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提高电气燃爆防御力 为人身安全再筑高墙
http://www.ele001.com 2021-06-23 17:02:42 电气网

用电安全一直是社会普遍关注的焦点话题,与人身安全、社会及企业资产密切相关,尤其对于电气设备使用者和维修人员来说,经常与电亲密接触,偶遇危险情况就难免会为电所伤。触电伤人,爆炸更伤人。

与多发生于元器件产品的漏电现象不同,由电气燃爆通常与配电系统及设备有关,如系统短路、超负荷、接触电阻过大,或电气设备本身问题、设备附近可燃物着火,以及在有爆炸性气体或粉尘存在的环境中使用非防爆电气设备等。同时,值得关注的是,超半数发生于工作场所的电气燃爆是由电弧闪光导致的,且局放也被认为是可能导致电气燃爆的始作俑者之一。电气燃爆产生的热量和压力波不仅会严重损坏发生电弧故障的设备,更严重的是,还会威胁人身安全,导致重度烧伤甚至致命,后果将不堪设想。

对此,全球能源管理与自动化领域数字化转型专家施耐德电气认为,虽然电弧燃爆的产生是一瞬间,但电弧本身从产生到形成潜在威胁则需要一定时间,因此阻止此类电气事故的发生,需要通过全面消除隐患、优化产品及系统设计实现物理阻隔以及数字化赋能远程运维,这三种手段的紧密配合,才能更有 把握杜绝电气燃爆发生的可能。

如何应对电气燃爆风险

电气行业的多年经验总结将电气燃爆归因为三个方面,一是内部电弧的产生,由短路和设备损坏引起;二是温升,电弧产生的高温使触头表面熔化,烧坏绝缘材料从而引发爆炸;第三则是局放。

对于电气从业者来说,电弧闪光并不是个陌生的现象,是由开关接通或者断开的瞬间产生,并伴随着发光、发热现象。高水平的故障电流和相对较高的电压让电弧故障携带大量能量,电弧的中心温度有时甚至可以达到10000摄氏度以上。当大量热量和压力释放到环境中,电弧闪光就变成了电弧爆炸。

而局放主要是由于电气设备承受较高电压而发生绝缘退化甚至击穿而形成的状态。每一次局部放电对绝缘介质都会有一些影响,轻微的局部放电对电力设备绝缘的影响较小,绝缘强度的下降较慢;而强烈的局部放电,则会使绝缘强度很快下降,并有可能会由于局部导体短时间内迅速升温而引发爆炸等不良后果。

为了尽可能杜绝相关电气事故的发生,运维人员会采取一些有效措施,让相关危险等级和事件发生的概率最小化。比如,ANSI Z10-2012职业健康与安全管理系统中就定义了缓解控制电弧闪光的六个级别,按有效性依次递增的顺序依次是:配备个人防护装备(PPE)、从规定上进行管理控制、安全意识培训和警告标志、危险系数小的材料或工艺替代、消除隐患及更具效用的危险阻隔。

长久以来,PPE通常被错误地视为应对电弧闪光及局放所带来潜在威胁的“保护伞”,人们甚至相信,如果工人穿着防护服,就可以随时随地工作。但现实情况是,即使选择了正确的PPE,也无法保证人身不受伤害。

换个角度思考,与其在电弧、局放和异常温升等情况发生后考虑如何规避,不如从其产生源头出发,隔绝危险。如此看来,消除隐患及更具效用的危险阻隔才是解决此类问题的“C位”担当。所谓消除隐患及更具效用的危险阻隔,包括了电气元器件及设备的选择、产品设计优化以及远程操作等角度,可以全面、有效地规避燃弧故障发生。

