IAC级开关设备和控制设备

 伴随着电气产品的标准的不断完善化的修订，明显的一个问题越来越突出地上升到一定的高度。即标准更加侧重于站在使用者的角度考虑问题。其中最明显的表现就是通过已经修订和征求意见完毕的GB3906-200X和正在修订之中的IEC60298中已经做了重大修订的两项内容来体现。  

首先，GB3906-200X取消了以制造定义的铠装式、箱式和间隔式的定义，取而代之的是维护使用者权利的“用电连续性”的概念；将内部电弧型开关设备和控制设备（IAC）引入标准并规定了“对作为IAC级的开关设备和控制设备该项为必试项目，并在铭牌上加以标识”。其次，IEC60298将内部电弧试验由原来的“与用户协商”修订为“必试的强制性的型式试验项目”。

如下，对内部电弧级（IAC）级的开关设备和控制设备做一简单介绍。 

一．内部故障：

1．内部故障：由于金属封闭设备本身的缺陷，或异常的工作条件，或误操作等原因，造成的外壳内部的故障，可能引燃内部电弧。

2．内部电弧级开关设备和控制设备（IAC） internal arc classified switchgear and controlgear（IAC）： 经试验验证能满足在内部电弧情况下保护人员规定要求的金属封闭开关设备和控制设备。简单的讲，IAC级开关设备和控制设备就是我们通常所讲的抗弧型产品。  

二．相关标准规定： 

    GB3906-1991将IAC级开关设备和控制设备规定为与用户协商项目，就是说用户需要时制造商按用户要求进行试验和提供产品。 

IEC60298-2005将IAC级开关设备和控制设备规定为：必试试验项目，并在铭牌上加以标识。   

GB3906-200X规定为IAC级开关设备和控制设备必须在铭牌上加以标识，但尚未明确是必试项目。

三．内部电弧的主要起因：

1．操作和维护故障；

2．大气过电压和操作过电压；

3．固体绝缘材料的电气故障；

4．负荷开关、断路器或熔断器过载。  

四．内部电弧的主要效应：

内部电弧直接对周围绝缘气体加热，一部分能量通过对流传递，并以热能方式加热导电体，从而导致设备隔室内部压力上升，在规定的预定压力限值之后，热气体膨胀，造成设备内部压力释放。热气体以及瞬态压力波会危及周围人员和设备以及建筑。

五．内部电弧可危及的类型（可触及性的类型）

1．非柱上安装的金属封闭开关设备和控制设备：

在设备现场，可能需要区分金属封闭开关设备和控制设备的两种可触及类型： 

 —— A类可触及性：仅限于授权的人员；

 —— B类可触及性：不受的可触及性，包括一般公众的。

对应于这两类可触及性，规定了两种不同的试验条件。 

金属封闭开关设备和控制设备外壳的不同侧面可以具有不同的可触及性类型。

采用下述代码表示外壳的不同侧面：

F：前面 

L：侧面

R：后面 

前面应由制造厂明确规定。

n 例如对于我们一般所用的12KV产品，如其铭牌标志为：  

n 等级：IAC BFLR   

n 内部电弧：25KA，1S  

    铭牌标志的意思就是：内部电弧级产品。正面、侧面、后面为B类可触及性；短路电流有效值为25KA，持续时间为1S。

2．柱上安装的金属封闭开关设备和控制设备：

n C类可触及性：接触不到的设备限定的可触及性

六．试验时设备与试品的关系（模拟现场环境和人员与设备的相对位置）：

设备后面到墙的距离：对于可触及型：800mm；对于不可触及型：100mm；

设备侧面到墙的距离：200mm；

设备到指示器（模拟操作人员）的距离：300mm。  

七．试验的电流、电压、峰值电流的规定： 

对于50HZ的设备，峰值电流为交流分量有效值的2.5倍。持续时间推荐为：1S，0.5S和0.1S。

如对于31.5KA的设备，其内部电弧的试验值推荐为：31.5KA/1S。 

八．考核IAC级设备的判据（内部电弧试验成功的判据）；   

1．正确紧闭的门、盖板没有开启；   

2．没有出现封闭柜体破碎现象；   

3．电弧未造成可触及侧烧穿； 

4．人员（指示器）未因热气体效应而点燃；   

5．柜体接地点仍然保持连接。   

九．一般的IAC级开关设备和控制设备应具备的条件：  

1．具有压力释放通道，而且每一个主要功能单元都应有的压力释放通道   

说明一点：如果设计时不可能实现两个功能单元分别有的压力释放通道，则可考虑两者共用一个通道。但应该确保：当一个功能单元发生故障由此通道排泄压力时，不能波及另一个功能单元，反之亦然。   

