高压击穿电弧作用下开关柜内典型阻燃绝缘件引燃特性的实验研究

高压开关柜内的绝缘件失效故障,易引发火灾事故、区域停电甚至影响电网系统的稳定运行。基于高压击穿电弧模拟与材料引燃机理综合模拟实验平台,针对4 mm厚支柱绝缘子和固封极柱,开展了15 kV击穿电弧作用下的系列引燃实验研究。结果表明,高压电极横向击穿后,电弧迅速上翻形成自上而下“夹持”样品的倒“U”形弧柱,弧根与弧顶首先炭化或引燃。阻燃绝缘件样品顶部形成火焰后,随着燃烧的进行,逐渐从顶部形成穿透样品的内部击穿电弧,该电弧易诱发剧烈燃烧的水平喷射火焰。内部击穿电弧位置向下移动呈“2阶段”特征:在初始阶段较慢,支柱绝缘子和固封极柱样品内击穿点下移速度分别约为2.55 mm/s和1 .74 mm/s,而在第2阶段分别增大至78.50 mm/s和35.03 mm/s。此外,高压起弧瞬间,在紧邻电极上方的绝缘材料表面,升温速率可达180 ℃/s。研究结果可用于高压开关柜各类阻燃绝缘件的科学选型与优化设计,为开关柜防火安全性能的提升提供科学依据。     

高压开关柜阻燃绝缘件在役老化诱发着火事故的综合分析

高压开关柜长期连续运行在高温高湿环境下,内部的阻燃绝缘件会老化而导致性能劣化,进而引起电弧击穿乃至着火事故。为揭示绝缘件样品老化对其击穿与引燃特性的影响机制,针对已在役运行12年开关柜内老化阻燃固封极柱样品和同配方新样品,开展了微观形貌、热重-差示扫描量热、热重-红外光谱和微量燃烧特性综合分析。结果表明：开关柜内的长期电热应力易使环氧树脂绝缘材料的微观结构产生破坏,内部易产生孔洞和裂纹,导致其绝缘性能下降;开关柜内的高温环境易使绝缘材料内部分子链缓慢断裂,导致老化样品更易受热分解;同时,柜内高温高湿环境既可使其材料内部孔隙吸湿而降低绝缘性能,还易导致磷系阻燃剂吸潮氧化,降低其阻燃性能;最后,与新样品相比,12年老化样品在升温初期的燃烧释热更高,一旦形成击穿电弧,更易着火燃烧。研究结果为高压开关柜因绝缘件老化失效而形成击穿起火事故提供了分析要点,并可作为未来更高性能阻燃绝缘件的优化设计依据。