从元件维度 阻隔电弧隐患

电弧闪光产生的能量随时间呈线性变化,正确选择过电流保护装置,特别是选择能够从电源系统中快速清除电弧故障的装置,是一种有效的缓解策略。

从元器件角度来看,当故障电流水平高到足以使保险丝在其电流限制区域中起作用时,限流熔断器会非常迅速地起作用,同时那些具有可调节跳闸设置的断路器,可在各种故障电流水平上提供更好的性能。但为了让断路器的作用最大化,必须在考虑弧闪水平的情况下选择断路器设置。

同时,继电保护器在消除电弧闪光中也能起到较明显的作用。传统的机电式过电流继电器通常可调节时间会延迟,有的还没有瞬时元件。但是新型的数字继电器在开发设置时具有更大的灵活性,并且通过诸如可选曲线形状和具有可调延迟的多个瞬时元素等的功能,“定制”时间-电流曲线,从而更快地清除电流。如施耐德电气的Easergy MiCOM P3 继电保护装置,是首款将馈线、电机和变压器保护功能集于一体的继电保护装置,同时内置弧光保护功能及 “模拟测试仪”,以更好地保护电力系统及设备。同时,他符合IEC 60255-1等国际标准设计,可为客户提供高标准可靠保障。

提高电气燃爆防御力 为人身安全再筑高墙

 

而与继电保护器完美搭配的当属电弧光保护系统。施耐德电气Vamp系列电弧光保护产品不仅可作为独立的主单元系统,还可连通Easergy P3继电保护器,成为继电保护系统的一部分。该系统适用于新装开关柜和正在使用的开关柜,一旦弧光故障发生在工作中的开关柜内,将以快速可靠的电弧光保护动作,降低设备损失,避免造成人身伤害。

提高电气燃爆防御力 为人身安全再筑高墙

 

此外,由于电弧能够在一瞬间造成破坏,点燃附近的一切可燃材料并引发火灾,因而反应速度在此时至关重要。施耐德电气iARC系列电弧故障保护电器,可在电弧故障的情况下迅速反应,并在有限的时间内隔离电路,可抵御由于在固定装置的最后回路中存在电弧故障电流而引起的爆炸风险。

预制化配置 升级物理阻隔

预制化顾名思义,就是预先定制,在危险来临前做好一切准备,才能防患于未然。在电气领域,监测系统和预警装置绝对可以算得上是预制化的高手,在危险发生前,它们就像无数双眼睛,时刻注视着潜在的风险,帮助人们提高预警。

为应对异常温升和电弧闪光,温度监测报警装置、弧光监测系统能够很好地帮助操作人员对危险进行预警,以便他们第一时间远离危险。持续温度监测是施耐德电气EcoStruxure架构与平台产品中的重要部分,包括无线热传感器、温度探测器和边缘控制软件。通过集中式监测系统进行持续数据记录和可视化,运维人员可实现实时数据监测、预警及事件报警、趋势可视化和历史报告。施耐德电气的PowerLogic Thermal Tag无线温度传感器,在设备异常温升时,对温度进行连续监测和报警;而Easergy TH110温度监测器,可以在不拆除外壳的情况下确定设备内部温度,免除了维护人员暴露于电弧闪光的危险中。

提高电气燃爆防御力 为人身安全再筑高墙

 

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而在应对局放时,局部放电监控器则可以通过测定开关柜局部放电强度和频次,判断绝缘材料存在的局部缺陷和当前的运行状况,在绝缘系统实际发生故障并引起故障之前检测出绝缘系统的退化。施耐德电气的PDM8A局放监测系统不但可通过一个电容传感器完成其“本职工作”,还能分别识别电压及局放信号,避免情况误判,并基于精准的局放电量实时监测,及时预警绝缘隐患。

在配电柜被全面监视的同时,其自身的优化设计所带来的物理阻隔保障,也可为保护人身安全出一份力。例如,施耐德电气的PremSet中压开关柜是全球为数不多采用屏蔽式固体绝缘技术的开关设备,开关设备表面不会产生电场分布,因此不会因环境影响导致固体绝缘表面老化,大大降低了内部燃弧风险,保证操作人员和财产安全。

