電容值具有代表性,但會因安裝而異。真空斷路器的斷開觸點之間的電容會隨著觸點的直徑和它們之間的間隙而變化。
母線電容是基于文獻綜述的近似值,但被認為具有代表性。示例中提供的數(shù)字是為了說明物理現(xiàn)象,而不是為了精確。這種殘余電壓的后果是什么?在這種情況下,任何人都不應(yīng)從事操作,因為這會違反許多與安全相關(guān)的文件。開關(guān)設(shè)備標準不承認開路斷路器具有隔離功能。在室外配電斷路器的情況下,隔離開關(guān)應(yīng)位于斷路器的每一側(cè),以在進行維護之前提供隔離功能。在抽出式金屬封閉開關(guān)設(shè)備情況下,斷路器應(yīng)從連接位置抽出到測試或斷開位置,因為IEEEC37.20.2認為這是實現(xiàn)隔離功能的條件。
國家電氣規(guī)范(NEC)、ANSI/NFPA70也承認開路斷路器不提供隔離功能。具體來說,第490.22條說(部分):490.22隔離裝置。應(yīng)提供將設(shè)備項目與所有未接地導體完全隔離的方法。如果有其他方法可以使設(shè)備斷電以進行檢查和維修,例如抽出式金屬封閉開關(guān)設(shè)備和可拆卸手車面板,則不應(yīng)要求使用隔離開關(guān)。
當負載連接到主母線上時,剩余電壓將大大消失。為了說明這一點,請考慮前面的示例,其中一個饋線斷路器閉合,并且將20米長的電纜電路連接到饋線斷路器,但遠端的開關(guān)或斷路器斷開。因此,閉合饋線斷路器只會拾取饋線電路電纜的電容。例如,電纜必須屏蔽(根據(jù)NEC),典型電纜電容為200pf/m至400pf/m(參見IEEEC37.015,第B.2條)。對于這種情況,剩余電壓(Vout)變?yōu)椋篤out=Vin(C1/(C1+C2))Vout=8.0kV(15/(4,000+15+140))Vout=8.0kV(15/4,155)Vout=28伏。
職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)法規(guī)和NFPA70E(工作場所電氣安全)要求將任何超過50V的電路視為通電,直到將其隔離并安裝安全接地。
NFPA70E中電氣安全工作條件的描述是:一種狀態(tài),其中電導體或電路部件或附近已與通電部件斷開連接,根據(jù)既定標準鎖定/標記,進行測試以確保沒有電壓,并在確定必要時接地。在對超過50V的設(shè)備進行任何工作之前。金屬封閉開關(guān)設(shè)備,隔離需要將抽出式斷路器抽出到測試或斷開位置。在對導體進行任何工作之前,需要測試是否存在電壓。在確認導體已斷電后,應(yīng)采用安全接地。因此,OSHA和NFPA70E要求的流程會將設(shè)備置于電氣安全的工作狀態(tài),并消除任何殘余電壓。
真空斷路器即使真空斷口可以承受要求的隔離斷口耐壓,如24kV真空斷路器真空斷口需要通過79kV的工頻耐受電壓和145kV的雷電沖擊耐受電壓,但由于開距小,電容大,導致母線或電纜側(cè)有較高的殘余電壓,給運維人員帶來很大的安全隱患,必須使用隔離開關(guān)以真正隔離高壓。