鄧海峰,楊 楠
(1.國網(wǎng)宜昌供電公司,湖北 宜昌 443000;2.三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院,湖北 宜昌 443000)
高壓開關(guān)柜是變電站的重要開關(guān)設(shè)備,其火災(zāi)事故帶來的負(fù)面影響不言而喻。開關(guān)柜內(nèi)部電氣設(shè)備復(fù)雜、電接觸點多、設(shè)備的安全距離不足等,為開關(guān)柜帶電起火埋下了隱患,且變電站中各開關(guān)柜緊密相連,“火燒連營”的事故也時有發(fā)生。
S型熱氣溶膠降塵率低、沉降物絕緣性好,是一種適用于高壓開關(guān)柜的優(yōu)質(zhì)滅火材料。當(dāng)前,熱氣溶膠已經(jīng)在部分領(lǐng)域得到重用,國內(nèi)外研究人員也對其在應(yīng)用上的相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[1]將熱氣溶膠滅火材料配合冷卻劑應(yīng)用于汽車引擎,在保證滅火能力的同時,有效降低了滅火裝置噴口的溫度。文獻(xiàn)[2]對比熱氣溶膠滅火裝置在通風(fēng)和非通風(fēng)條件下對風(fēng)電機(jī)組的滅火能力,發(fā)現(xiàn)熱氣溶膠在密閉空間中的滅火濃度更高,滅火效果更好。文獻(xiàn)[3]將熱氣溶膠滅火材料應(yīng)用于公交車發(fā)動機(jī)艙,并通過實驗驗證了其有效性。然而,目前的研究還無法對開關(guān)柜的防護(hù)提供實質(zhì)性幫助,特別是涉及到開關(guān)柜中熱氣溶膠的具體用量等關(guān)鍵指標(biāo)。
針對以上問題,本文在KYN28A-12型開關(guān)柜的各室中采用不同劑量的S型熱氣溶膠模擬滅火實驗,得到各室中熱氣溶膠的滅火效率與其濃度的變化規(guī)律,并提出一些熱氣溶膠在開關(guān)柜中應(yīng)用建議,特別是用量設(shè)計。
熱氣溶膠是一種混合物。由于它的化學(xué)成分不同,通常將熱氣溶膠分為S型氣溶膠和K型氣溶膠[4-5]。K型氣溶膠主要成分為鉀鹽,包括K2CO3、KHCO3以及K2O等。這3種物質(zhì)極易吸濕,易溶于水,所以其沉降物與空氣中的水分子結(jié)合后會影響儀器的絕緣強(qiáng)度。在微型電路板和一些精密的儀器中,應(yīng)避免使用K型氣溶膠。S型氣溶膠的主要成分為鍶鹽,降塵率低、絕緣性好,不會對電氣設(shè)備帶來隱患[6-9]。相較于K型氣溶膠,S型氣溶膠更適合在帶電場景使用。
熱氣溶膠滅火劑以氣溶膠發(fā)生劑的形式保存在滅火裝置的化學(xué)反應(yīng)室中,通過引發(fā)器給予其引發(fā)燃燒所需的最低能量,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生氣溶膠。反應(yīng)產(chǎn)生的惰性氣體會稀釋火災(zāi)區(qū)域的氧濃度。金屬氧化物比表面積大,覆蓋在燃燒物表面,消耗燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的自由基,切斷燃燒反應(yīng)鏈。另外,水蒸氣也起到一定的冷卻降溫作用。
2.1.1 實驗一
如圖1所示,在電纜室中進(jìn)行滅火實驗。將S型熱氣溶膠滅火裝置安裝于電纜室頂部的中心位置,待電纜室底部對角上的油盤預(yù)燃30 s后關(guān)閉柜門,采用手動按鈕的方式啟動滅火裝置,觀察滅火過程并做好相關(guān)記錄。改變S型熱氣溶膠質(zhì)量,重復(fù)實驗。
圖1 電纜室滅火實驗
由于手車室與儀表室之間的隔板有相對較多的連通間隙,可容熱氣溶膠滅火氣體順利穿過,快速地散布至另一個空間。儀表室內(nèi)大多為二次保護(hù)設(shè)備,設(shè)備的電壓等級低,溫度相對較低,不易引起火災(zāi)。所以,用熱氣溶膠對開關(guān)柜進(jìn)行防護(hù)設(shè)計時,可將手車室與儀表室看作為一個整體的防護(hù)空間,共用同一套滅火裝置即可。
2.1.2 實驗二
如圖2所示,在手車室與儀表室中進(jìn)行滅火實驗。將S型熱氣溶膠滅火裝置安裝于手車室頂部的中心位置,油盤分別置于手車室底部中央和儀表室底部中央,預(yù)燃30 s后手動啟動滅火裝置,觀察滅火過程并做好相關(guān)記錄。改變S型熱氣溶膠質(zhì)量,重復(fù)實驗。
電纜室滅火實驗數(shù)據(jù)如表1所示。采用的S型氣溶膠理論上滅火性能為80 g/m3,通過測算電纜室的尺寸為0.7 m3,氣溶膠能夠有效防護(hù)的臨界質(zhì)量為56 g,每次實驗逐步增加10%的氣溶膠??梢园l(fā)現(xiàn),氣溶膠質(zhì)量越接近空間內(nèi)有效防護(hù)臨界值,滅火用時越長,因為氣溶膠噴射后需要經(jīng)過一定時間散布到空間中的各個角落,而氣溶膠用量越多,空間內(nèi)滅火劑濃度越大,散布也越快,滅火用時會大大減少。當(dāng)滅火劑質(zhì)量超過有效防護(hù)臨界值的30%~50%時,滅火用時減幅不大,反而會因此浪費氣溶膠,降低經(jīng)濟(jì)性。
圖2 手車室與儀表室滅火實驗
表2是手車室與儀表室滅火實驗的相關(guān)數(shù)據(jù)。手車室與儀表室總體積為0.75 m3,經(jīng)過測算,理論上有效防護(hù)的氣溶膠最小質(zhì)量可設(shè)置為60 g。但是,由于手車室與儀表室之間的連通間隙面積有限,會阻擋氣溶膠從手車室進(jìn)入儀表室,導(dǎo)致儀表室中的滅火濃度不足,滅火失敗。多次試驗后發(fā)現(xiàn),當(dāng)氣溶膠質(zhì)量超過理論最小值的40%后,儀表室中的火源才可被撲滅,并且隨后氣溶膠用量的增加對儀表室的滅火效率無顯著提高。
表1 電纜室滅火實驗數(shù)據(jù)
表2 手車室與儀表室滅火實驗數(shù)據(jù)
本文通過對熱氣溶膠滅火材料的介紹和KYN28A-12型開關(guān)柜模擬滅火實驗的分析得到以下結(jié)論:
(1)在密閉條件下,采用熱氣溶膠作為電纜室和母排室的滅火材料時,氣溶膠的質(zhì)量應(yīng)超過理論防護(hù)范圍對應(yīng)質(zhì)量的30%~50%,若其裕度低于30%會明顯降低滅火效率,超過50%會降低經(jīng)濟(jì)性和安全性;
(2)在密閉條件下,采用熱氣溶膠作為手車室和儀表室的滅火材料時,可共用同一套熱氣溶膠滅火裝置,裝置應(yīng)安裝于手車室中。氣溶膠質(zhì)量應(yīng)超過理論防護(hù)范圍對應(yīng)質(zhì)量的50%,若其裕度低于50%,儀表室的火災(zāi)將無法撲滅。