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弧光保護(hù)在船舶中壓配電板的應(yīng)用
摘要：船舶中壓配電板弧光故障導(dǎo)致的設(shè)備損壞和停電事故，不僅會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重影響船舶電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，威脅船舶電站操作人員的安全。弧光保護(hù)是基于電力系統(tǒng)開關(guān)柜發(fā)生弧光故障時(shí)而設(shè)計(jì)的一套母線保護(hù)系統(tǒng)，能夠快速切除開關(guān)柜體內(nèi)的故障及縮小故障范圍。在船舶中壓配電板應(yīng)用弧光保護(hù)，可解決母排故障短路問題，對(duì)于提高船舶電站的安全性、穩(wěn)定性，降低經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。
關(guān)鍵詞：船舶；中壓配電板；弧光保護(hù)；母排故障
1、引言
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(shè)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(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)可超過正常照明光強(qiáng)2000多倍。因此中低壓開關(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)沖擊波可造成開關(guān)柜體變形、破碎；沖擊波爆破震動(dòng)可造成開關(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，開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障，不論是對(duì)開發(fā)設(shè)備還是對(duì)附近的工作人員，其危險(xiǎn)性都很大。
圖1 電弧能量-時(shí)間曲線
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、安科瑞 ARB5系列弧光保護(hù)的原理及系統(tǒng)組成
弧光保護(hù)裝置通過弧光+電流突變量雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動(dòng)保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間為
弧光單判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤7ms；
弧光+電流雙判據(jù)時(shí)間≤20ms。
ARB5系列弧光保護(hù)裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴(kuò)展單元、ARB5-S弧光探頭、弧光光纖以及尾纖等配件構(gòu)成。
| 型號(hào) | 主要功能 | 技術(shù)參數(shù) |
| ARB5-M弧光保護(hù)主控單元
| 8組弧光保護(hù) | 可選配4塊采集板，1塊采集板可采集5路探頭，共支持20路弧光探頭直接采集。 亦可選配4塊主控板（即可接入4臺(tái)ARB5-E擴(kuò)展單元）1塊主控板可接收6塊采集板的探頭，共支持120路弧光探頭采集。 |
| 4組失靈保護(hù) | ||
| 4組電流回路TA監(jiān)測 | ||
| 4組三相電流采集 | ||
| 11路可編程跳閘出口 | ||
| 非電量保護(hù) | ||
| 裝置故障告警 | ||
| 2路RS485 | ||
| 2路以太網(wǎng) | ||
| 1路打印接口 | ||
| 1路IRIG-B碼對(duì)時(shí)接口 | ||
| 支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103 | ||
| 支持GOOSE輸入輸出（選配） | ||
|
| 弧光信號(hào)采集 | 可選配6塊采集板，1塊采集板可采集5路探頭，共支持30路弧光探頭直接采集。 |
| 模擬狀態(tài)傳輸 | ||
| 需要配合ARB5-M主控單元使用 | ||
|
| 弧光信號(hào)監(jiān)測 | 點(diǎn)式弧光傳感器，可安裝于母線室、電纜室或斷路器室。 |
| 現(xiàn)場調(diào)試及工程服務(wù)費(fèi) | 視項(xiàng)目情況核價(jià) |
4、結(jié)語
本文簡析了船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)相較于陸上配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹了安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)，并對(duì)弧光保護(hù)邏輯進(jìn)行了說明，對(duì)弧光保護(hù)系統(tǒng)在船舶電力系統(tǒng)上的應(yīng)用提供了一定的參考作用。
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