一、概述

1.1電弧光的產(chǎn)生

電弧光是由電弧性短路起火的現(xiàn)象。

電焊焊接的時(shí)候發(fā)出的是電弧光， 弧光中有大量的紫外線(xiàn)等對(duì)人體有害的光波。電焊工由于職業(yè)原因，工作條件非常惡劣，焊接時(shí)產(chǎn)生大量的煙霧和粉塵，對(duì)人體非常有害。同時(shí)弧光對(duì)人的皮膚和眼睛同樣產(chǎn)生危害，導(dǎo)致皮膚老化等。還有焊接電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)人體也是有害的。

二、電弧光的參數(shù)和危害

2.1電弧光的參數(shù)

關(guān)于電弧光的參數(shù)，可以從功率、溫度、電壓和光照強(qiáng)度幾個(gè)方面來(lái)分析。首先在功率上，電弧光在產(chǎn)生的過(guò)程中，其可以達(dá)到的大瞬時(shí)功率為40MW。整個(gè)弧光生成中設(shè)備內(nèi)部的溫度可以達(dá)到1×104℃～2×104℃，而在產(chǎn)生和結(jié)束的瞬間，其溫度可以達(dá)到4500℃。此外，弧光的大電壓可以達(dá)到500V～1000V，弧光的光照強(qiáng)度可達(dá)正常光照強(qiáng)度的2000倍。

2.2電弧光的危害

從電弧光的參數(shù)來(lái)看，其溫度、電壓和光照強(qiáng)度都超出正常范圍，尤其是在電弧光的溫度上，其溫度是太陽(yáng)溫度的2倍，這么高的溫度會(huì)使得接線(xiàn)銅排、鋁排等融化損壞，引起電纜和電纜包覆層著火。同時(shí)，過(guò)大的壓強(qiáng)可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)設(shè)備爆炸，從而產(chǎn)生大量有害氣體，威脅人體健康。另外，在壓力過(guò)大和溫度過(guò)高的環(huán)境下，事故頻發(fā)，人員傷亡概率提升。在煤礦行業(yè)，由于大部分作業(yè)是在井下環(huán)境中進(jìn)行，工作環(huán)境十分惡劣，溫度高且本身就有有害氣體的存在，如果由于電弧光溫度和電壓、功率導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障或者爆炸事故，便會(huì)提高作業(yè)的危險(xiǎn)性，使人員和設(shè)備材料受到損害，給煤礦企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

三、現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)電弧光保護(hù)技術(shù)發(fā)展

2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

關(guān)于設(shè)備內(nèi)部電弧光出現(xiàn)的故障問(wèn)題，隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的原因除了有電磁效應(yīng)外，還有聲波、光熱效應(yīng)和壓力等的影響。所以近幾年來(lái)中國(guó)根據(jù)故障原因分析結(jié)果，研究開(kāi)發(fā)了不同故障引起的電弧光檢測(cè)保護(hù)裝置，通過(guò)電弧光檢測(cè)，有效解決了過(guò)去電弧光保護(hù)反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)的問(wèn)題。

電弧光保護(hù)裝置在煤礦行業(yè)高壓開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用，主要是在開(kāi)關(guān)柜不同的單元中設(shè)置壓力傳感器，這樣通過(guò)壓力檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的故障問(wèn)題，然后使故障電流供電的斷路器跳閘，避免故障電流流通；有的是根據(jù)電弧 。

光的溫度熱量效應(yīng)，設(shè)置了符合電弧光特性和運(yùn)作機(jī)理的繼電器，像金屬絲電弧光繼電器，就被廣泛應(yīng)用到煤礦高壓開(kāi)關(guān)柜中；有的是利用電弧光產(chǎn)生的電磁能量設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置，例如單向電流電弧保護(hù)裝置、電弧接地保護(hù)裝置等；有的則是利用電弧光的聲波、光照和壓力效應(yīng)以及電流組合來(lái)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)；還有的通過(guò)對(duì)絕緣失效的早期信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并設(shè)置保護(hù)裝置，可以通過(guò)檢測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜中臭氧的體積分?jǐn)?shù)來(lái)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。在中國(guó)傳感器的研究開(kāi)發(fā)上，針對(duì)電弧光參數(shù)和危害所形成的光纖傳感器是一種有效的保護(hù)裝置，該裝置具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、電絕緣性好和靈敏度高的特點(diǎn)，對(duì)信號(hào)具有很強(qiáng)的敏感反應(yīng)能力和傳輸作用。尤其是在煤礦行業(yè)，在中低壓環(huán)境中，受到外界復(fù)雜環(huán)境因素的影響，開(kāi)關(guān)柜受到的電弧光電磁能量干擾很強(qiáng)，而光纖傳感器則能憑借其抗電磁能力高和電絕緣性能好的優(yōu)點(diǎn)顯示出獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不僅可以對(duì)電弧光進(jìn)行有效檢測(cè)，還可以對(duì)整個(gè)煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)起到有效的電弧光保護(hù)作用。

