一、概述

廠用/配電中壓開關(guān)柜為全廠輔機/供電系統(tǒng)的供電樞紐。在發(fā)生內(nèi)部故障時，是否能迅速地切除故障，對全廠/配電系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。但是，按目前的保護方案，存在以下幾個問題：

① 中壓母線尚沒有配置任何專門的保護;而是由進線開關(guān)的相關(guān)后備保護來兼顧的;

② 進線開關(guān)與出線開關(guān)的保護需要相互配合:一般速斷保護延時的級差至少為300ms， 甚至500ms;

③ 過流保護的配合級差更是長達1 – 2秒。

所以，廠用/配電系統(tǒng)中壓母線上所發(fā)生的任何故障都至少要延時切除。換句話說，現(xiàn)有的廠用中壓母線能在時間切除故障的保護還是個空白?？墒牵覀冎灰约幼⒁?，就會不難發(fā)現(xiàn)不論是中壓開關(guān)母線的上游還是下游的諸多電氣設(shè)備無一沒有配有快速保護。相比之下，我們恐怕很難有充分的理由來說明，中壓母線的安全性可靠性應該受到這樣的懈怠。鑒于中壓母線的重要地位，任何故障的延時切除，都是我們極為不愿意看到的狀況。因為開關(guān)柜內(nèi)的各種故障，其短路電流所產(chǎn)生的電弧及其大量的高溫，使柜內(nèi)氣體急劇膨脹，可在極短的時間內(nèi)達到頂峰，嚴重危及人身和設(shè)備安全。

1.1電弧光產(chǎn)生的原因

引起開關(guān)柜弧光短路故障的原因很多，主要有：絕緣故障、載流回路不良、外來物體的進入、人為操作錯誤、系統(tǒng)改變或故障等。

1.2電弧光的能量

開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部弧光故障產(chǎn)生的短路功率可高達8~60MW，所產(chǎn)生的能量與電弧的燃燒時間、短路電流的平方值、柜體幾何尺寸以及所使用的材料等因素有關(guān)，其中主要的因素是短路故障電流及電弧燃燒的時間，電弧能量與有關(guān)電弧燃燒的時間的關(guān)系如圖所示。從圖中可以看出，電弧燃燒持續(xù)時間超過100ms ，所釋放的能量開始急劇增加，接著各種故障效應對開關(guān)設(shè)備的電纜、銅排以及鋼材造成嚴重損壞.

以下為國外的資料介紹的各種燃弧時間下對設(shè)備造成的損壞程度：

① 35 ms 沒有顯著的損壞，一般可以在檢驗絕緣電阻后投入使用；

② 100ms 損壞較小，在開關(guān)柜再次投入運行之前需要進行清潔或可能的某些小的修理；

③ 500ms 設(shè)備損壞很嚴重，在現(xiàn)場的人員也受到嚴重的傷害，必須更換部分設(shè)備才可以再投入運行。

1.3電弧光對人員的傷害：

電弧光發(fā)生時產(chǎn)生的高溫，灼燒人員皮膚；強光刺傷眼睛；強電侵害肌肉、神經(jīng)；爆破壓力造成人員的墜落及碎片飛射；爆破音造成人員的耳膜、內(nèi)臟震動損傷；毒氣傷害人員呼吸系統(tǒng)。

1.4電弧光對設(shè)備的傷害：

電弧光發(fā)生時產(chǎn)生的大量氣體，其壓力波可造成盤體變形、破碎；電弧可使銅排氣化的體積膨脹，空氣因高溫而膨脹；爆破音造成盤內(nèi)強烈震動，使固定元件松脫。高溫可造成電纜在100ms內(nèi)燃燒、及所有絕緣材料的燃燒，造成銅排、鋁在150ms內(nèi)燃燒熔毀氣化，并產(chǎn)生大量的濃黑有毒的煙氣，這些含有大量碳黑煙氣將迅速擴散至整段母線和開關(guān)柜，造成所有一次和二次設(shè)備表面的嚴重污染，使得絕緣電阻為零。

由于開關(guān)柜為剛性連接，結(jié)構(gòu)緊湊，空間有限，使得任何方式的清理工作，都將是耗時，費力的。更不用說受損設(shè)備的更換了。為重要的是整段母線的停役，給全廠帶來的經(jīng)濟損失將是無法估量的。同時要想使設(shè)備的絕緣完全恢復到原來的水平幾乎是不可能的。

電弧光保護系統(tǒng)使用電弧光探頭監(jiān)測電弧光信號，配合過流判斷故障，其整組動作時間小于20ms，加上斷路器35-60ms的跳閘時間，能有效保護開關(guān)設(shè)備，是目前動作快的電弧光保護系統(tǒng)，是中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障保護的解決方案。

電弧光保護裝置的特點：

u 整組動作跳閘出口快；

u 采用過流和弧光做判據(jù)，動作可靠；

u 持續(xù)全面的自檢功能；

u 可按各類不同接線靈活編程；

u 安裝簡便靈活。

系統(tǒng)組成

1主控單元

主控單元通過檢測短路電流和來自弧光傳感器的動作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進行處理、判斷，發(fā)出跳閘信號以切除故障。該系統(tǒng)弧光單判據(jù)與弧光電流雙判據(jù)可選。此外，主控單元根據(jù)輔助單元傳送來的弧光傳感器的動作信息，提供弧光故障點的定位信息。

2弧光采集器

弧光采集器安裝在控制柜中，每個采集器可測量8路弧光，設(shè)置2繼電器出口，2路開關(guān)量輸入；弧光采集器采集到故障信號通過通訊接口傳回主機，由主機做出判斷是否發(fā)出跳閘指令。

3電流采集器

電流采集器安裝在控制柜中，每個采集器可測量6相電流采樣，設(shè)置2個繼電器出口，2路開關(guān)量輸入；電流采集器采集到故障信號通過通訊接口傳回主機，由主機做出判斷是否發(fā)出跳閘指令。

4弧光傳感器

弧光傳感器安裝在柜內(nèi)各間隔中，可實現(xiàn)由簡單到復雜、有選擇性的保護。弧光傳感器作為光感應元件，在發(fā)生弧光故障時檢測突然增加的光強，并將模擬光信號傳給弧光單元或直接傳給主控單元，弧光單元將光信號轉(zhuǎn)為電信號之后進行比較、濾波、編碼、電光轉(zhuǎn)換，由光纖將數(shù)字光信號傳給弧光擴展器或者主控單元。