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弧光保護在船舶中壓配電板的應用
摘要：船舶中壓配電板弧光故障導致的設備損壞和停電事故，不僅會造成較大的經濟損失，而且嚴重影響船舶電站的安全穩(wěn)定運行，威脅船舶電站操作人員的安全。弧光保護是基于電力系統(tǒng)開關柜發(fā)生弧光故障時而設計的一套母線保護系統(tǒng)，能夠快速切除開關柜體內的故障及縮小故障范圍。在船舶中壓配電板應用弧光保護，可解決母排故障短路問題，對于提高船舶電站的安全性、穩(wěn)定性，降低經濟損失具有重要意義。
關鍵詞：船舶；中壓配電板；弧光保護；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
弧光產生時溫度可達到4500℃，內部溫度可達到10000～20000℃。弧光產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因故障而產生電弧時若不能及時采取合理措施，則會產生諸多危害。
對設備的危害：電弧發(fā)生時產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生非自主劇烈收縮，也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經組織等。
電弧產生的能量與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，則會產生巨大能量?？傊?，開關柜發(fā)生內部電弧故障，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。
圖1 電弧能量-時間曲線
將弧光保護應用至艦船電力系統(tǒng)，對艦船電網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)的安全性及經濟效益。
3、安科瑞 ARB5系列弧光保護的原理及系統(tǒng)組成
弧光保護裝置通過弧光+電流突變量雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動保護，其動作時間為
弧光單判據(jù)動作時間≤7ms；
弧光+電流雙判據(jù)時間≤20ms。
ARB5系列弧光保護裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴展單元、ARB5-S弧光探頭、弧光光纖以及尾纖等配件構成。
| 型號 | 主要功能 | 技術參數(shù) |
| ARB5-M弧光保護主控單元
| 8組弧光保護 | 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ARB5-E擴展單元）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 | ||
| 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 | ||
| 裝置故障告警 | ||
| 2路RS485 | ||
| 2路以太網 | ||
| 1路打印接口 | ||
| 1路IRIG-B碼對時接口 | ||
| 支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103 | ||
| 支持GOOSE輸入輸出（選配） | ||
|
| 弧光信號采集 | 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 | ||
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| 弧光信號監(jiān)測 | 點式弧光傳感器，可安裝于母線室、電纜室或斷路器室。 |
| 現(xiàn)場調試及工程服務費 | 視項目情況核價 |
4、結語
本文簡析了船舶電力推進系統(tǒng)相較于陸上配電系統(tǒng)的特點，介紹了安科瑞ARB5系列弧光保護，并對弧光保護邏輯進行了說明，對弧光保護系統(tǒng)在船舶電力系統(tǒng)上的應用提供了一定的參考作用。
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