弧光保护在船舶中压配电板的应用
时间：2024-11-15 阅读：172
摘要：船舶中压配电板弧光故障导致的设备损坏和停电事故，不仅会造成较大的经济损失，而且严重影响船舶电站的安全稳定运行，威胁船舶电站操作人员的安全。弧光保护是基于电力系统开关柜发生弧光故障时而设计的一套母线保护系统，能够快速切除开关柜体内的故障及缩小故障范围。在船舶中压配电板应用弧光保护，可解决母排故障短路问题，对于提高船舶电站的安全性、稳定性，降低经济损失具有重要意义。
关键词：船舶；中压配电板；弧光保护；母排故障
1、引言
舰船的电气化水平在逐步提高，舰船电站容量在不断增加，舰船电网有向中压发展的趋势。中压成套设备由于其本身的缺陷、异常的工作条件、谐振过电压、绝缘故障、载流回路不良、外来物体的进入以及人为操作错误等原因，都可能引起弧光短路故障，造成气体间隙击穿而引燃电弧。舰船供电系统由于空间有限，设备较多，发生弧光故障的可能性大。
2、弧光故障事故的危害性
弧光产生时温度可达到4500℃，内部温度可达到10000～20000℃。弧光产生时较大瞬时功率可达到40MW，弧光光强可超过正常照明光强2000多倍。因此中低压开关柜内因故障而产生电弧时若不能及时采取合理措施，则会产生诸多危害。
对设备的危害：电弧发生时产生大量高温高压气体，气体瞬时冲击波可造成开关柜体变形、破碎；冲击波爆破震动可造成开关柜剧烈震动，使各连接处紧固件松脱；产生的高温可引起电缆燃烧、铜排融化、铝排气化，甚至将开关柜外壳金属融化、元器件严重损坏并引起火灾。
对人的危害：高温灼伤皮肤；熔化的金属蒸发并渗入人的皮肤表层造成皮肤金属化；高强度弧光伤害眼睛，甚至造成角膜脱落；高温燃烧产生的粉尘和有毒有害气体损伤呼吸系统；弧光电流作用于人体可使肌肉产生非自主剧烈收缩，也可损伤肌腱、皮肤、血管、神经组织等。
电弧产生的能量与I 2t成指数规律快速上升，其不仅与故障电流的大小有关，还与燃弧时间有关。根据故障点的不同，通常情况下故障短路电流会在几千安至几十安，故障若不能及时切除以熄灭电弧，则会产生巨大能量。总之，开关柜发生内部电弧故障，不论是对开发设备还是对附近的工作人员，其危险性都很大。
图1 电弧能量-时间曲线
将弧光保护应用至舰船电力系统，对舰船电网中的中压电气开关设备进行快速保护，在短路故障电弧发生初始就切除故障，降低故障电弧所造成的危害，避免人员伤亡，减少设备维护费用，提高舰船电力系统的安全性及经济效益。
3、安科瑞 ARB5系列弧光保护的原理及系统组成
弧光保护装置通过弧光+电流突变量双重判据或弧光单判据启动保护，其动作时间为
弧光单判据动作时间≤7ms；
弧光+电流双判据时间≤20ms。
ARB5系列弧光保护装置由ARB5-M主控单元、ARB5-E扩展单元、ARB5-S弧光探头、弧光光纤以及尾纤等配件构成。
| 型号 | 主要功能 | 技术参数 |
| ARB5-M弧光保护主控单元
| 8组弧光保护 | 可选配4块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持20路弧光探头直接采集。 亦可选配4块主控板（即可接入4台ARB5-E扩展单元）1块主控板可接收6块采集板的探头，共支持120路弧光探头采集。 |
| 4组失灵保护 | ||
| 4组电流回路TA监测 | ||
| 4组三相电流采集 | ||
| 11路可编程跳闸出口 | ||
| 非电量保护 | ||
| 装置故障告警 | ||
| 2路RS485 | ||
| 2路以太网 | ||
| 1路打印接口 | ||
| 1路IRIG-B码对时接口 | ||
| 支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103 | ||
| 支持GOOSE输入输出（选配） | ||
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| 弧光信号采集 | 可选配6块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持30路弧光探头直接采集。 |
| 模拟状态传输 | ||
| 需要配合ARB5-M主控单元使用 | ||
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| 弧光信号监测 | 点式弧光传感器，可安装于母线室、电缆室或断路器室。 |
| 现场调试及工程服务费 | 视项目情况核价 |
4、结语
本文简析了船舶电力推进系统相较于陆上配电系统的特点，介绍了安科瑞ARB5系列弧光保护，并对弧光保护逻辑进行了说明，对弧光保护系统在船舶电力系统上的应用提供了一定的参考作用。