空氣絕緣開關(guān)柜內(nèi)部電弧弧光危害的解決方案

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1、空氣絕緣開關(guān)柜內(nèi)部電弧弧光危害的解決方案Young-wooJeongHyun-wookLeeYang-seopSinYoung-keunKimLS工業(yè)系統(tǒng)公司（韓國）摘要：傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)不足以保護(hù)空氣絕緣開關(guān)柜內(nèi)部電弧弧光事故。因為電弧在引燃10`15ms后會達(dá)到其最高溫度和氣壓，而普通保護(hù)方法需要繼電操作時間與斷路器操作時間進(jìn)行時間配合。因此，電弧保護(hù)系統(tǒng)（APS）對斷路器是必需的，并且最近該系統(tǒng)已吸引了廣泛關(guān)注。本研究中，使用優(yōu)化軟件設(shè)計一種快速接地開關(guān)從而開發(fā)APS。該APS由光傳感器、電弧保護(hù)繼電器和能快速關(guān)合使回路接地的消弧器組成。所有元器件都經(jīng)過測試，表明其性能足以

2、保護(hù)開關(guān)設(shè)備免受電弧弧光的危害。在開發(fā)APS的過程中，發(fā)現(xiàn)了幾個必須解決的實際問題并利用自己的技術(shù)設(shè)計了一個可靠的系統(tǒng)。用實驗確定開關(guān)設(shè)備電弧閃絡(luò)事件的光學(xué)勒克斯水平，并與其他光源對比。并開發(fā)了點狀和環(huán)形光學(xué)傳感器、電弧保護(hù)繼電器和消弧器。特別開發(fā)了電弧檢測用的專用算法，并用于電弧保護(hù)繼電器中。最后，開發(fā)了用于優(yōu)化消弧器中Thomson驅(qū)動程序的極快速計算軟件。它的速度是基于普通有限元法軟件的十倍。0引言電弧的溫度可超過20，000K，并且電弧能量可被轉(zhuǎn)換為熱量、氣壓和輻射。電弧經(jīng)過壓縮/膨脹/噴射/發(fā)熱4個步驟，在電弧引燃后10~15ms內(nèi)到達(dá)其最高氣壓。因此，它看起來就像

3、爆炸一樣。通常開關(guān)設(shè)備是電力系統(tǒng)中必需的設(shè)備，并由斷路器、母線、電流互感器、電壓互感器等組成。在開關(guān)設(shè)備發(fā)生擊穿或事故情況下，電力系統(tǒng)受到電力故障的危害。盡管采取了反措施，但由于操作者的失誤、舊設(shè)備的絕緣擊穿和動物的侵入等，開關(guān)設(shè)備仍然經(jīng)常會發(fā)生內(nèi)部電弧故障。持續(xù)時間長的電弧閃絡(luò)可能危害電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，并引起停電、威脅到開關(guān)設(shè)備周圍的人身安全。因此，美國的NFPA（國家防火協(xié)會）敦促需要接近開關(guān)設(shè)備時人員應(yīng)當(dāng)穿保護(hù)衣服（護(hù)具）。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)設(shè)備必須通過內(nèi)部電弧試驗。鑒此，開關(guān)設(shè)備制造商設(shè)計了堅固的結(jié)構(gòu)以耐受來自內(nèi)部電弧的高溫和氣壓。但是，這些方法使得產(chǎn)品價格提高

4、和尺寸增大。而且，不可能完美地保護(hù)電氣設(shè)備和人員免受電弧故障危害。一些制造商開發(fā)了電弧保護(hù)系統(tǒng)，能夠在極短的時間內(nèi)熄滅電弧，從而將財產(chǎn)和人員損失降為最低。本文介紹了LS工業(yè)系統(tǒng)公司開發(fā)的APS。61電弧保護(hù)系統(tǒng)由于要與下游繼電器進(jìn)行時間配合，當(dāng)短路故障發(fā)生時，通常上游繼電器要等200~300ms才能感應(yīng)到故障的發(fā)生。因此，當(dāng)開關(guān)設(shè)備中發(fā)生內(nèi)部電弧閃絡(luò)事故時，使用傳統(tǒng)的OCR(過流繼電器)的保護(hù)過程對斷路器無效。不必等200~300ms，開關(guān)設(shè)備和人員就已經(jīng)受到嚴(yán)重危害，畢竟在電弧引燃后10~15ms之內(nèi)就將達(dá)到最高氣壓和溫度。圖1電弧保護(hù)系統(tǒng)的組成另外，當(dāng)在電力系統(tǒng)中使用AP

5、S時，弧光傳感器不用繼電器就能夠檢測到電弧閃絡(luò)發(fā)出的光信號。依據(jù)光和來自電流互感器的電流，電弧保護(hù)繼電器或電弧模塊可判定電弧故障。然后從斷路器或消弧器中盡早的消除電弧。2弧光傳感器一小部分電弧能量通過輻射消耗掉了?；」鈧鞲衅髂軌虿挥美^電器就檢測到電弧的弧光?；」鈧鞲衅饔袃煞N類型。一種是安裝在開關(guān)設(shè)備隔室內(nèi)的點傳感器，另一種是沿母線安裝的環(huán)形傳感器。兩種傳感器，點傳感器和環(huán)形傳感器分別檢測窄和寬的區(qū)域。圖2弧光傳感器點傳感器由光纖和傳感器帽組成。當(dāng)電弧事故發(fā)生時，傳感器帽檢測光信號，并通過光纖將光信號傳送到繼電器中（電弧保護(hù)繼電器或電弧模塊）。環(huán)形傳感器僅由光纖組成，換句話說，

6、光纖本身就是環(huán)形傳感器。該傳感器檢測安裝光纖回路的所有區(qū)域的光信號。使用點傳感器，用戶能夠6了解事故發(fā)生的地點，因為開關(guān)設(shè)備的每個隔室分別安裝一臺或兩臺傳感器。但用戶要監(jiān)測某些開關(guān)設(shè)備中的多個隔室，就需要相同或更多的傳感器。在這種情況下，適合應(yīng)用環(huán)形傳感器。環(huán)形傳感器有自診斷功能，可按偏置電壓中斷或不中斷進(jìn)行檢測。3電弧保護(hù)繼電器普通過流繼電器要花1/2~1周波（60Hz時，需8.3~16.7ms）才能確定事故發(fā)生。因此，它不可能保護(hù)電力系統(tǒng)和人員免受電弧閃絡(luò)故障。圖3電弧保護(hù)繼電器和模塊電弧保護(hù)繼電器不需其它元器件，只需將電弧模塊添加到普通過流繼電器中就能監(jiān)測電弧閃絡(luò)故障。

7、這兩種類型的繼電器通過采用來自弧光傳感器的光信號和來自電流互感器的電流信號的算法來確定電弧故障。當(dāng)電弧故障用算法確定后，繼電器就將操作命令發(fā)送給斷路器或消弧器。因為電弧保護(hù)繼電器除過電弧外沒有其它元器件，所以操作命令在2.5ms內(nèi)被傳送過去。但是，考慮到添加了電弧模塊的過流繼電器有許多元器件，因而要花15ms才能將命令傳送過去。圖4電弧故障舉例當(dāng)電弧故障發(fā)生在圖4中所指的位置時，6一臺下游的斷路器不能切斷故障電流。但上游的過電流繼電器沒帶電弧模塊，由于要與下游的繼電器進(jìn)行時間配合，要等200~300ms