提高电气燃爆防御力 为人身安全再筑高墙

 

又如新一代预智低压成套设备BlokSeT、Okken和BlokSeT系列,更是集安全细节设计于一身。针对精准测温、故障报警、无线连接等行业认可的、抵御电气事故的有效途径,施耐德电气在今年发布了包括BlokSeT、Okken、PrismaSeT 系列的新一代预智低压成套设备,不但可以根据客户需求,预制PowerLogic Thermal Tag无线温度传感器,对关键点温度进行监测,预知健康风险,也可实现无线连接、标准网关等多种功能的预制化搭载,打造出厂即自带数字化基因的新型智能成套设备,以更低投入且“轻量化”的方式为用户带来无与伦比的数字化体验。

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与此同时,施耐德电气提供了3个级别的保护。首先是开关柜级别,开关柜断路器的上下级配合保证了快速选择性分断。同时, Okken开关柜在安全性能方面达到了业界领先的安全标准,采用主动防护与被动防护相结合的“双保险”体系,凭借集成内燃弧耐受力、搭配无弧区方案、不间断温度监控系统(Exertherm)、VAMP弧光检测系统等多重保障,锁住一切安全隐患。

其次是柜体级别,比如Okken开关柜安装在水平母线上的保护隔栅,可防止在柜体间形成电弧路径;最后是在功能单元级别,柜中集成的Polyfast功能单元专注于Compact系列塑壳断路器的预制连接系统。在预制的Polyfast底座内、进线侧、出线侧的每相之间,均由绝缘材料独立分隔,可有效地防范内部电弧的发生和蔓延。Polyfast还带有人性化设计的手柄,使其抓持及更换更容易。同时由于配有机械安全跳闸装置,杜绝了带负载插拔的危险。此外,设备采用模块化的框架结构设计,组合型框架结构高度灵活、扩展多样;采用双垂直母线系统专利设计,封闭式的配电母线绝缘防护,安全活门100%隔离带电体,打造完美的无弧区方案。

远程运维 加成安全防护

健康的电气系统,能实现元器件及电气柜的实时监控,减少运维人员近场工作的频次,为生命安全负责。施耐德电气与客户共享数字化红利,通过发掘数据背后更深层的价值,实现对系统状态的可视化管理,让运营者对电气系统状态一目了然,并根据建议进行及时、快速、恰当的处理,避免在电弧爆炸事故对人的伤害。

施耐德电气EcoStruxure架构与平台,搭载了多款数字化软件,Facility Expert 施耐德千里眼运维专家、PME电能质量管理系统以及EcoStruxure Asset Advisor施耐德千里眼资产顾问都是目前电气市场上耳熟能详的智能化运维产品。

提高电气燃爆防御力 为人身安全再筑高墙

 

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Facility Expert 施耐德千里眼运维专家能帮助用户提高维护效率,降低运维管理成本,减少计划外停电时间,节省故障排查时间,并减少电力运维人员投入,助力“少人/无人值守”,从侧面减低潜在电气事故对人的伤害;PME电能质量管理系统能提供资产管理分析,如断路器老化、设备容量管理等,保障电力资产安全使用;EcoStruxure Asset Advisor施耐德千里眼资产顾问将实现对系统运行数据的深入解析,通过对电气系统的评估和诊断,提出优化建议并生成资产健康报告,以此全面保障电气资产健康,为用户创造更加智能高效的数字化运维体验。

面对电气燃爆危险,采取如PPE、改善材料这样的防护方式是有效的,但要从根本解决问题,还需要从工程控制的角度做全面的设计和防护。从消除隐患到物理阻隔,再到远程运维,施耐德电气的一系列举措让爆炸隐患节节败退,离我们的生产、生活越来越远。安全、健康、可持续的电气环境,确保每一个人,在任何时间,在任何地方都能尽享安全。

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