国外客户在开关柜维护检修时,发现母线有几百伏的电压,所有断路器都分闸,赶脚不应该有电压。于是问题反馈到GE中压全球技术中心,经分析,开路断路器负载侧确实有存在电压的情况。
为方便起见,称为“残余电压”。大多数情况下,这是在项目调试期间进行测量的结果,当开关设备母线上没有负载并且主断路器处于连接位置并分闸时,输入电源(主断路器的线路侧)通电。任何连接到主母线的馈线或联络断路器都断开。在这种情况下,断路器的断开触点构成一个与输入电源和负载侧(主)母线串联的电容器。主母线有对地电容,但在描述的情况下,由于馈线和联络断路器断开,没有其他负载。由此产生的电路是一个简单的电容分压器,如原理图所示。考虑一个典型的例子,一个13.8kV开关设备的排列,带有一个主断路器、八个馈线断路器和一个以双层配置排列的联络断路器。在本例中,负载侧主母线由大约14米的铜母线组成。真空断路器的断开触点之间的电容C1约为15皮法(pf)。主母线的电容约为每米10pf,在本示例中为140pf。在本例中,当以13.8kV相-相(8kV相-地)通电时,主断路器负载侧(在本例中,在主母线上)且所有馈线和联络断路器断开的预期电压为:Vout=Vin(C1/(C1+C2))Vout=8.0kV(15/(15+140))Vout=8.0kV(15/155)Vout=755伏。
这是一个非常简单的例子,忽略了几个因素,例如断路器导体的电容和馈线断路器柜中的一次断开组件。这些因素会增加负载侧电容,降低计算所得的电压(Vout)。但是,这并没有改变基本概念,即在所描述的情况下,开路断路器本质上是一个电容器与负载侧导体对地的电容串联,因此断路器的负载侧将存在电压。引用的电容值具有代表性,但会因安装而异。真空断路器的断开触点之间的电容会随着触点的直径和它们之间的间隙而变化。母线电容是基于文献综述的近似值,但被认为具有代表性。示例中提供的数字是为了说明物理现象,而不是为了精确。这种残余电压的后果是什么?在这种情况下,任何人都不应从事操作,因为这会违反许多与安全相关的文件。开关设备标准不承认开路断路器具有隔离功能。在室外配电断路器的情况下,隔离开关应位于断路器的每一侧,以在进行维护之前提供隔离功能。在抽出式金属封闭开关设备情况下,断路器应从连接位置抽出到测试或断开位置,因为IEEEC37.20.2认为这是实现隔离功能的条件。国家电气规范?(NEC)?ANSI/NFPA70?也承认开路断路器不提供隔离功能。具体来说,第490.22条说(部分):490.22隔离装置。应提供将设备项目与所有未接地导体完全隔离的方法。如果有其他方法可以使设备断电以进行检查和维修,例如抽出式金属封闭开关设备和可拆卸手车面板,则不应要求使用隔离开关。当负载连接到主母线上时,剩余电压将大大消失。为了说明这一点,请考虑前面的示例,其中一个馈线断路器闭合,并且将20米长的电缆电路连接到馈线断路器,但远端的开关或断路器断开。因此,闭合馈线断路器只会拾取馈线电路电缆的电容。例如,电缆必须屏蔽(根据NEC),典型电缆电容为200pf/m至400pf/m(参见IEEEC37.015,第B.2条)。对于这种情况,剩余电压(Vout)变为:Vout=Vin(C1/(C1+C2))Vout=8.0kV(15/(4,000+15+140))Vout=8.0kV(15/4,155)Vout=28伏。
职业安全与健康管理局(OSHA)法规和NFPA70E?(工作场所电气安全)要求将任何超过50V的电路视为通电,直到将其隔离并安装安全接地。NFPA70E中电气安全工作条件的描述是:一种状态,其中电导体或电路部件或附近已与通电部件断开连接,根据既定标准锁定/标记,进行测试以确保没有电压,并在确定必要时接地。在对超过50V的设备进行任何工作之前。金属封闭开关设备,隔离需要将抽出式断路器抽出到测试或断开位置。在对导体进行任何工作之前,需要测试是否存在电压。在确认导体已断电后,应采用安全接地。因此,OSHA和NFPA70E要求的流程会将设备置于电气安全的工作状态,并消除任何残余电压。