KML820G智能弧光保护装置

KML820G智能弧光保护

【一】、概述

开关柜为供电系统的供电枢纽。在发生内部故障时，是否能迅速地切除故障，对配电系统的安全运行至关重要。目前的保护方案，存在以下问题：

① 母线尚没有配置任何专门的保护; 而是由进线开关的相关后备保护来兼顾的;

② 进线开关与出线开关的保护需要相互配合:一般速断保护延时的级差至少为300ms， 甚至500ms ;

③ 过流保护的配合级差更是长达1 – 2秒。

所以，配电系统中压母线上所发生的任何故障要延时切除。鉴于中压母线的重要地位，任何故障的延时切除，都是不愿意看到的状况。因为开关柜内的各种故障，其短路电流所产生的电弧及其大量的高温，使柜内气体急剧膨胀，可在极短的时间内达到顶峰，严重危及人身和设备安全。

1.1 电弧光产生的原因 

引起开关柜弧光短路故障的原因很多，主要有：绝缘故障、载流回路不良、外来物体的进入、人为操作错误、系统改变或故障等。 

1.2 电弧光的能量

开关柜发生内部弧光故障产生的短路功率可高达8～60 MW，所产生的能量与电弧的燃烧时间、短路电流的平方值、柜体几何尺寸以及所使用的材料等因素有关，其中最主要的因素是短路故障电流及电弧燃烧的时间，电弧能量与有关电弧燃烧的时间的关系如图所示。从图中可以看出，电弧燃烧持续时间超过100 ms ，所释放的能量开始急剧增加，接着各种故障效应对开关设备的电缆、铜排以及钢材造成严重损坏.

以下为国外的资料介绍的各种燃弧时间下对设备造成的损坏程度：

① 35ms没有显著的损坏，一般可以在检验绝缘电阻后投入使用；

② 100ms损坏较小，在开关柜再次投入运行之前需要进行清洁或可能的某些小的修理；

③ 500ms设备损坏很严重，在现场的人员也受到严重的伤害，必须更换部分设备才可以再投入运行。

1.3电弧光对人员的伤害

电弧光发生时产生的高温，灼烧人员皮肤；强光刺伤眼睛；强电侵害肌肉、神经；爆破压力造成人员的坠落及碎片飞射；爆破音造成人员的耳膜、内脏震动损伤；毒气伤害人员呼吸系统。

1.4电弧光对设备的伤害

电弧光发生时产生的大量气体，其压力波可造成盘体变形、破碎；电弧可使铜排气化的体积膨胀，空气因高温而膨胀；爆破音造成盘内强烈震动，使固定元件松脱。高温可造成电缆在100ms内燃烧、及所有绝缘材料的燃烧，造成铜排、铝在150ms内燃烧熔毁气化，并产生大量的浓黑有毒的烟气，这些含有大量碳黑烟气将迅速扩散至整段母线和开关柜，造成所有一次和二次设备表面的严重污染，使得绝缘电阻为零。

由于开关柜为刚性连接，结构紧凑，空间有限，使得任何方式的清理工作，都将是耗时，费力的。更不用说受损设备的更换了。最为重要的是整段母线的停役，给全厂带来的经济损失将是无法估量的。同时要想使设备的绝缘完全恢复到原来的水平几乎是不可能的。

母线电弧光保护系统使用电弧光探头监测电弧光信号，配合过流判断故障，其整组动作时间小于20ms，加上断路器35-60ms的跳闸时间，能有效保护开关设备，是目前动作最快的电弧光保护系统，是中压开关柜内部故障保护的最佳解决方案。

【二】、KML820G母线电弧光保护装置特点

n 整组动作跳闸出口快；

n 采用过流和弧光做判据，动作可靠；

n 持续全面的自检功能；

n 可按各种跳闸逻辑灵活编程；

n 安装简便灵活。

【三】、母线电弧光保护系统组成

3.1 主控单元 （KML820G）

主控单元采用嵌入式安装方式，可测量1组电流，8路弧光，具有2路继电器输出，2路开关量输入；主控单元将自身检测到的数据信息及采集器传来的数据信息进行集中处理、判断，发出跳闸信号以切除故障。该系统弧光单判据与弧光电流双判据可选。

3.2弧光传感器 （KML820G-C）

弧光传感器安装在开关柜内各间隔中，可实现由简单到复杂，有选择性的保护。弧光传感器作为光感应元件（有效光信号为紫外光），在发生弧光故障时检测突然增加的光强，并将模拟光信号传给弧光采集单元或直接传给主控主机单元。

弧光传感器安装在开关柜中，弧光传感器采集到弧光信号通过光纤传回主控单元，由主控单元做出判断是否发出跳闸指令。

3.3电流采集

电流采集器安装在设备主机上，可测量3相电流采样，电流采集器采集到故障信号传回主控单元，由主控单元做出判断是否发出跳闸指令。

【四】、工作原理

4.1 电弧光保护原理示意图 

弧光保护系统通过检测开关柜内部的弧光和电流来判断是否发生故障。其判断原理如下图所示：

4.2 弧光保护与一般过流保护比较 

有效降低电弧光伤害的方法是以最快的速度切断故障电源。弧光保护能快速检测弧光的出现，将它的燃弧时间减到最少，从而减少设备财产的损失，保护工作人员的人身安全。

【五】、技术参数

【六】、面板效果及背面端子和开孔图

6.1主控单元面板图、接线端子图及开孔图

面板图

俯视图

开孔图  （150*70mm）

     主机背面端子图  

6.2  KML820G主控单元原理图

【七】、弧光传感器安装说明

探头开孔尺寸：∮13

弧光探头的安装原则：使开关柜内的母线尽可能的在探头的监视之下，建议使用推荐的安装位置。如下图：

弧光探头开孔安装示意图

主控单元采用汉化菜单，液晶显示，人机界面友好；故障显示、故障报告、时间调整、继电器状态等均可以在面板上完成，使调试、运行、维护都很方便。

Ø 8.1主控单元面板

【1.1】显示器：由一个液晶显示屏构成。是实现人机交互的窗口，我们可以通过显示器来获得主控单元的状态信息。

【1.2】用于移动光标和加减数据，在主界面如果有故障或自检异常发生按键进入查询报告记录界面查看；按键进入电流界面查看。

【1.3】“”：为确认键，菜单选择确认，或修改参数值确认。

【1.4】“”：退出本级菜单，返回上一级菜单。

【九】、订货须知

n 用户选用KML820G电弧光保护系统时，请提供相应说明及保护跳闸逻辑；

n 提供一次方案图；

n 产品名称、型号及数量（参照命名方式及意义），特殊功能请注明；

n 输入电源：AC:220V±10%  DC:110V/220V；

n 光纤长度；

n 【十】、服务及质量保证

n 产品保质期为一年；产品终身维修。

Ø 8.2主控单元面板操作流程图