特殊环境条件下开断空载线路电弧试验研究

吴炳卫，赵 磊，董 俊，徐富良，邓 华，陈义忠（. 昆明高海拔电器检测有限公司，昆明 650；. 云南电网公司带电作业分公司，昆明 65004）



特殊环境条件下开断空载线路电弧试验研究

吴炳卫1，赵 磊1，董 俊1，徐富良1，邓 华2，陈义忠2
（1. 昆明高海拔电器检测有限公司，昆明 650221；2. 云南电网公司带电作业分公司，昆明 650041）

摘要：带电作业断开空载电缆线路时，会产生电弧，危及人身和财产安全。研究的目的是通过模拟带电操作空载电缆线路时的速度，断开距离和容性电流，考虑在特殊环境条件下，分别断开0.1 A、0.2 A、0.3 A、0.4 A的电容电流时的燃弧情况。

关键词：带电作业；电弧；容性电流；海拔；湿度

引言

目前，国内10 kV配电线路带电作业已经在电网公司普遍开展，作业方式也有多种，如更换绝缘子、断、接引线、更换跌落保险或避雷器、带负荷加装分断开关、负荷刀闸等。在具体的技术要求上已经发布了一系列的国家及行业标准，指导带电作业工作，但对于高原地区不同海拔条件下的具体技术要求暂无。

本试验研究是针对特定的环境条件下，特定的配电网线路，结合高原地区的特殊环境条件进行的应用试验研究，对高原地区配电网带电作业切断空载线路有一定的指导意义。

1 试验研究方案

1）模拟实验研究系统如图1所示。

图1　模拟实验研究系统

2）试验研究内容

模拟人工带电操作断开空载电缆线路，隔离开关断开速度为0.8 m/s、分断距离200 mm、断口交流电压为6.7 kV，在模拟海拔2 0 0 0 m、2 500 m、3 000 m、3 500 m、4 000 m条件下，当湿度分别为40 %、70 %时，分别断开0.1 A、0.2 A、0.3 A、0.4 A的电容电流时，其产生电弧的情况，每种工况试验次数多次重复。

2 试验过程中拍摄的图片（见表1）

表1　试验过程

3 数据汇总分析

本次研究试验的过电压数据采用示波器测量，电弧长度的测量采用木尺，湿度采用温湿度计，海拔高度的测量采用气压表。

3.1 燃弧次数与电流、海拔高度、湿度的关系分析

从图2、图3可以看出：

相同湿度、海拔高度条件下，在断开速度和断开距离不变情况下，重复50次分别断开电容电流0.1～0.4 A时，燃弧的次数并未出现随着电容电流的增大，发生燃弧的几率同步增大的现象。

相同湿度、海拔高度不同条件下，在断开速度和断开距离不变情况下，重复50次分别断开电容电流0.1～0.4 A时，每个电流下燃弧的次数随着海拔高度的增加，发生燃弧的几率逐步增大，但发生燃弧的几率和电流的增大并无相关因果联系。

不同湿度（40 %、70 %）下，海拔高度、电容电流相同条件下，在断开速度和断开距离不变情况下，重复50次试验时，70 %湿度环境条件下发生燃弧的几率远大于40 %湿度环境条件下，增加最大的是0.2 A、4 000 m时，燃弧比例由40～100 %。

从发生燃弧的数据分析来看，在相对湿度相同条件下，在开断线路6.7 kV交流电压、电容电流0.1～0.4 A时，随着海拔高度的增加，发生燃弧的次数有所增加，但与电流的大小关联不大。究其原因，主要是断开的电容电流不大，燃弧产生的决定作用是断口之间的场强，由于施加的是交流电压，不能保证每次断开的相角度和电压幅值，故对断口的燃弧产生有一定影响。

在两种湿度（40 %、70 %）环境下，在开断线路6.7 kV交流电压、电容电流0.1～0.4 A时，随着海拔高度的增加，发生燃弧的次数增加。这是由于随着湿度增加，空气的绝缘性能下降，较容易发生电离，起弧场强降低，导致燃弧较容易发生。

3.2 燃弧最大长度电流、海拔高度、湿度的关系分析

图2　湿度40 %，2 000～4 000 m模拟环境条件下电流与燃弧次数关系图

图3　湿度70 %，2 000～4 000 m模拟环境条件下电流与燃弧次数关系图

图4　燃弧在0.4 A弧长时，海拔高度、湿度的关系

从图4可以看出，在0.4 A电容电流时：

相同湿度下，随着海拔高度的增加，燃弧长度≥200 mm时的次数也逐步增加，湿度越大越明显。

不同湿度、相同海拔高度下，随着湿度的增大，燃弧长度≥200 mm时的次数也逐步增加。

在开断电容电流0.1～0.3 A时，均未发生燃弧长度≥200 mm时的情况，究其原因是因为在开关触头分开时，主要由电场强度起决定作用，随着断口距离的不断增大，要维持电弧继续燃烧，不但需要断口间保持一定的电场强度，同时电弧燃烧过程中要消耗能量，提供的功率越大，电弧燃烧的电子热游离过程越容易保持，故燃弧持续时间较小电流长，电弧的长度也较长。

