电弧闪光危害背景

在当今的工业电力系统中，电弧故障造成的严重危害来自两个因素:可以输送到这种电弧的巨大电力以及工人与这些电弧的距离太近。

当电弧形成时，电流开始通过电离空气，在等离子体中产生大量的热量。大量的电离气体，连同来自气化导体的金属，可以被爆炸性地排出。在电弧运行过程中，电能继续转化为极其危险的能量形式。

风险包括:

• 等离子体的巨大热量和辐射热量
• 热激波
• 导体材料喷出的熔滴
• 弹片
• 大量有毒烟雾
• 极其强烈的光
• 接触带电部件。

热危害

测试表明，在典型工作距离的热密度可以超过40卡/厘米²。即使温度较低，传统服装也会被引燃，造成严重甚至致命的烧伤。在典型的电弧故障持续时间小于1秒的情况下，裸露的肉体上仅1.2卡/厘米²的热密度就足以引起二级烧伤。即使不在等离子体内的工作人员也会被超出正常工作距离的高温辐射灼伤。

在讨论下电极配置试验表明，在不断膨胀的等离子体云中的物体可能会受到比用IEEE1584-2002模型预测的更高水平的热量。除了来自等离子体的对流换热外，该物体还可以直接暴露在从电极尖端喷出的熔融金属和周围等离子体的辐射热中。

吸热量随传热方法和接收表面性质的不同而不同。例如，如果一团熔化的铜粘在物体上，而不是短暂地接触物体，那么它传递到物体表面的热量就会更大。

其他危险

热激波:当引起电弧的导电元件被电离时，传递给电弧故障的功率迅速上升。这与周围压力的迅速上升相对应。由此产生的冲击波会产生远远超出OSHA允许的极限的脉冲声级。来自压力波的力可以击破耳膜，使肺部衰竭或造成致命伤害。

熔融金属:在高故障电流水平下，等离子体射流在电极上形成。蒸发和熔化的电极材料从这些射流中高速喷出，延伸到几英尺外。由于熔融金属通常超过1000°C，它是传统服装和其他周围材料的潜在火源。

弹片:爆炸的力量也导致大量的弹片被加速远离爆炸源。这些粒子可以高速撞击附近的工作人员，造成身体创伤。

眩目的光芒:当弧线形成时，一道极亮的闪光就会出现。这种光线会立即导致视力丧失。虽然视力下降通常是暂时的，但可能会增加未来视力恶化的可能性。

有毒气体:当等离子体被驱离弧线更远时，它会迅速冷却。等离子体成分可以结合形成有毒的副产品，如铜氧化物。这种“等离子尘”可以沉积在整个相关电气设备的部件上，对被指派修理和清理设备的工人构成未来的危险。如果不清除这些导电粉尘，如果不从绝缘材料上清除，将来还可能导致电弧闪光。

接触带电部件电弧故障的爆炸性增加了带电导体或部件与该区域工作人员接触的可能性。

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电弧闪光可由多种方式引起，包括:

• 意外接触带电部件
• 不足的短路额定值(例如SCCR和AIR)
• 通过绝缘表面跟踪
• 设备故障
• 工具掉在带电部件上
• 接线错误
• 污染，如绝缘表面的灰尘
• 设备部件和触点的腐蚀
• 不当的工作程序

正如你所期望的，适当的程序，工具和维护可以防止电弧闪光的情况发生。改进设计和采用更好的防护措施可以将电弧闪光危险的程度和/或工人受伤的可能性降到最低。

不受限制的大电流电弧根据磁力移动，以增加电流环的面积。平行导体中向相反方向流动的电流产生的力将电弧从电源驱动到导体的末端，在那里它们通常烧掉电极(母线)的尖端。

设备中三相电弧故障的行为是非常混乱的，包括由于对流、等离子体射流和电磁力导致的电弧几何形状的快速和不规则变化。电弧的熄灭和重新点燃，由于电极和等离子体部件之间的重新撞击和重新连接而导致的电弧路径的变化，以及许多其他影响增加了这种混乱的性质，并使创建精确预测其特性(如阻抗)的方程变得困难。尽管图1没有捕捉到这种混乱的行为，但它展示了弧的一般方向性。交替的三相电流产生连续的吸引和排斥磁力，极大地移动了等离子体喷流，为不断膨胀的等离子体云提供能量。当等离子体中的高能量分子冷却后，云团被驱离尖端，产生“等离子尘”，然后重新组合成各种材料。从尖端喷出的熔融电极材料也在这个流动中。图2显示了一帧高速视频，以4ms的速度进入电弧故障，从图1中的箭头1的角度查看HOA配置。

图1:弧线的方向性;这种描述并没有反映混乱的行为。

图2:等离子体在4ms时发展为一个具有HOA配置的44kA故障

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在默森的高功率测试实验室进行的研究发现，电极配置将比IEEE 1584-2002指南预测的更多的热能从外壳射向工人位置。为了模拟在低压电气设备中发现的组件，创建了各种受控测试的设置。测量了开关柜的热量，并与IEEE 1584-2002的预测结果进行了比较。这些比较的结果发表在两篇IEEE论文上。在典型工作距离为18英寸的情况下，迫使电弧的等离子体喷向工人的配置产生的热量比IEEE 1584-2002方程预测的要高。

