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(shì)。中壓成套設(shè)備由于其本身的缺陷、異常的工作條件、諧振過(guò)電壓、絕緣故障、載流回路不良、外來(lái)物體的進(jìn)入以及人為操作錯(cuò)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(shè)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(shí)溫度可達(dá)到4500℃，內(nèi)部溫度可達(dá)到10000～20000℃。弧光產(chǎn)生時(shí)較大瞬時(shí)功率可達(dá)到40MW，弧光光強(qiáng)可超過(guò)正常照明光強(qiáng)2000多倍。因此中低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)因故障而產(chǎn)生電弧時(shí)若不能及時(shí)采取合理措施，則會(huì)產(chǎn)生諸多危害。

對(duì)設(shè)備的危害：電弧發(fā)生時(shí)產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，氣體瞬時(shí)沖擊波可造成開(kāi)關(guān)柜體變形、破碎；沖擊波爆破震動(dòng)可造成開(kāi)關(guān)柜劇烈震動(dòng)，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(kāi)關(guān)柜外殼金屬融化、元器件嚴(yán)重?fù)p壞并引起火災(zāi)。

對(duì)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(qiáng)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(guān)，還與燃弧時(shí)間有關(guān)。根據(jù)故障點(diǎn)的不同，通常情況下故障短路電流會(huì)在幾千安至幾十安，故障若不能及時(shí)切除以熄滅電弧，則會(huì)產(chǎn)生巨大能量。總之，開(kāi)關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障，不論是對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備還是對(duì)附近的工作人員，其危險(xiǎn)性都很大。

將弧光保護(hù)應(yīng)用至艦船電力系統(tǒng)，對(duì)艦船電網(wǎng)中的中壓電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行快速保護(hù)，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(shè)備維護(hù)費(fèi)用，提高艦船電力系統(tǒng)的安全性及經(jīng)濟(jì)效益。

3、弧光保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀和原理

從20世紀(jì)60年代起，國(guó)際上的一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)弧光短路故障保護(hù)的研究，到80～90年代已經(jīng)對(duì)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(hù)措施。20世紀(jì)90年代，我國(guó)引進(jìn)了弧光保護(hù)裝置。隨著微電子技術(shù)和光傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，弧光保護(hù)技術(shù)不斷成熟，國(guó)內(nèi)對(duì)弧光保護(hù)的認(rèn)識(shí)不斷提高，弧光保護(hù)的市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)很多單位都進(jìn)行了弧光保護(hù)技術(shù)的研發(fā)，如安科瑞的ARB5系列弧光保護(hù)。

弧光保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為電弧故障時(shí)產(chǎn)生的兩個(gè)條件: 弧光和電流增量。當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到弧光和電流增量時(shí)發(fā)出跳閘指令，當(dāng)僅檢測(cè)到弧光時(shí)亦可只發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4、安科瑞ARB系列弧光保護(hù)

集中式母線弧光保護(hù)方案：中壓場(chǎng)景應(yīng)用

集中式母線弧光保護(hù)方案：低壓場(chǎng)景應(yīng)用

集中式母線弧光保護(hù)方案，由弧光保護(hù)主控單元、弧光探頭及塑料光纖等構(gòu)成。

ARB6 弧光保護(hù)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(gè)可編程快速跳閘出口
10個(gè)可編程跳閘出口
2個(gè)可編程常閉出口
5/22路開(kāi)入量輸入
1路USB
1路對(duì)時(shí)接口
2路RS485
3路以太網(wǎng)

主要功能：
自定義多組弧光保護(hù)邏輯
弧光故障點(diǎn)定位
弧光探頭及光纖鏈路實(shí)時(shí)自檢
弧光動(dòng)作值可自由整定
4組失靈保護(hù)
4組非電量保護(hù)
CT斷線告警
4組電流回路TA監(jiān)測(cè)
裝置故障告警
檢修狀態(tài)閉鎖
支持Modbus RTU/Modbus TCP/IEC103

性能特點(diǎn)：
每臺(tái)裝置可選采集6/12/18/24/30路探頭
弧光探頭通過(guò)塑料光纖直接傳輸光信號(hào)至弧光保護(hù)裝置
單判據(jù)動(dòng)作時(shí)間3.8ms，雙判據(jù)動(dòng)作時(shí)間7.8ms
高可靠性，通過(guò)國(guó)家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證

弧光探頭ARB-S

檢測(cè)范圍：
角度≥180°
半徑≥0.5m
感光類型：可見(jiàn)光/紫外光

功能特點(diǎn)：
自帶濾光功能
無(wú)源型弧光傳感器
探頭及光纖鏈路實(shí)時(shí)自檢
弧光光纖：雙股、阻燃
不含金屬件，沒(méi)有電氣安全隱患

審核編輯 黃宇