配电柜爆炸和断路器拒跳问题的原因浅析

涂永明

（浙江银建装饰工程有限公司，杭州 310012）

0 引言

在生产过程中，曾发生配电房里配电柜爆炸和断路器拒跳等问题，不仅影响正常的生产生活，同时，在严重的情况下会危及生命和财产安全。这是一个不容忽视的问题，为此本文分析了配电房内配电柜爆炸和断路器拒跳问题的原因和避免措施。

1 案例分析

为了找出其中的原因，调查分别从资料审查、情况调查、现场勘察、样品检测、技术分析等手段由浅入深地逐步推进分析，以一个实际案例为例进行剖析。

1.1 实例介绍

分析对象1#变2000 kVA的低压配电系统A09号低压配电柜位于某工厂高、低压配电房内，配电房在事故发生后进行现场封锁。经现场勘查，配电房配置是3组高压配电柜，每一个高压配电柜对应一套低压配电系统，分析对象是1#变高压配电柜对应的1#低压配电系统中的A09号配电柜。

其中1#变高压配电柜对应的1#低压配电系统配置总断路器型号为RMW1-4000/3，过载电流Ir1设定为4 000 A，过载保护延时设定为30 s，速断电流Ir3整定值设置在×10档，即速断电流为40 000 A（如图1所示）。该断路器处于分断状态，断路器的铭牌显示：规格为4 000/3，额定电流In为4 000 A，额定冲击耐受电压Uimp为12 kV，额定绝缘电压Ui为1 000 V，额定工作电压Ue为400 V，额定极限短路分断能力Icu为100 kA，额定运行短路分断能力Ics为80 kA，额定短时耐受电流Icw为80 kA/s，该低压配电系统没有接入电动机。

A09号配电柜铭牌显示：名称为交流低压配电柜，额定电压为380 V，额定电流为1 000 A，额定绝缘电压为660 V，频率为50 Hz，短时耐受电流为50 kA。

图1

分析对象A09号配电柜共有3只断路器组成3套配电线路，从上到下分别标记为A09-A、A09-B和A09-C，3组均有烟火熏烧黑的痕迹，柜体上有一烧熔的孔，如图2所示，该孔距柜底边约620 mm，距柜门约270 mm。

图2

柜内A09-A、A09-B和A09-C各有3个出线用的接线端子，其中A09-A的3个接线端子中未接导线端子，左下方隔板上有一短路电击痕迹如图3所示，而且A09-A的3个铜排接线端子中最上面的接导线端子上方隔板上有一短路电击痕迹，配电柜上部主母排有两处电击痕迹，垂直母排后隔板在相邻固定垂直母排的中间横担处有受热变形痕迹。

图3

A09-C的断路器3个进线端铜排均已被烧断，配电柜母线到A09-C断路器的3个母线排上各有一套垫圈、螺栓、螺母，另一套垫圈、螺栓、螺母已熔化变形，如图4所示；09-C断路器的出线端铜排完好，只有被炙热和烟雾熏烤形成的表面氧化，出线端铜排上的3个电流互感器均已烧焦；A09-A的断路器3个进线端铜排中第2、3号铜排上有短路拉弧痕迹，如图5所示，出线端铜排完好，仅有被烟雾熏烤形成的表面氧化。

图4

图5

A09号配电柜与其他柜体分离后，发现3条垂直母排的中间横担隔板处存在短路拉弧痕迹，如图6所示，下部横担隔板处两条垂直母排有短路拉弧痕迹，然后打开相邻的A08号配电柜上的垂直母线对比，在中间横担隔板处、下部横担隔板处均未发现短路拉弧痕迹，状态良好。

1.2 实验室检测

同时将问题配电柜的A09-A、A09-C两个断路器在实验室做了检测。结果如下：

1）A09-A断路器。进线端状况：2、3母排距端子螺母中心60 mm处有短路拉弧痕迹

出线端状况：正常。打开断路器盒盖后，检查开关触点，3组触点表面无着拉弧与氧化。

2）A09-C断路器。进线端状况：3个铜排在断路器塑壳外消失，绝缘分隔变形，有端子上螺母，端子间塑隔焦化，断路器塑壳内铜排外侧边到断路器固定面板边的距离约为30 mm。

