一种低压电弧限制保护系统的介绍

一种低压电弧限制保护系统的介绍

王小红

王小红

中国海诚工程科技有限公司上海201900

摘要：介绍一种低压电弧限制保护系统的功能及运用

关键字：选择性保护；电弧；微处理器电子脱扣器；电弧能量限制

随着国民经济和城市化建设的快速发展，我国电网容量呈现出高速增长态势，作为电力系统重要的成套开关设备应用也呈现迅速增长。电弧是造成低压设备和操作人员安全事故的主要原因，尤其在带电操作维护低压配电设备时操作工的人身安全更多依赖于被动的个人防护及设备的机械防护。国内目前对于主动降低故障条件下的燃弧能量的讨论不多，本文介绍一种低压断路器保护实现的电弧限制技术，降低弧光以达到主动降低电弧对设备及其人员的伤害的目的。

限制电弧能量的关键是减少弧闪持续时间，电弧闪光事件持续时间越短，释放的能量越少，对于附近的人员造成的危险就越小。然而大多数电气设计都会让上下级断路器之间保护具有选择性，设置上游保护装置的故障动作延时或者整定较大的故障动作电流，下游保护产品设置较低的动作电流及较短的动作时间。这样的设置是为了在故障发生的情况下，下级断路器首先保护开断而不影响上级断路器正常运行，最大限度地减少受电力故障引起的电力中断负载数量。在重要的供电场合，在故障发生后的维修期间，维修电工也通常倾向于断开最接近故障点的保护装置以减少停电面积。

然而，这样的设置和操作造成了上下级保护装置之间发生故障时电弧燃烧时间长的风险，例如当上下两级保护装置之间发生短路故障，下游保护装置由于故障点在前端根本不会动作，而上游保护装置整定了较大的动作电流及延迟动作时间，将导致电弧持续时间较长，产生巨大有电弧能量爆发，带来火灾及人员伤害等风险。

良好的电气设计和训练有素的操作电工可以使用各种工具快速中断弧闪，比如：具有闪弧限制的系统设置或实现快速分断的保护装置。具有闪弧限制或快速分断的馈线保护装置使技术人员能够在操作带电设备时暂时禁用上游的保护延迟，以便缩短闪弧事件的时间并限制它们释放的能量。

现代低压框架断路器通常装备使用微处理器电子脱扣器，以实现各种复杂的脱扣曲线设置和选择性保护。完整的过程包括故障电流的数据采样，通信，计算&逻辑判断，动作指令输出等步骤，执行相应步骤的程序代码会导致脱扣时间延迟，尤其是在断路器闭合故障回路时需要等待微处理器通电启动完成才能执行相应保护。但是，电弧闪光保护系统必须要求断开速度，甚至要超过断路器的正常瞬时断开时间，这就要求限制电弧能量的断路器需要直接经由旁路的高速模拟电路直接执行脱扣指令，绕过断路器数字化时间延迟。

图1不带弧光保护的分断时间图2带弧光保护的分断时间

通常ZSI区域选择性联锁可以实现一定程度的电弧能量限制，优势在于它无需在维护前激活维护模式提供了自动操作的可能，但它不能电弧能量降低到最理想的程度。

通过在上游主馈线断路器和下游馈线断路器之间互连“使能/禁止”信号。如果短路故障发生在下游线断路器的保护回路，下游断路器向上游通信节点发送“禁止”信号，告诉上游断路器等待并允许下游断路器清除故障。此时上游主断路器将保持时间延迟并在故障期间不动作。如果在上下游断路器之间发生故障，下游断路器没有检测到任何故障电流，那么它也不会向上游节点发送“禁止”信号，因此上游断路器将绕过内部时间延迟并瞬间跳闸。快速的开断决策一定程度上减小了两级断路器之间发生的故障时释放的电弧能量，但是由于通信和代码执行逻辑判断的延时，电弧能量可能还是达到危险的水平。而且一些断路器制造商在提供手动开启维护模式时会禁用ZSI信号，这将导致上游断路器在故障期间按照本地设置参数正常跳闸，无法保证通过ZSI实现的电弧能量降低。更好的方法是综合ZSI和真正的电弧降低的保护系统，该系统利用断路器的旁路模拟电路，实现快速脱跳闸。