下面描述的所有排列都是IEEE 1584-2002中描述的排列的变体。这些测试设置使用了一个508mm x 508mm x 508mm的一面打开的钢盒。在208V、480v和600V下进行了三相电弧试验。电极之间的间隙为32mm (1.25in)，电极与箱体背面的距离为102mm (4in)。使用IEEE 1584测试程序中描述的7或9个铜量热计阵列测量入射热能。电弧的照片是从FASTCAM高速相机拍摄的视频中捕捉到的，速度高达每秒10000帧。

机箱垂直导体配置(VCB)

在IEEE1584-2002测试程序中使用的垂直配置设置中，电极从顶部进入20 " x20 " x20 "盒子。电极尖端是“打开的”，距离盒子底部10英寸，如下图所示。这种设置模拟设备的母线是垂直的和开放式的，如电源面板的母线的末端。

参考此配置江苏省无锡（V立C线路中BIEEE 1584-2018。

图3:盒中垂直导体测试配置(开尖电极)。

弧线的发展，类似于图1所描述的，在这种情况下将向下指向盒子的底部。正如[2]中所描述的，由于气体的热膨胀而不是磁力，存在向外的对流流。电弧发展的照片如图4所示。在默森实验室进行的测试得出的热测量结果与IEEE1584-2002的预测水平一致。

图4:从垂直测试3ms到事件弧发展的前视图。

无外壳的垂直导体配置(VOA)

在这种垂直配置设置中，没有外壳将向下的等离子流聚焦到工人身上。对于那些分析人员确信工人永远不会出现在图1和图4照片所示的流程中的安装，那么这种配置将是适用的。参考此配置美国之音（V立C线路在开放一个ir)的IEEE 1584-2018。如果工人有可能在等离子流中，那么肥厚性骨关节病变与肺部转移后面讨论的配置是适用的。

顶部有绝缘体的垂直导体结构(VCBB)

在图5所示的配置中，垂直设置的电极被“终止”到一块绝缘材料(屏障)中。该块被称为屏障，因为它阻止电弧从电极尖端产生等离子喷射，如图1所示。这种设置表示导线连接到从顶部馈电的设备。参考此配置VCBB（V立C线路中B牛的B(IEEE 1584-2018)。

图5:模拟顶部馈电设备线路侧连接的测试配置。

当屏障就位后，电弧的向下运动停止，等离子体喷流沿着绝缘屏障的上表面平面(即垂直于电极平面)形成。这一重要发现如图6所示。图6中的这张照片显示了与上面讨论的VCB测试相同的测试结果，但在导体的尖端附加了绝缘块。

图6:。VCBB测试在42kA和480V事件下电弧发展的侧视图。

等离子体流动的这个方向表明，与开放的垂直设置相比，对工人的对流换热可能更高。屏障测试的结果总是大于IEEE1584-2002的预测结果，有时比预测结果高出50%。屏障结构也喷射出明显更多的熔融电极材料。在这种配置下，由于电弧电流的大小较高，如果清除时间显著较低，则入射能量可以较低。

有关VCBB配置的更多信息，请参阅论文“电弧闪光测试中绝缘屏障的影响”。

图7中的照片。显示在没有侧板的设置中沿屏障平面的电弧发展的侧视图。注意，等离子体流动既向外，也向测试夹具的后平面。等离子体和气体显示反射后面板通过导体。这种导体之间不断增加的电离被认为对208V系统上电弧的可持续性有显著贡献。Ferraz Shawmut测试实验室的研究表明，在某些测试条件下，208V系统的故障电流低至4kA时，电弧可以持续存在[N]。

图7:从屏障测试4ms到42kA, 480V事件的电弧发展侧视图。

• 下载IEEE论文#6
• 下载IEEE论文#2

水平导体配置

外壳中的水平导体:值得认真考虑的一种结构是箱体中的水平电极结构。这种设置模拟的设备，其中总线是开放的，但指向外壳的前面，就像图8中的设备。参考此配置六氯苯（HorizontalC线路中BIEEE 1584-2018。

图8:带有后入口导体的HCB测试配置模拟设备。

当电极水平并从背面馈电时，电弧的发展与图1所描述的非常相似，如图9中的照片所示。在这个测试中，电极从盒子后面进入，距离盒子后面104毫米(4英寸)。虽然等离子体射流是不可见的，但有一个非常强大的向外等离子体流动是集中到外壳的开口由外壳的壁。

图9:圆弧发展的侧视图被投影出盒子的前面(600V;44 ka)

采用这种配置的所有测试的热测量结果都显著高于IEEE1584-002的预测水平。在某些情况下，入射热能密度接近垂直测试的三倍。同样值得关注的是，电弧电流低于这种配置的预测水平。在某些应用中，如新利体育最新网站果电弧电流过低，无法操作上游过流保护装置(OCPD)的短路元件，则清除时间将明显长于预期。在这些应用中，电弧新利体育最新网站闪光热能的增加将远远大于在固定清除时间的测试中获得的差异。

无外壳的水平导体:另一种值得认真考虑的结构是没有外壳的水平电极结构。这种设置模拟的设备中，母线是开放式的，而不是嵌在一个外壳中，就像开关柜中水平母线的末端，当侧板被移除用于红外照片时。参考此配置肥厚性骨关节病变与肺部转移（HorizontalO笔一个ir)的IEEE 1584-2018。

在图10的图片中，电极被带到测试盒的前面，清楚地显示等离子体从电极的尖端流动。有了这种电极的放置，外壳没有聚焦效应，入射热能预计将小于HCB配置。

图10:HOA测试配置下，44kA 600V电弧事件中8毫秒时等离子体流动的侧视图。

参考论文“电弧闪光测试中电极方向的影响”获得更多关于HCB和HOA配置的信息。

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