什么是电弧光保护？

什么是弧光放电？

当两电极间电压升高时，在电极最近处空气中的正负离子被电场加速，在移动的过程中与其它空气分子碰撞产生新的离子，这种离子大量增加的现象称为“电离”。空气被电离的同时，温度随之急剧上升产生电弧，这种放电称为弧光放电。弧光放电一般不需要很高的电压，属于低电压大电流放电。

弧光放电产生的条件是小间隙和大电流，如果增加间隙或减小电流，电弧将会消失。

电弧光是怎样形成的？

电弧性短路起火：如将两电极接触后再拉开建立了电弧，则维持此10mm 长的电弧只需20V 的电压。也就是说只要先接触，之后又分开，很可能产生局部温度很高的电弧而成为起火源。按电弧发生的不同部分可分为带电导体间的电弧、带电导体与地之间的电弧和绝缘表面的爬电。

带电导体间的电弧性短路起火：短路起火时有两种可能，其一是两导体（如相线与中性线）接触时因短路电流产生的高温，使接触点金属熔化，之后金属熔化成团收缩而脱离接触的过程，在这种情况下可能建立电弧。“又如线路绝缘水平严重下降，雷电产生的瞬态过电压或电网故障产生的暂态过电压都可能击穿劣化的线路绝缘而建立电弧。”“电弧性短路的起火危险远大于上述金属性短路的起火危险。”

接地故障电弧起火：由于“接地故障发生的几率远大于带电导体间的短路”，所以“接地故障电弧引起的火灾远多于带电导体间的电弧火灾”。这是因为“在电气线路施工中，穿钢管拉电线时带电导体绝缘外皮之间并无因相对运动而产生的摩擦，但带电导体绝缘外皮与钢管间的摩擦却使绝缘摩薄或受损。另外，发生雷击时地面上出现瞬变电磁场，它对电气线路将感应瞬态过电压”，此时“芯线上感应的瞬态过电压是基本相同的，而电缆梯架则因接地而为地电压”，所以，芯线对地的电位差较大。从摩损和电位差大两方面分析，接地故障电弧起火率自然偏高。

爬电起火：爬电是指电弧不是建立在空气间隙中的电弧，而是出现在设备绝缘表面上的电弧。例如电源插头的绝缘表面上的一个或多个相线插脚和PE线插脚，它们之间的绝缘表面可能发生爬电。

电弧光在中、低压开关柜内产生的主要因素是什么？

使用了不良性能的导电体

绝缘材料的损坏（包括：裂痕，进水，老化等）

人体或其他物品意外地接触到带电的物品

操作过程中的失误或者设计或安装错误

元件损坏，没有良好的维修和保养设备

过电压

电网结构的改变（系统容量增大、电缆应用增多）

电弧光的危害

开关设备内部间隔发生故障而产生的电弧光会造成开关设备中的压力和温度迅速增加，如不及时切除、将可能造成以下重大危害：

电弧光中心温度（相当于太阳表面温度的2~4倍，约为10000~20000°C）过高导致铜排、铝排熔毁气化；

电缆熔毁，电缆护套着火；

开关设备剧烈振动，使固定元件松脱；

使上一级变压器承受近距离短路冲击，故障电流产生的电动力可能导致变压器绕组变形引起匝间短路；

故障产生的弧光冲击波以300m/s的速度爆发，可摧毁途中的任何物质，若波及站内直流系统导致全站直流失电，将造成无法弥补的重大损失；

燃烧产生的有毒气体被人吸入会产生生命危险；

高温灼伤皮肤，强光刺伤眼睛

爆破音振损伤耳膜，肺脏；

爆炸碎片飞射，造成人员伤亡。

电弧光的监测及防护

当低压开关柜发生电弧，可以通过三种不同的设计理念保护操作人员和设备的安全：

改善设备的机械结构，使之能够承受电弧（被动保护）

设备安装限制内部电弧效应的装置（主动保护）

设备安装限流断路器

主动保护有以下两种常见的、可行的方法：1） 通过压力传感器进行监测;2） 通过弧光传感器进行监测

第一种方法（采用压力传感器作为电弧光探测单元）压力波是装置内出现电弧事故的效应之一，它将在电弧出现后的10-15毫秒后出现，可以安装一些压力传感器用于探测压力峰值。当内部的压力达到设定值时，电弧监测装置发出动作指令，控制开关器件动作。但是要预先确定电弧在柜内产生的过压值并非易事。

第二种方法（采用光纤传感器作为电弧光探测单元）弧光监测器的操作逻辑如下：电弧现象会产生强烈的光辐射，因此柜体内出现的弧光可以被弧光传感器探测到。当弧光监控系统探测到故障，会发出动作信号给断路器。这种方法的探测反应时间仅为1毫秒。弧光传感器分为可分为电流型和光纤性（可见光和紫外光），其中支持可见光的弧光传感器有UTU，ABB；支持可见光和紫外光传感器比善科技arcsenor系列弧光传感器,五石金HG系列传感器。

中性点非有效接地方式主要可分为以下三种：不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地。

中性点有效接地

我国110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式（在实际运行中，为降低单相接地电流，可使部分变压器采用不接地方式），这样中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，漏电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。因此，大电流接地系统可使整个系统设备绝缘要求水平降低，从而大幅降低造价。

中性点非有效接地

6～35kV配电网一般采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。近几年来两网改造，使中、小城市6～35kV配电网电容电流有很大的增加，如不采取有效措施，将危及配电网的安全运行。

中性点经小电阻接地方式世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性，而采用此种方式，用以泄放线路上的过剩电荷，来限制此种过电压。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。

优缺点：

1.系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。

2.接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路。

3.由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。

4.当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。

中性点消弧线圈接地

中性点经消弧线圈接地方式

1916年发明了消弧线圈，并于1917年首台在德国Pleidelshein电厂投运至今，已有86年的历史，运行经验表明，其广泛适用于中压电网，在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式，显著提高了中压电网的安全经济运行水平。

采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式。

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