弧光保護

當?shù)蛪洪_關柜發(fā)生電弧，可以通過三種不同的設計理念保護操作人員和設備的安全:

l 改善設備的機械結構，使之能夠承受電弧(被動保護)

l 設備安裝限制內(nèi)部電弧效應的裝置(主動保護)

l 設備安裝限流斷路器

這三種方案(可聯(lián)合使用)已在工業(yè)領域得到快速的發(fā)展，并為一些主要的低壓開關控制柜制造商廣泛使用。

其中限制內(nèi)部電弧效應的裝置是一種主動保護裝置，它含有機電/電子裝置，較被動保護裝置更為復雜。

主動保護即通過安裝限制電弧的裝置，以防止內(nèi)部出現(xiàn)故障電弧。

主動保護有以下兩種常見的、可行的方法:

1) 通過壓力傳感器進行監(jiān)測

2) 通過弧光傳感器進行監(jiān)測

第一種方法(采用壓力傳感器作為電弧光探測單元)

壓力波是裝置內(nèi)出現(xiàn)電弧事故的效應之一，它將在電弧出現(xiàn)后的10-15毫秒后出現(xiàn)，可以安裝一些壓力傳感器用于探測壓力峰值。當內(nèi)部的壓力達到設定值時，電弧監(jiān)測裝置發(fā)出動作指令，控制開關器件動作。但是要預先確定電弧在柜內(nèi)產(chǎn)生的過壓值并非易事。

第二種方法(采用光纖傳感器作為電弧光探測單元)

弧光監(jiān)測器的操作邏輯如下:電弧現(xiàn)象會產(chǎn)生強烈的光輻射，因此柜體內(nèi)出現(xiàn)的弧光可以被弧光傳感器探測到。當弧光監(jiān)控系統(tǒng)探測到故障，會發(fā)出動作信號給斷路器。這種方法的探測反應時間僅為1毫秒。

電弧是放電過程中發(fā)生的一種現(xiàn)象，當兩點之間的電壓超過其工頻絕緣強度極限時就會發(fā)生。當適當?shù)臈l件出現(xiàn)時，一個攜帶著電流的等離子產(chǎn)生，直到電源側(cè)的保護設備斷開才會消失?？諝庠谕ǔl件是很好的絕緣體，但由于溫度的升高或者其他外部因素的作用，其化學和物理特性發(fā)生改變時，它可能變成通電的導體。

只要兩端的電壓提供的能量足以補償熱損耗并維持適當?shù)臏囟葪l件，電弧將會持續(xù)發(fā)生。如果電弧被拉長和冷卻，維持它的必要條件缺失進而熄滅。類似地，如果電路兩相發(fā)生短路也可以產(chǎn)生電弧。短路是兩個不同電壓的導體發(fā)生低阻抗的連接，形成低阻抗的導電體，(例如:金屬工具遺忘在柜子的母排上、錯誤的連接或動物闖入柜子內(nèi)，這些都是各種潛在的可能)一旦形成短路，會引起很大的短路電流值，其大小取決于電路的特性。

主配電柜或大型的電氣設備(如變壓器或發(fā)電機)附近短路能量高而且有故障產(chǎn)生時的電壓也很高。

在柜體內(nèi)形成電弧的過程可分為四個階段:

l 壓縮階段:電弧占據(jù)了整個空氣空間，由于持續(xù)的釋放能量產(chǎn)生過熱，導致對流和輻射，保留在柜內(nèi)的空氣被加熱，在整個初級階段不同區(qū)域的溫度和壓力值不一樣。

l 擴展階段:從這一瞬間開始，內(nèi)部壓力增加，由于過熱的空氣開始流動而形成一個空洞。在這個階段其壓力達到最大值，并因為熱空氣的釋放而開始減弱。

l 發(fā)射階段:由于電弧能量的持續(xù)釋放，幾乎所有的空氣均被一個緩和但恒定的壓力擠壓出去。

l 發(fā)熱階段:在驅(qū)逐出空氣后，柜內(nèi)的溫度幾乎達到電弧的溫度。最后階段就由此開始，直至熄滅。此時，所有金屬和絕緣體在受到產(chǎn)生的氣體、煙霧和溶蝕物質(zhì)顆粒的侵蝕后，已融為一體了。

當電弧出現(xiàn)在非常封閉的設備環(huán)境時，可能不會出現(xiàn)上述某些階段或者只有較少的影響;然而，在電弧的周圍，會形成壓力波、并導致溫度的上升。

以下數(shù)據(jù)表明了一個電弧所具有的危險性:

l 壓力:已估測，在一個相距60cm的20kA故障電弧，一個人所抵受到的壓力為225kg;這種突如其來的壓力會對耳朵造成永久的傷害。

l 溫度:電弧的溫度可以達到約為7000-8000°C

l 聲音:電弧發(fā)出的聲音強度高達160db(槍聲發(fā)出的爆破聲僅為130db)。

開關設備內(nèi)部間隔發(fā)生故障而產(chǎn)生的電弧光會造成開關設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除、將可能造成以下重大危害:

l 電弧光中心溫度(相當于太陽表面溫度的2~4倍，約為10000~20000°C)過高導致銅排、鋁排熔毀氣化;

l 電纜熔毀，電纜護套著火;

l 開關設備劇烈振動，使固定元件松脫;

l 使上一級變壓器承受近距離短路沖擊，故障電流產(chǎn)生的電動力可能導致變壓器繞組變形引起匝間短路;

l 故障產(chǎn)生的弧光沖擊波以300m/s的速度爆發(fā)，可摧毀途中的任何物質(zhì)，若波及站內(nèi)直流系統(tǒng)導致全站直流失電，將造成無法彌補的重大損失;

l 燃燒產(chǎn)生的有毒氣體被人吸入會產(chǎn)生生命危險;

l 高溫灼傷皮膚，強光刺傷眼睛

l 爆破音振損傷耳膜，肺臟;

l 爆炸碎片飛射，造成人員傷亡。