一、概述
廠用/配電中壓開關柜為全廠輔機/供電系統(tǒng)的供電樞紐。在發(fā)生內(nèi)部故障時，是否能迅速地切除故障，對全廠/配電系統(tǒng)的安全運行至關重要。但是，按目前的保護方案，存在以下幾個問題：
?、僦袎耗妇€尚沒有配置任何專門的保護;而是由進線開關的相關后備保護來兼顧的;
?、谶M線開關與出線開關的保護需要相互配合:一般速斷保護延時的級差至少為300ms，甚至500ms;
?、圻^流保護的配合級差更是長達1–2秒。
所以，廠用/配電系統(tǒng)中壓母線上所發(fā)生的任何故障都至少要延時切除。換句話說，現(xiàn)有的廠用中壓母線能在時間切除故障的保護還是個空白?？墒?，我們只要稍加注意，就會不難發(fā)現(xiàn)不論是中壓開關母線的上游還是下游的諸多電氣設備無一沒有配有快速保護。相比之下，我們恐怕很難有充分的理由來說明，中壓母線的安全性可靠性應該受到這樣的懈怠。鑒于中壓母線的重要地位，任何故障的延時切除，都是我們極為不愿意看到的狀況。因為開關柜內(nèi)的各種故障，其短路電流所產(chǎn)生的電弧及其大量的高溫，使柜內(nèi)氣體急劇膨脹，可在極短的時間內(nèi)達到，嚴重危及人身和設備安全。
1.1電弧光產(chǎn)生的原因
引起開關柜弧光短路故障的原因很多，主要有：絕緣故障、載流回路不良、外來物體的進入、人為操作錯誤、系統(tǒng)改變或故障等。
1.2電弧光的能量
開關柜發(fā)生內(nèi)部弧光故障產(chǎn)生的短路功率可高達8~60MW，所產(chǎn)生的能量與電弧的燃燒時間、短路電流的平方值、柜體幾何尺寸以及所使用的材料等因素有關，其中較主要的因素是短路故障電流及電弧燃燒的時間，電弧能量與有關電弧燃燒的時間的關系如圖所示。從圖中可以看出，電弧燃燒持續(xù)時間超過100ms，所釋放的能量開始急劇增加，接著各種故障效應對開關設備的電纜、銅排以及鋼材造成嚴重損壞.
1.3電弧光對設備的傷害：
電弧光發(fā)生時產(chǎn)生的大量氣體，其壓力波可造成盤體變形、破碎；電弧可使銅排氣化的體積膨脹，空氣因高溫而膨脹；爆破音造成盤內(nèi)強烈震動，使固定元件松脫。高溫可造成電纜在100ms內(nèi)燃燒、及所有絕緣材料的燃燒，造成銅排、鋁在150ms內(nèi)燃燒熔毀氣化，并產(chǎn)生大量的濃黑有毒的煙氣，這些含有大量碳黑煙氣將迅速擴散至整段母線和開關柜，造成所有一次和二次設備表面的嚴重污染，使得絕緣電阻為零。
由于開關柜為剛性連接，結(jié)構(gòu)緊湊，空間有限，使得任何方式的清理工作，都將是耗時，費力的。更不用說受損設備的更換了。較為重要的是整段母線的停役，給全廠帶來的經(jīng)濟損失將是無法估量的。同時要想使設備的絕緣恢復到原來的水平幾乎是不可能的。
ZD-DHG電弧光保護系統(tǒng)使用電弧光探頭監(jiān)測電弧光信號，配合過流判斷故障，其整組動作時間小于20ms，加上斷路器35-60ms的跳閘時間，能有效保護開關設備，是目前動作較快的電弧光保護系統(tǒng)，是中壓開關柜內(nèi)部故障保護的較佳解決方案。
二、ZD-DHG電弧光保護裝置的特點：
?整組動作跳閘出口快；
?采用過流和弧光做判據(jù)，動作可靠；
?持續(xù)全面的自檢功能；
?可按各類不同接線靈活編程；
?安裝簡便靈活。