出线端状况：外形正常，表面发黑。手柄联动开关动作：正常。

图6

表1 绝缘电阻（标准要求≥1MΩ） MΩ

表2 分断时进、出端子间电性能 Ω

表3 合上后进、出端子间电性能 Ω

1.3 原因分析

据此进行进一步的分析：

1）A09 号低压配电柜勘查发现，A09-C的断路器3个进线端铜排均未见，配电柜母线到A09-C断路器的3个母线排上其中的一套垫圈、螺栓、螺母已熔化变形；A09-C断路器的安装板左侧有一个熔孔，由此所呈现的状态足以说明A09-C断路器前端的铜排处是本次事故的引发点，并且该点所呈现的状态可以确定该处出现了相间短路或相地短路的情况，所产生的大电流引发高温而出现弧燃爆炸。

2）该处出现短路有两种可能性，一种是该处相间或相地被导电体直接短路，另一种可能性为断路器接线端子或者后续线路出现短路。现场勘察发现，A09-C断路器的进线端铜排是断分且带电的，出线端没有电源存在且铜排完好，出线端铜排上的3个电流互感器呈现被烧焦形态。样品检测结果表明，A09-C断路器出线端绝缘电阻性能符合国家标准要求，内部3组触点表面无拉弧与氧化，表明该短路熔爆不是因为断路器内部及输出端外部线路短路引起的，而是进线端有导电异物将进线铜排三相、相相或相地短路后引起的短路熔爆。

3）现场勘察发现，A09-A的断路器3个进线端铜排中第2、3号铜排上有短路拉弧痕迹，A09-A断路器的进线端铜排断分且带电的，出线端没有电源存在。样品检测结果显示，A09-A断路器进、出线端绝缘电阻性能目前符合国家标准要求，分断、合上的电性能符合使用要求，内部3组触点表面无拉弧与氧化，表明该短路拉弧不是由断路器内部及出线端及以后的线路短路引起的，而是进线端有导电异物触碰而引起的短路拉弧。

4）现场勘察还发现A09号低压配电柜内部多处存在电灼伤的痕迹，对比其他配电柜内部未发现任何异常情况，因此这些电灼伤不可能在配电柜生产、安装过程中产生，而是在施工过程中有导电的异物非正常进入配电柜的内部，掉落在此过程中造成多处电灼伤痕迹。

5）分析对象所在低压配电系统总断路器RMW1-4000/3的速断电流Ir3为40 000 A，而该配电系统配出硬母排处的最大三相短路电流值（考虑电动机在短路时的反馈电流）约为Icw=2 000 kVA÷0.4 kV÷6%=48114 A,大于40 000 A，大于Ir3，符合配置要求；在三相系统中，可能发生的短路故障有三相、两相、单相和单相接地短路，单相和两相短路电流值通常小于三相短路电流值，从各种短路故障发生的概率来看，单相短路次数最多，两相短路次之，三相短路最少，因此，在实际发生短路故障事故中，短路电流存在小于设置的速断电流Ir3的可能。本案例中，调查认为三相是由单相短路弧燃爆炸的可能性较大，且引起短路的导电异物材料熔点高于母排，由于短路电流未达到或超过设置的速断电流Ir3的值，该断路器不会迅速切断电源，而是根据过载保护设置的模式进行工作，即延时30s后切断该断路器。

2结语

根据上述的分析和判断认为，在本案例中的配电房进行低压动力电缆施工时，导电异物进入1#变A09配电柜，引起A09-C断路器进线端母排短路，从而导致弧燃爆炸。本案例事故当时，实际的短路电流小于设置的速断电流值，按照其工作原理，RMW1-4000/3断路器不会迅速切断电源。在实际生产生活中，造成配电柜爆炸和断路器拒跳的原因有很多，本案例只是一种情况，要避免类似的情况发生，减少损失，规范施工和日常维护是用电安全的根本保障。

［1］ GB 5226.1-2008. 机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件［S］.

［2］ GB 14048.2-2008 低压开关设备和控制设备第2部分：断路器［S］.

［3］ GB/T 15544-1995 三相交流系统短路电流计算［S］.

［4］ GB 7251.1-2005 低压成套开关设备和控制设备 第1部分：型式试验和部分型式试验成套设备［S］.