KYN450,KYN550内部电弧故障试验是高压开关柜的强制试验项目（适用时），内部电弧故障能量大、对开关柜及门板盖板冲击压力大；且由于电弧的质量轻、电弧发生的复杂性，试验中有很多不确定性。本文通过对十年来30余次内部燃弧故障试验发生的一些现象、问题进行总结，结合客户需求和实际应用对抗内燃弧故障开关柜的设计进行。
内部故障时压力的限制措施
在很多特殊应用场合要求开关柜出现内部燃弧故障时，不要有过大的压力和火焰释放，如船舶、地下空间、化工等场合，也没有条件采用如压力释放通道等措施将电弧压力释放到指定空间，因此要求“零电弧释放”，即需要开关柜采取措施限制释放到开关柜外部的气体压力和电弧火焰，GB3906标准也说明，对户内设备，由于金属封闭开关设备内部故障产生的电弧可能会导致开关设备安装房间内过压力，需要设备设计时予以考虑。
采用电弧吸收器可以降低释放压力,减少火焰释放到开关设备房间，通过使用具有吸收表面积达9m2的陶瓷割断并过滤气体压力和火焰。也有通过钢板加陶瓷片制成迷宫型式的吸收器， 开关柜内部故障释放的压力降低70~80%，对开关室建筑的影响显著降低，对比31.5kA/1s燃弧试验，未装吸收器的压力达到110mbar，而安装了吸收器的压力只有38mbar，明显减少，从而大大减少了对建筑和人员的伤害。在环网柜后部压力释放通道顶部安装有蜂窝陶瓷组合的吸收器进行内部故障试验，也有效的降低了冲出的气体压力和火焰，需要指出的是增加了电弧吸收器的开关柜，与直接快速压力释放板打开的开关柜比较，火焰和压力明显减少，但也意味着压力释放时间会减慢，因此柜体需要承受的压力会增大，对于盖板、门板等需要比压力直接释放的要加强。
抗内部燃弧故障开关柜的设计
开关柜的内部燃弧的能量是巨大，破坏力也是惊人的，因此开关柜的结构设计就显得非常重要，合理的设计会保证压力释放迅速，减少对盖板、门等的冲击，减少喷出火光对人员、其它设备的破坏；如电缆室内部燃弧故障，一般8ms内应该达到释放，内部压力应达到峰值，增加1ms也会对设备增加破坏，可能造成人员伤亡。
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释放通道的设计
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释放通道应足够大，对于IAC AFLR31.5kA/1s截面积应大于0.2m2，通道应流畅，适合气流快速通过，例如设计设计斜面等，增加气流进入喇叭口等；无阻挡，避免如电流互感器、接地开关、横梁等安装在通道内阻挡气流通过。
· 泄压盖板的设计
泄压盖板应有足够的强度，薄弱环节处不要过于脆弱，防止弧光冲出时冲断，泄压板飞出，重量大于60g的物件飞出就算试验失败，不用担心冲不开，只要释放通道流畅，冲出的压力是巨大，如分析二中介绍；不建议一端采用铰链方式，内部故障发生时，柜体内部各个方向均承受着冲击波的冲击，冲击波可以通过隔室间的任何孔隙，基本上是柜顶的泄压板都会打开，打开时需要保持在垂直位置，如薄弱环节折弯处会保持在适当位置，而铰链盖板打开后无固定在一个位置，可能造成隔室泄压盖板打开时互相干涉，影响泄压效果;特别是40kA或者50kA的内部燃弧故障试验。
· 柜顶部防护的设计
按标准GB/T3906-2006规定除非制造厂规定了更大的最 小间距，否则需要距柜顶部600mm处安装模拟天花板进行试验（新标准GB/T3906-2020已经取消了600mm的要求，IEC62271-200标准还有此规定），内部燃弧火光冲出后会从天花板反弹从而点燃试验的水平指示器，造成试验失败，特别是母线室内部故障，母线室距柜顶较近，释放迅速，瞬间冲出能量大，虽然在柜中间，仍然会反弹燃烧水平指示器。主要有以下几个解决方案：
l 安装反射挡板，把压力、火焰挡在柜顶范围，典型设计如“中国馆”，漏斗型式安装在柜顶部，也有设计指定释放方向，使喷射火光越过水平指示器；
l 缓冲空间，压力火焰在此空间内聚集再释放，压力明显减少，基本无反弹；而且可以满足IP44等顶部防护等级的要求。
l 设计压力释放通道，把电弧光引出开关柜室外。
通风孔的防护
对于操作孔，抗燃弧柜需要采用盖板，挡板等方式挡住，只有在操作时打开；而对于柜内通风进口，需要一直开启，特别是大电流的柜子，即要保持持续新鲜冷空气进入，当内部燃弧故障发生时，又要快速闭合，保证火光不会喷射，引燃指示器，烧伤人员。一般来说，小的燃弧电流，如25kA 0.5s，向下的百叶窗冲出的火光不会引燃指示器，大电流时冲出火光较多压力大，反弹后会引燃指示器，必须设计挡板快速封堵。
对于大电流柜顶部安装风机的设计，可以在风机周边设计压力释放板，通过特定释放方向，也可以使风机盒子向上打开释放压力。
结语
中压开关柜内部燃弧等级是关系到人身安全的重要指标，严格按照标准要求进行试验，不弄虚作假，如把柜门从内部锁死，封板焊接在框架上等做法来通过试验，在实际生产产品时则偷工减料，不满足内部故障等级。还有应按照标准设置模拟天花板，真实模拟实际情况进行试验，在没有天花板时，压力、火焰可以直接上冲，没有反弹，落下时已经接近熄灭，不会点燃水平指示器，而有了距柜顶600mm或其它尺寸的模拟天花板，试验时就不仅要保证开关柜没有烧穿，柜门等没有打开，垂直指示器没有被点燃；还需要满足反弹不造成水平指示器点燃和大于60g的部件喷出的判据要求；通过了试验的天花板与柜顶间的距离将作为产品实际应用时的标准，产品不能用于小于该距离的环境，否则将造成人身伤害；而有些应用需要较小的柜顶距离，这时就要设计反射板等措施保证安全，或吸弧装置降低压力、减少损害。燃弧试验时有些现象是可以被利用的，如弧根的转移，人为设计绝缘相对薄弱点将电弧引致指定位置和空间，就可以减少故障对开关柜的破坏程度。抗燃弧柜设计需要充分考虑气流、冲击波等因素，对于大电流柜还要充分平衡通风与内部故障影响的关系，保证产品满足内部故障要求，实实在在通过内部故障试验。