2．各个隔室间的防护等级应该达到IP40  

3．门、面板要有一定的强度和足够的安装强度

   门、面板的材质和厚度要考虑适当；   

   与门、面板相连接的零部件要保证足够的强度和安装距离。 

需要说明的是，做IAC试验时，一般都按照安装螺栓或铰链间距200mm左右，但实际生产时就与之不同。如果说将间距放到400mm，大家都没有理论或实践的证明。所以，应该大体与试验时保证相差无几。常规做法是，螺栓或铰链的间距不要超过300mm。   

4．设备上的与一次功能单元相通的部件应该有防护措施   这一点尤其需要说明。

现在生产的设备为节约成本或简化工艺，大多没有做到。

如安装在柜体后部的与电缆室相通的带电显示器没有防护措施；（这种顾虑就其可行性有点牵强）

如前后门的观察窗应该用10mm的防爆玻璃但现在基本都用6mm的普通玻璃代替，这对于IAC级产品是绝对禁止的。   

5．压力释放通道要有足够的空间和强度  

关于压力释放空间，没有明确的规定必须为多大。但如果设计得太小，势必将阻止压力释放而危及相邻部件。一般，应保证不小于500mm2。  

 至于强度，应保证释放压力时，开启的盖板不被气流所冲击脱离柜体而伤及远处人员。   6．户内设备的外壳防护等级应不小于IP40，确实保证人员不被气浪所伤及   

十．IEC建议的IAC级开关设备和控制设备应具备的条件：   

除上述应具备的条件外，IEC 标准更加强调的是人性化，即内部电弧产生后由该设备自行处理，也就是内部电弧通过设计上对设备容积、绝缘电弧隔室、压力释放装置和具有能量吸收作用的冷却系统进行综合考虑来解决，最后通过柜体外部的统一的安全的通道排除。   主要做法是通过压力内部导向传递到气体冷却器而释放。试验结果表明：应用了这种气体冷却器后，气体喷发速度下降了35%。  

十一。其他的可以内部故障对外影响的措施。 

1．利用光传感器、压力传感器、热传感器或者母线差动保护快速切除故障，缩短故障时间；   2．采用适当的熔断器与开关装置组合来允通电流和故障持续时间；   

3．利用快速传感、快速合闸装置（灭弧器）将电弧快速转移到金属短接回路快速消除电弧；   4．遥控。  

十二．其他应该注意的几点  

1．仅当前门关闭时，才能把可抽出部件从工作位置移开到其它位置或由其它位置移到工作位置。   

     应该说对于需要开门操作的设备是不具备IAC级设备的含义的。   

2．IEC60298推荐所有的主要一次功能单元都应该具有IAC级功能。这种说法与我们以前考虑和试验的只在断路器室和电缆室具有IAC功能是不同的，设计时我们应该加以考虑。按照现在的做法是：母线室同样应该具有IAC功能。  

3．如果按照制造厂的说明书安装、运行和维护开关设备，则在其整个使用期间出现内部电弧的概率是很小的，但不应完全忽视。  

4．并不是所有的户内设备都应该是IAC级设备。如不在GB3906规定范围之内的GG-1A型固定设备。在产生的危险可以不计的场合：没有必要选择IAC级金属封闭开关设备和控制设备。在需要考虑产生的危险时，只能使用IAC级金属封闭开关设备和控制设备。 

表2 内部故障的部位、原因及降低内部故障概率的措施举例（表内黑色为GB3906-1991没有的）

    尽管现有的设计对开关设备和控制设备进行了不断的优化，但在运行中出现内部故障还是不可避免的，所以设计上对于IAC级开关设备和控制设备的考虑是必要的，并且不应流于形式化。 

 (GB3906-200X)供电连续性LSC简介

 金属封闭开关设备和控制设备意图提供一定的防护水平，以防止人员触及危险部件，防止固体外物  进入设备。采用适当的传感器和辅助装置，也可能对对地绝缘失效提供防护。

■ 本标准的产品分类不再根据产品的结构，而是根据设备向维护者提供的具体功能进行分类。也就是根据产品所提供的运行连续性对产品进行分类：LSC1类、LSC2类。LSC2类又可以细化为LSC2A类、 LSC2B类。

