汪旭，雪向兵

（庫柏愛迪生（平頂山）電子科技有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

在充氣柜運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)回路短路故障，在數(shù)萬安倍的短路電流作用下，柜內(nèi)會瞬間產(chǎn)生高溫高壓氣體。若高溫高壓氣體在狹窄的柜體內(nèi)不能在極短的時間內(nèi)得到有效釋放，會造成充氣柜的炸裂，相鄰充氣柜損壞，同時又可能傷及人身安全，所以充氣柜需要有效的泄壓措施來排放集聚在柜體內(nèi)的高溫高壓氣體[1]。

1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

GB3906第6節(jié)型式試驗(yàn)中6.103.1規(guī)定：具有壓力釋放裝置的充氣隔室的壓力耐受試驗(yàn)：應(yīng)將相對壓力升高至設(shè)計壓力的1.3倍并保持1min，壓力釋放裝置不應(yīng)動作；然后將靜壓力升高至設(shè)計壓力的3倍，低于此壓力時，壓力釋放裝置可能動作，只要符合制造廠的設(shè)計是可以接受的。此打開壓力釋放裝置的壓力應(yīng)記錄在型式試驗(yàn)報告中。試驗(yàn)后，隔室可能變形，但不應(yīng)破裂。

2 相關(guān)計算

由圖1可定義為：

圖1 壓力與氣體密度、溫度變化曲線

額定充氣壓力0.03MPa

最高運(yùn)行氣體壓力0.07MPa。

充氣殼體的設(shè)計壓力為0.07MPa，充氣殼體的壓力釋放由壓力釋放裝置控制，壓力釋放裝置應(yīng)該準(zhǔn)確動作，起到壓力釋放的作用。

充氣殼體的壓力耐受試驗(yàn)。

對充氣殼體先進(jìn)行試驗(yàn)壓力為（1.3倍的0.07）0.091MPa、保持時間1Min的壓力耐受試驗(yàn)。試驗(yàn)時壓力釋放裝置不應(yīng)動作。

然后，對充氣殼體進(jìn)行試驗(yàn)壓力預(yù)期值為（3倍的0.07）0.21MPa的壓力耐受試驗(yàn)。試驗(yàn)時壓力釋放裝置應(yīng)先動作以釋放壓力，壓力釋放動作值應(yīng)大于0.12MPa。試驗(yàn)后，充氣殼體除壓力釋放裝置外其它部分不得破裂或損壞。允許有不影響操作的永久變形，試驗(yàn)后的殼體不得在產(chǎn)品中使用。

當(dāng)出現(xiàn)電弧故障，氣體壓力達(dá)到0.14（±0.02）MPa時，可靠的壓力釋放裝置爆破，保障操作人員的人身安全；

泄壓裝置設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如表1：

表1 爆破壓力允差

GB567：爆破片與爆破裝置

GB150：鋼制壓力容器

國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局：壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程

GB/T12353：拱形金屬爆破片裝置分類與安裝尺寸

2.1 具體設(shè)計

爆破片材料性能是影響爆破壓力的一個重要因素，選用時應(yīng)考慮材料的適用溫度，同時還需考慮材料對介質(zhì)的耐腐蝕能力，爆破片所用材料不允許被介質(zhì)腐蝕，需要時可在與介質(zhì)接觸的表面噴涂氟塑料作為防腐保護(hù)膜[2]。

爆破溫度是與爆破壓力相應(yīng)的壓力敏感元件壁的溫度。溫度是影響爆破片爆破壓力的一個重要參數(shù)，隨著溫度的變化，金屬材料的強(qiáng)度極限、延伸率及彈性模量也將發(fā)生變化，通常情況下，爆破片爆破壓力隨著溫度的升高而降低。

按照《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，爆破片的設(shè)計爆破壓力不得大于壓力容器的設(shè)計壓力，且爆破片最小設(shè)計爆破壓力不應(yīng)小于壓力容器最高工作壓力的1.05倍。

參閱相關(guān)資料可得出，泄壓裝置的額定壓力一般是最高運(yùn)行壓力的2倍，2倍的0.07，為0.14，公差查表為0.02，即0.14±0.02。泄壓裝置結(jié)構(gòu)如圖3和圖4。

圖3 泄壓裝置結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 泄壓裝置結(jié)構(gòu)組成圖示

主開關(guān)室后下部裝有壓力釋放裝置。

當(dāng)出現(xiàn)電弧故障，氣體壓力達(dá)到0.14（±0.02）MPa時，可靠的壓力釋放裝置爆破，保障操作人員的人身安全。

主開關(guān)室裝有壓力表，可監(jiān)視箱體內(nèi)SF6氣體的壓力，確保開關(guān)運(yùn)行的安全性；

SF6氣體額定壓力為0.03MPa（20℃表壓）；在0表壓時，承受工頻42k V耐受電壓；

SF6氣體年泄漏率≤0.05%（國家標(biāo)準(zhǔn)≤0.1%）；

如圖5所示，氣箱柜內(nèi)底部裝有分子篩，用于吸收氣體中的微量水分，保證氣體良好的絕緣性能。SF6氣體水份含量（V/V）≤150ppm（國家標(biāo)準(zhǔn)≤500ppm）。通過抽真空設(shè)備進(jìn)行充氣，洗氣，檢漏，合格后流向下一工序。

圖5 泄壓裝置位置示意

2.2 泄壓的方向分為以下幾種泄壓方式

上部泄壓，下部泄壓，后部泄壓。

可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的不同采取不同的泄壓方式，但目前大多采用下部泄壓方式，如圖6所示。

圖6 向下泄壓

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)條件

充氣隔室外殼設(shè)計壓力為0.07MPa（表壓），氣箱除了泄壓閥部位外需進(jìn)行密封，防爆閥采用2MM厚不銹鋼，試驗(yàn)用的壓力介質(zhì)為水。

3.2 試驗(yàn)過程

（1）按照要求將相對壓力升高到設(shè)計壓力的1.3倍并保持1min：充氣隔室注水加壓至0.091MPa（表壓），保持時間1min，壓力釋放裝置不動作。（2）按照要求將壓力從設(shè)計壓力的1.3倍升高到設(shè)計壓力的3倍（在此過程中壓力釋放裝置也可動作）。

注：不同的試驗(yàn)階段需使用測試工裝，量取并記錄階段性的充氣隔室的變形量。

3.3 試驗(yàn)后檢查

（1）殼體無其他損壞。（2）試品操作正常。

3.4 試驗(yàn)合格案例

以上就標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計，試驗(yàn)等三方面對泄壓裝置進(jìn)行了介紹（如圖7），以便更好地優(yōu)化泄壓的設(shè)計，泄壓裝置的有效與否直接關(guān)乎開關(guān)設(shè)備的使用安全，內(nèi)燃弧的功能近年來已經(jīng)被電網(wǎng)客戶作為關(guān)鍵參數(shù)并抽檢，有效泄壓是內(nèi)燃弧功能滿足的關(guān)鍵因素之一[3]。

圖7 試驗(yàn)過程示意

4 結(jié)語

隨著國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)用范圍越來越廣。每一個電氣控制系統(tǒng)中，中壓電氣開關(guān)柜都是不可或缺的重要設(shè)備。因此本文集中闡述了中壓環(huán)網(wǎng)配電開關(guān)充氣柜泄壓裝置的設(shè)計技術(shù)，通過采取不同的泄壓方式，說明爆破片的材質(zhì)厚度選用對中壓環(huán)網(wǎng)配電開關(guān)充氣柜泄壓裝置的設(shè)計至關(guān)重要。