3.3 燃弧时产生的最大过电压与电流、海拔高度、湿度的关系分析

从图5可以看出，在湿度40 %的环境条件下：

在开断容性电流0.1～0.4 A时，在海拔高度2 000～4 000 m区间，产生的过电压最大值基本在20.5 kV左右。

过电压最大值和电流大小、海拔高度没有呈现关联关系。

从图6可以看出，在湿度70 %的环境条件下：

在开断容性电流0.1～0.4 A时，在海拔高度2 000～4 000 m区间，产生的过电压最大值均在20.5 kV。

过电压最大值和电流大小、海拔高度没有呈现关联关系。

我们认为，在两种湿度（40 %、70 %）环境下，在开断线路6.7 kV交流电压、电容电流0.1 A～0.4 A时，影响过电压值大小的主要端口之间的电压差，由于开断过程中未发生电弧反复重燃的现象，所以过电压最大值基本相等。

图5　燃弧时产生的最大过电压与湿度40 %条件下的关系

图6　燃弧时产生的最大过电压与湿度70 %条件下的关系

4 研究结论

模拟人工带电操作断开空载电缆线路，隔离开关断开速度为0.8 m/s、分断距离200 mm、断口电压为交流6.7 kV，在模拟海拔2 000 m、2 500 m、3 000 m、3 500 m、4 000 m条件下，当湿度分别为40 %、70 %时，分别断开0.1 A、0.2 A、0.3 A、0.4 A的电容电流时：

1）发生燃弧的几率主要与开断瞬间线路交流电压的幅值（相位角）有关；

2）随着湿度的增加，空气的绝缘性能下降，较容易发生电离，起弧场强降低，燃弧较容易发生；

3）电弧燃烧的保持时间与断口间电场强度和提供的线路功率有关，功率越大，场强越高，电弧越难自然熄灭；

4）电弧燃烧时，不发生重燃自然熄灭情况下，产生的过电压幅值大小主要由线路电压决定；

5）可以进行带电作业操作，电弧能自然熄灭，但操作人员需要佩戴过电压防护装备，保护人身安全。

5 结语

带电作业开断空在线路时，应充分考虑线路电压、所处海拔高度、湿度以及开断线路长度等效电容电流的大小，评估操作时可能产生的过电压幅值，采取适当的绝缘安全防护措施。在日常工作中可能遇到的各种特殊环境条件，应给予重视并进行模拟试验研究，建立模拟研究与实际操作对比数据库，进行大量的对比分析，经验证后建立相关特殊环境条件带电作业指导文件/标准，避免人身及设备安全事故的发生。

参考文献:

[1]GB/T 18857-2008, 配电线路带电作业技术导则[S].

[2]GB/T 20626.1-2006, 特殊环境条件 高压电工电子产品 第1部分：通用技术要求[S].

[3]陈慈萱,马志瀛.高压电器[M].重庆：重庆大学出版社, 1985.

[4]国家电力监管委员会电力业务资质管理中心 编写.电工进网作业许可参考教材 高压理论部分[M].北京：中国财政经济出版社, 2006-07.

中图分类号：TM84

文献标识码：B

文章编号：1004-7204（2016）02-0017-05

作者简介:

吴炳卫，男，云南昆明人，高级工程师，主要从事电工产品高原环境适应性研究、试验验证工作。

Research on the Test for Breaking No Load Line Arc Under Different Environmental Conditions

WU Bing-wei1, ZHAO Lei1, DONG Jun1, XU Fu-liang1, DENG Hua2, CHEN Yi-zhong2
（1. Kunming High Altitude Electrical Detection Co., Ltd., Kunming 650221; 2. Live Working Branch of Yunnan Power Grid Corporation, Kunming 650041）

Abstract：When live-wire work with breaking no load cable line, it will produce arc, which will endanger personal and property safety. The aim of this research is to simulate to operate no-load cable line speed, breaking distance and capacitive current, and make certain that the arcing conditions when breaking 0.1 A, 0.2 A, 0.3 A, 0.4 A capacitive current respectively under special environmental conditions.

Key words：live working; arc; capacitive current; altitude; humidity