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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開關柜發生弧光故障時而設計的一套母線保護系統，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。艦船供電系統由于空間有限，設備較多，發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；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成指數規律快速上升，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。總之，開關柜發生內部電弧故障，不論是對開發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，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組成
弧光保護裝置通過弧光+電流突變量雙重判據或弧光單判據啟動保護，其動作時間為
弧光單判據動作時間≤7ms；
弧光+電流雙判據時間≤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 |
| 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） | ||
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| 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。 |
| 模擬狀態傳輸 | ||
| 需要配合ARB5-M主控單元使用 | ||
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| 弧光信號監測 | 點式弧光傳感器，可安裝于母線室、電纜室或斷路器室。 |
| 現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相較于陸上配電系統的特點，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，對弧光保護系統在船舶電力系統上的應用提供了一定的參考作用。
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