1、需求分析
艦船的電氣化水平在逐步提高,艦船電站容量在不斷增加,艦船電網有向中壓發展的趨勢。中壓成套設備由于其本身的缺陷、異常的工作條件、諧振過電壓、絕緣故障、載流回路不良、外來物體的進入以及人為操作錯誤等原因,都可能引起弧光短路故障,造成氣體間隙擊穿而引燃電弧。艦船供電系統由于空間有限,設備較多,發生弧光故障的可能性大。
2、弧光故障事故的危害性
弧光產生時溫度可達到4500℃,內部溫度可達到10000~20000℃。弧光產生時較大瞬時功率可達到40MW,弧光光強可超過正常照明光強2000多倍。因此中低壓開關柜內因故障而產生電弧時若不能及時采取合理措施,則會產生諸多危害。
對設備的危害:電弧發生時產生大量高溫高壓氣體,氣體瞬時沖擊波可造成開關柜體變形、破碎;沖擊波爆破震動可造成開關柜劇烈震動,使各連接處緊固件松脫;產生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化,甚至將開關柜外殼金屬融化、元器件嚴重損壞并引起火災。
對人的危害:高溫灼傷皮膚;熔化的金屬蒸發并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化;高強度弧光傷害眼睛,甚至造成角膜脫落;高溫燃燒產生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統;弧光電流作用于人體可使肌肉產生非自主劇烈收縮,也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經組織等。
電弧產生的能量與I 2t成指數規律快速上升,其不僅與故障電流的大小有關,還與燃弧時間有關。根據故障點的不同,通常情況下故障短路電流會在幾千安至幾十安,故障若不能及時切除以熄滅電弧,則會產生巨大能量??傊_關柜發生內部電弧故障,不論是對開發設備還是對附近的工作人員,其危險性都很大。
將弧光保護應用至艦船電力系統,對艦船電網中的中壓電氣開關設備進行快速保護,在短路故障電弧發生初始就切除故障,降低故障電弧所造成的危害,避免人員傷亡,減少設備維護費用,提高艦船電力系統的安全性及經濟效益。
3、弧光保護技術的現狀和原理
從20世紀60年代起,國際上的一些發達國家已經開始了對弧光短路故障保護的研究,到80~90年代已經對這種故障特性有了深入的了解,并且提出各種弧光短路的防護措施。20世紀90年代,我國引進了弧光保護裝置。隨著微電子技術和光傳感器技術的不斷發展,弧光保護技術不斷成熟,國內對弧光保護的認識不斷提高,弧光保護的市場需求不斷擴大。國內很多單位都進行了弧光保護技術的研發,如安科瑞的ARB5系列弧光保護。
弧光保護的動作判據為電弧故障時產生的兩個條件: 弧光和電流增量。當同時檢測到弧光和電流增量時發出跳閘指令,當僅檢測到弧光時亦可只發出報警信號。
4、安科瑞ARB系列弧光保護
集中式母線弧光保護方案:中壓場景應用
集中式母線弧光保護方案:低壓場景應用
集中式母線弧光保護方案,由弧光保護主控單元、弧光探頭及塑料光纖等構成。
ARB6 弧光保護裝置
硬件接口:
30路弧光探頭接入
4組三相電流采集
3組零序電壓采集
4個可編程快速跳閘出口
10個可編程跳閘出口
2個可編程常閉出口
5/22路開入量輸入
1路USB
1路對時接口
2路RS485
3路以太網
主要功能:
自定義多組弧光保護邏輯
弧光故障點定位
弧光探頭及光纖鏈路實時自檢
弧光動作值可自由整定
4組失靈保護
4組非電量保護
CT斷線告警
4組電流回路TA監測
裝置故障告警
檢修狀態閉鎖
支持Modbus RTU/Modbus TCP/IEC103
性能特點:
每臺裝置可選采集6/12/18/24/30路探頭
弧光探頭通過塑料光纖直接傳輸光信號至弧光保護裝置
單判據動作時間3.8ms,雙判據動作時間7.8ms
高可靠性,通過國家權威檢測機構認證
弧光探頭ARB-S
檢測范圍:
角度≥180°
半徑≥0.5m
感光類型:可見光/紫外光
功能特點:
自帶濾光功能
無源型弧光傳感器
探頭及光纖鏈路實時自檢
弧光光纖:雙股、阻燃
不含金屬件,沒有電氣安全隱患
審核編輯 黃宇
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