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(wǎng)有向中壓發(fā)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(tǒng)由于空間有限，設備較多，發(fā)生弧光故障的可能性大。

2、弧光故障事故的危害性

弧光產(chǎn)生時溫度可達到4500℃，內(nèi)部溫度可達到10000～20000℃。弧光產(chǎn)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(nèi)因故障而產(chǎn)生電弧時若不能及時采取合理措施，則會產(chǎn)生諸多危害。

對設備的危害：電弧發(fā)生時產(chǎn)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(chǎn)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(fā)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(chǎn)生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統(tǒng)；弧光電流作用于人體可使肌肉產(chǎn)生非自主劇烈收縮，也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經(jīng)組織等。

電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)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(jù)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(chǎn)生巨大能量。總之，開關柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障，不論是對開發(fā)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(tǒng)，對艦船電網(wǎng)中的中壓電氣開關設備進行快速保護，在短路故障電弧發(fā)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(tǒng)的安全性及經(jīng)濟效益。

3、弧光保護技術的現(xiàn)狀和原理

從20世紀60年代起，國際上的一些發(fā)達國家已經(jīng)開始了對弧光短路故障保護的研究，到80～90年代已經(jīng)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(fā)展，弧光保護技術不斷成熟，國內(nèi)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(nèi)很多單位都進行了弧光保護技術的研發(fā)，如安科瑞的ARB5系列弧光保護。

弧光保護的動作判據(jù)為電弧故障時產(chǎn)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(fā)出跳閘指令，當僅檢測到弧光時亦可只發(fā)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(wǎng)

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(jiān)測
裝置故障告警
檢修狀態(tài)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(jù)動作時間3.8ms，雙判據(jù)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