開關(guān)柜中熱氣溶膠滅火劑用量的合理設(shè)計(jì)

鄧海峰，楊 楠

（1.國(guó)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）

0 引 言

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(lái)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(diǎn)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(yíng)”的事故也時(shí)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(guó)內(nèi)外研究人員也對(duì)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(shí)，有效降低了滅火裝置噴口的溫度。文獻(xiàn)[2]對(duì)比熱氣溶膠滅火裝置在通風(fēng)和非通風(fēng)條件下對(duì)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(dòng)機(jī)艙，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。然而，目前的研究還無(wú)法對(duì)開關(guān)柜的防護(hù)提供實(shí)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(duì)以上問(wèn)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(shí)驗(yàn)，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(jì)。

1 熱氣溶膠材料簡(jiǎn)介

1.1 熱氣溶膠分類及相關(guān)性質(zhì)

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(huì)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(huì)對(duì)電氣設(shè)備帶來(lái)隱患[6-9]。相較于K型氣溶膠，S型氣溶膠更適合在帶電場(chǎng)景使用。

1.2 熱氣溶膠滅火機(jī)理

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(guò)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(huì)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 模擬滅火實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1.1 實(shí)驗(yàn)一

如圖1所示，在電纜室中進(jìn)行滅火實(shí)驗(yàn)。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(duì)角上的油盤預(yù)燃30 s后關(guān)閉柜門，采用手動(dòng)按鈕的方式啟動(dòng)滅火裝置，觀察滅火過(guò)程并做好相關(guān)記錄。改變S型熱氣溶膠質(zhì)量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

圖1 電纜室滅火實(shí)驗(yàn)

由于手車室與儀表室之間的隔板有相對(duì)較多的連通間隙，可容熱氣溶膠滅火氣體順利穿過(guò)，快速地散布至另一個(gè)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(jí)低，溫度相對(duì)較低，不易引起火災(zāi)。所以，用熱氣溶膠對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，可將手車室與儀表室看作為一個(gè)整體的防護(hù)空間，共用同一套滅火裝置即可。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)二

如圖2所示，在手車室與儀表室中進(jìn)行滅火實(shí)驗(yàn)。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(dòng)啟動(dòng)滅火裝置，觀察滅火過(guò)程并做好相關(guān)記錄。改變S型熱氣溶膠質(zhì)量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

電纜室滅火實(shí)驗(yàn)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(guò)測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)越長(zhǎng)，因?yàn)闅馊苣z噴射后需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間散布到空間中的各個(gè)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(shí)會(huì)大大減少。當(dāng)滅火劑質(zhì)量超過(guò)有效防護(hù)臨界值的30%～50%時(shí)，滅火用時(shí)減幅不大，反而會(huì)因此浪費(fèi)氣溶膠，降低經(jīng)濟(jì)性。

圖2 手車室與儀表室滅火實(shí)驗(yàn)

表2是手車室與儀表室滅火實(shí)驗(yàn)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(guò)測(cè)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(huì)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(yàn)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣溶膠質(zhì)量超過(guò)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(duì)儀表室的滅火效率無(wú)顯著提高。

表1 電纜室滅火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 手車室與儀表室滅火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)熱氣溶膠滅火材料的介紹和KYN28A-12型開關(guān)柜模擬滅火實(shí)驗(yàn)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(shí)，氣溶膠的質(zhì)量應(yīng)超過(guò)理論防護(hù)范圍對(duì)應(yīng)質(zhì)量的30%～50%，若其裕度低于30%會(huì)明顯降低滅火效率，超過(guò)50%會(huì)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(shí)，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(guò)理論防護(hù)范圍對(duì)應(yīng)質(zhì)量的50%，若其裕度低于50%，儀表室的火災(zāi)將無(wú)法撲滅。