四、常用的電弧光保護(hù)措施

電弧光對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)造成的故障損害程度主要與故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)對(duì)故障的敏感性和反應(yīng)能力有關(guān)。也就是說(shuō)，電弧光故障電流能否被及時(shí)切斷關(guān)系著電弧光引起的故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的損害程度。一般來(lái)說(shuō)，只有總的切除時(shí)間在85ms及以下時(shí)才能使設(shè)備不受到損害，而超過(guò)這一特定值就可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害，尤其當(dāng)整體切除時(shí)間超過(guò)100ms之后，便會(huì)對(duì)設(shè)備造成很大程度的損壞。為了避免中低壓母線(xiàn)受到損害，進(jìn)而影響內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行，目前主要采取的保護(hù)措施如下：

a)設(shè)置電弧光變壓器后背過(guò)流保護(hù)措施，一般規(guī)定的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間為1.2s～1.4s；

b)設(shè)置饋線(xiàn)速斷保護(hù)閉鎖的變壓器后背過(guò)流保護(hù)措施，該保護(hù)措施對(duì)電弧光故障電流的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間為300ms～400ms；

c)設(shè)置高阻抗保護(hù)措施，對(duì)故障電流的保護(hù)反應(yīng)時(shí)間在35ms～60ms之間。從這些保護(hù)措施上來(lái)看，目前關(guān)于中低壓母線(xiàn)的電弧光保護(hù)還有很大的進(jìn)步優(yōu)化空間，因?yàn)榍皟煞N保護(hù)措施保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，也就是對(duì)故障電流的總切除時(shí)間肯定超過(guò)了100ms，反應(yīng)保護(hù)時(shí)間太長(zhǎng)，所起到的保護(hù)作用很??；后一種保護(hù)措施雖然反應(yīng)保護(hù)時(shí)間在規(guī)定的理想范圍之內(nèi)，但是其保護(hù)范圍卻又受到CT安裝位置的限制，所以不僅安裝不方便，而且在保護(hù)時(shí)并不能延展其保護(hù)范圍，材料成本比較高。

五、弧光保護(hù)裝置的實(shí)施方案和裝置安裝

在煤礦行業(yè)中，對(duì)于其開(kāi)關(guān)柜中電弧光保護(hù)裝置的技術(shù)方案，需要結(jié)合不同煤礦的特點(diǎn)，尤其是煤礦開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)保護(hù)的現(xiàn)狀、各自母線(xiàn)故障發(fā)生的規(guī)律以及各個(gè)煤礦的負(fù)荷來(lái)制訂，使得電弧光保護(hù)裝置可以滿(mǎn)足煤礦配電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)，然后再進(jìn)行有效的計(jì)算分析。

下面結(jié)合A煤礦技術(shù)實(shí)施方案對(duì)電弧光保護(hù)裝置的實(shí)施進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。在該方案中，電弧光保護(hù)裝置安裝在6kV進(jìn)線(xiàn)柜中，每一臺(tái)裝置采集所在進(jìn)線(xiàn)柜的三相電流和跳閘信號(hào)，主要對(duì)進(jìn)線(xiàn)柜進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和相鄰的母聯(lián)開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集。同時(shí)，電弧光光纖傳感器安裝在每一個(gè)開(kāi)關(guān)柜的母線(xiàn)室壁上，目的是對(duì)母線(xiàn)系統(tǒng)，包括主母線(xiàn)和各條分支母線(xiàn)進(jìn)行監(jiān)督控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)母線(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題并加以解決。此外，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置主要利用的是以太網(wǎng)。在該技術(shù)方案中，電弧光保護(hù)裝置可完成信息的采集、計(jì)算和顯示、通訊以及跳閘、保護(hù)和異常信號(hào)檢測(cè)等，可以進(jìn)行靈活的插件選配，根據(jù)應(yīng)用需要形成電弧光保護(hù)系統(tǒng)。其中，光纖傳感器除了可以進(jìn)行電流信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸和采集之外，還可以作為光感應(yīng)元件，當(dāng)電弧光由于光照強(qiáng)度過(guò)大而出現(xiàn)故障時(shí)或者在檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)突然增強(qiáng)的光照時(shí)，便能將模擬信號(hào)傳輸給電弧光保護(hù)裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置設(shè)備的保護(hù)。