3.131

运行连续性的丧失类别 loss of service continuity category (LSC)（本标准新增加的内容）

根据主回路隔室打开时其它隔室和/或功能单元是否可继续带电划分的设备类别。

注1：LSC类别描述了当需要触及主回路隔室时开关设备和控制设备可以继续带电运行的范围。打开装有带电设备的主回路隔室的范围取决于多种因素（见8.2“设计和结构的选择”）。

注2：LSC类别不规定开关设备和控制设备的可靠性类别（见8.2“设计和结构的选择”）。

对于开关设备和控制设备，运行连续性的丧失类别（LSC）规定了当打开主回路的一个隔室时其它隔室和/或功能单元可以保持带电的范围。

■ 下面逐一详细描述各种类别。

3.131.1

    LSC2类开关设备和控制设备 category LSC2 switchgear and controlgear

有可触及隔室的金属封闭开关设备和控制设备。打开功能单元的任意一个可触及隔室，所有其他功能单元仍旧可以继续带电正常运行的金属封闭开关设备和控制设备。一种例外的情况是：打开单母线开关设备和控制设备的母线隔室时，不能连续运行。

单母线开关设备和控制设备的母线隔室除外。

又可划分两个分类：

LSC2B：打开功能单元的其它可触及隔室，该功能单元的电缆隔室仍旧可以带电的LSC2类金属封闭开关设备和控制设备。

LSC2A：除LSC2B外的LSC2类金属封闭开关设备和控制设备。

3.131.2

    LSC1类开关设备和控制设备 category LSC1 switchgear and controlgear

除LSC2类外的金属封闭开关设备和控制设备。

■ 这里提到两个概念，一是“功能单元”，一是“可触及隔室”，LSC2类开关首先必须是具有“可触及隔室”的功能单元。

■ 除去GIS类的开关柜，其它的开关柜均属于该类。也就是说：LSC2类的含盖面最广，除了LSC2外的均为LSC1类。

■ 在介绍“隔室”的概念中，其中的一句“母线隔室可以延伸到几个功能单元而不采用套管或其它等效方法。但是，对于LSC2类开关设备和控制设备，每组母线应有的隔室，例如，双母线系统中以及可开合或隔离的母线段。”，在此就容易理解了。

■ 这里，“功能单元”大到可以是一个变电站、配电房、开闭所等，小到就是一个单一的金属封闭开关设备和控制设备。

的运行连续性最高，该级要求在打开一个隔室时，该隔室所在的功能单元的电缆隔室和相临的功能单元仍旧可以继续运行。

    在LSC2B类中，功能单元的可触及的高压进线电缆可以保持带电。这意味着另有一处隔离和分开，即在开关装置和电缆之间。

   可抽出型LSC2B类示例：

    如果LSC2B类开关设备和控制设备的每个功能单元的主开关装置安装在自己的可触及隔室内，则不需要使相应的电缆连接不带电就可以维护该主开关装置。所以，本例中的LSC2B类开关设备和控制设备的每个功能单元最少需要三个隔室：

—— 每一台主开关装置的隔室；

—— 连接到主开关装置一侧的元件的隔室，如馈电回路；

关装置另一侧的元件的隔室，如母线。在多于一组母线的场合，每组母线应有一个的隔室。如图所示。

∙LSC2 A类提供的运行连续性次之，只要求在打开功能单元的一个隔室时，相临的功能单元可以继续运行。当触及一个功能单元的元件时，开关设备和控制设备的其它功能单元可以继续运行。

可抽出型LSC2A类示例：

这意味着功能单元的进线高压电缆必须不带电并接地，且回路应从母线上隔离并分开（物理上和电气上）。母线可保持带电。此处用术语分开而不用分离是为了避免区分绝缘的隔板和活门和金属的隔板和活门（见8.2.4“隔板的等级”）。如图所示。

∙LSC1类最低，它是除LSC2B类、LSC2A类外的所有金属封闭开关设备和控制设备，它包括两种情况：

1、打开一个隔室时，其他功能单元至少有一个不能继续运行；

2、没有可打开隔室。

如GIS、电缆分接箱等。

此类别在维护（如果需要）期间不能提供连续性运行，且在触及外壳内部之前，可能需要将开关设备和控制设备从系统上断开，并使其处于不带电状态。