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母线弧光保护在中低压开关柜中的应用

摘要：电力成套设备快速发展的今天，设备的安全稳定运行至关重要。而随着电力行业和应用领域的复杂化和深入性,使得中低压成套开关设备发生故障的可能性也随之变大。成套开关设备中母线故障产生的弧光将烧坏其他电器元件,从而导致事故扩大,往往造成较大的经济损失,而母线弧光保护正好解决了这个难题，能够很好的保护开关设备并降低损失。

关键词：中低压开关柜；母线弧光保护

0引言

中低压成套开关柜作为电能生产与分配的基础设施之一，使用量逐年增加，并且使用场合的复杂性也在增加，使用遵循的规范标准要求也随着社会的发展而提高。如何保证中低压开关柜安全可靠运行、降低电气事故损失越来越多地受到重视。

弧光放电事故是中低压开关柜内严重的事故之一，由于电弧电阻的原因，故障电流往往达不到保护定值而不能迅速切断故障，或者弧光故障电流达到了保护启动值，动作时间不能快速切断故障。

弧光放电不仅会造成停电事故，还会造成设备严重损坏和人身伤害事故，带来不可估量的损失。

1弧光故障事故危害

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。

（1）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。

（2）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

因此，很有必要引入快速切除弧光故障的保护系统。安科瑞ARB5系列弧光保护装置通过弧光+电流双重判据或弧光单判据启动保护，其弧光单判据动作时间≤7ms；弧光+电流双判据动作时间≤20ms，为快速切除中低压弧光故障提供了技术支持。

2中低压开关柜弧光保护必要性

国家标准相关规定，110kV及以上的电压级别的变压器的热稳定允许时间和动稳定时间分别是2s和0.25s。一般，在低压侧出口出现短路故障时时间往往超过2s，不能满足变压器动稳定时间要求，这样就会导致变压器损坏。

为了解决开关柜弧光短路故障问题，可以采取一些常规性防护措施，比如加强开关柜的结构，设置释放板和泄压通道将气流等输出柜体。但此类措施会提高设备成本，对电力企业的经济效益带来影响。

弧光保护相比这些防护措施，可以从根本上限制故障电弧，从而解决开关柜弧光短路故障对工作人员和开关设备的影响和危害。一方面，可以在开关柜耐受燃弧时间内采用中低压母线保护快速切除故障；另一方面，能减少用户停电时间，可尽快恢复生产。此外，对于使用年限很长需要进行改造的开关柜，采用弧光保护可合理延长其使用寿命，从而减少对开关设备的投资费用。

3安科瑞ARB5系列弧光保护

安科瑞ARB5系列弧光保护装置主要由ARB5-M主控单元、ARB5-S弧光探头及光纤组成。

（1） ARB5-M主控单元特点

1）启动条件可选弧光单判据或弧光+电流双判据。其中电流突变量启动系数可整定范围为0.05~10In，电流常量启动系数可整定范围为0.05~10In。

2）11路可编程跳闸出口。

3）4组3相电流采集。

4）支持20路弧光探头信号采集。

5）弧光故障点定位。

6）弧光光纤链路自检及装置异常自检。

7）4组失灵保护。

8）支持IEC61850，便于组建数字化智能变电站。

（2） ARB5-S弧光探头特点