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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有效措施,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。
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。
2弧光保护技术的现状和原理
从20 世纪60 年代起,国际上的一些发达国家已经开始了对弧光短路故障保护的研究,到80 ~ 90 年代已经对这种故障特性有了深入的了解,并且提出各种弧光短路的防护措施。20世纪90年代,我国引进了弧光保护装置。随着微电子技术和光传感器技术的不断发展,弧光保护技术不断成熟,国内对弧光保护的认识不断提高,弧光保护的市场需求不断扩大。国内很多单位都进行了弧光保护技术的研发,如安科瑞的ARB5系列弧光保护。
弧光保护的动作判据为电弧故障时产生的两个条件: 弧光和电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸指令,当仅检测到弧光时亦可只发出报警信号。
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