三、系統(tǒng)組成
3.1主控單元ZD-DHG-H
主控單元通過檢測短路電流和來自弧光傳感器的動作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進行處理、判斷，發(fā)出跳閘信號以切除故障。該系統(tǒng)弧光單判據(jù)與弧光電流雙判據(jù)可選。此外，主控單元根據(jù)輔助單元傳送來的弧光傳感器的動作信息，提供弧光故障點的定位信息。
3.2弧光采集器ZD-DHG-C
弧光采集器安裝在控制柜中，每個采集器可測量8路弧光，設置2繼電器出口，2路開關量輸入；弧光采集器采集到故障信號通過通訊接口傳回主機，由主機做出判斷是否發(fā)出跳閘指令。
3.3電流采集器ZD-DHG-A
電流采集器安裝在控制柜中，每個采集器可測量6相電流采樣，設置2個繼電器出口，2路開關量輸入；電流采集器采集到故障信號通過通訊接口傳回主機，由主機做出判斷是否發(fā)出跳閘指令。
3.3弧光電流采集器ZD-DHG-Z
弧光電流采集器安裝在控制柜中，每個采集器可測量3路弧光，三相電流采樣，設置2個繼電器出口，2路開關量輸入；弧光電流采集器采集到故障信號通過通訊接口傳回主機，由主機做出判斷是否發(fā)出跳閘指令。
3.4弧光傳感器ZD-DHG-P
弧光傳感器安裝在柜內(nèi)各間隔中，可實現(xiàn)由簡單到復雜、有選擇性的保護?；」鈧鞲衅髯鳛楣飧袘?，在發(fā)生弧光故障時檢測突然增加的光強，并將模擬光信號傳給弧光單元或直接傳給主控單元，弧光單元將光信號轉(zhuǎn)為電信號之后進行比較、濾波、編碼、電光轉(zhuǎn)換，由光纖將數(shù)字光信號傳給弧光擴展器或者主控單元。
四、工作原理及特點
4.1工作原理
保護系統(tǒng)中的弧光保護系統(tǒng)通過檢測開關柜內(nèi)部發(fā)生故障時發(fā)出的弧光和電流、接地信號突變量來判斷是否發(fā)生故障。其判斷原理如下圖所示：
電弧光保護原理示意圖
4.2弧光保護與一般過流保護比較
ZD-DHG有效降低電弧光傷害的方法是以較快的速度切斷故障電源，弧光保護正是為此需求而設計?；」獗Ｗo能快速檢測弧光的出現(xiàn)，將它的燃弧時間減到較少，從而減少設備財產(chǎn)的損失，保護工作人員的人身安全。
五、技術指標和使用環(huán)境
?裝置電源電壓：AC/DC85～265V
?裝置功耗：主機：≤10W分機：≤5W
?輸出觸點容量：繼電器：AC250V5A
?開關量輸入：AC/DC220V
?電流采樣精度：±5%。范圍：0.1In～20In，瞬間20倍過流值（1A、5A可選）
?RS485通訊：波特率9600bps19200bps57600bps115200bps可選
隔離電壓2500VDC
?工作環(huán)境溫度：-10℃～+50℃運輸極限環(huán)境溫度：-40℃～+70℃
貯存極限環(huán)境溫度：-25℃～+55℃
?大氣壓強：86～106KPa
?海拔高度：小于2000m，特殊情況下可達到4000m
?弧光單判據(jù)反應時間：≤10ms
弧光電流雙判據(jù)反應時間：≤20ms
?適用范圍：3kV～35kV
?環(huán)境濕度：5%～95%（裝置內(nèi)部不結(jié)露、結(jié)冰）
?污穢等級:蝕性氣體、蒸汽、導電塵埃，不得有爆炸性氣體和破壞絕緣性氣體。