下面介绍2种成熟的断路器限制电弧能量快速分断技术，可以极大程度的降低电弧能量。

1.施耐德Masterpact框架断路器的自保护脱扣功能

DINF（make-currentrelease）是Masterpact的电子脱扣器的一种脱扣功能，当负载侧已经发生短路，断路器在闭合电流超过预定值时，使断路器在闭合操作中不受任何故意的延时而快速打开，当断路器处于闭合位置时失效。

DIN功能在Masterpact断路器处于闭合状态时，当故障电流大于断路器的最大热限时将不受任何故意延时快速打开，限制电弧释放，保护断路器本身及设备和人员安全。

图3DIN是MasterpactMTH2、H3和L1断路器的标准配置

在接通短路时，Masterpact断路器的内部机械部件尚在运动中，断路器实际承受电弧的能力也较低，断路器将在大约11毫秒切换到DIN状态脱扣，保证快速熄灭电弧。

DIN/DINF的典型功能&应用：

?当闭合非常高的故障电流时，当断路器开始闭合操作时，DINF功能打开。

?根据闭合和闭锁断路器的性能设置符合DINF保护等级（如：90kA峰值）。

?在断路器闭合过程中，配重部件将自动产生相应延时，主电路建立后，DINF将在11ms后改变状态。

?DINF切换到DIN模式，根据电动断路器的承受能力设定保护水平（例如：190kA峰值）。

2.EATON公司ARMS?闪弧限制维护系统

EATON公司装备了ARMS?的断路器可以降低闪弧导到的安全风险，并减少停机时间

ARMS?断路器配备了一个维护开关，操作电工可以在断路器本身或远程上激活该开关。

当这个模式被激活，断路器脱扣器切换到模拟电路，以提高反应时间。如果发生短路事故

开断时间被限制在40ms以内，电弧能量的量会大大减少（至1/5甚至更少），相比大多数框架断路器需要100-150ms才能完全断开。

如图4所示的典型应用，如果塑壳断路器需要维修，有2个选项：1.可以对断路器进行现场维修。2.也可以通过NRX系列切断电源，从而切断所有电路的电源。

通过ARMS，操作电工可以激活框架断路器的维护模式并带电实时维护塑壳断路器，而无需关闭所有电路，当系统出现故障时，NRX系列产品可以更快地跳闸，减少电弧闪烁量，为维修人员提供最大限度的保护。

ARMS的激活可以在本地或远程执行。通过脱扣单元中的一个触点外接的蓝色指示灯提供启用维护模式的指示，在维护工作完成后应当重置。通过简单的操作，ARMS可以仅在执行工作所需的时间内启用，并在正常情况下保持过电流协调。通过限制电弧闪光能量，提高人员安全，降低事故能量水平，同时也可以降低个人防护用品的要求，改善工人的舒适度和机动性。减少停机时间也可以因此减小，因为工人可以排除下游设备故障，而不需要切断整个电路的电源，一旦发生故障，设备损坏有限，用户可以在短时间内重新充电。

图4装备EATON闪弧限制维护系统的NRX断路器

借助ARMS技术，EATON公司提供完整的行业闪弧分析，操作人员安全培训，电气系统优化设计等综合服务。施耐德公司在DIN/DINF通过快速分断可极大限制故障电弧能量，并且考虑了极限情况下的快速分断，本质上更完善保证在闭合短路时的出最大热限时电弧控制表现。可以为国内的设备供应商提供参考，并满足重要行业的电弧抑制的更高需求。

参考文献：

[1]编委会.钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2007

[2]翁双安.供配电工程设计指导[M].北京：机械工业出版社，2008

[3]工厂常用电气设备手册[M].2版.北京：中国电力出版社，1997

[4]DaveG.Loucks.Arcflashsafetywhitepaper.USA：EATONCo.，199e

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其中车联网的市场潜力普遍被外界看好。目前最先进的无人驾驶，也只达到了L2级的水平，非真正意义上的无人驾驶技术。要实现L4以上级别真正意义上的无人驾驶，需要车辆像人一样具有“环境感知、分析决策、行动控制”这三个功能，这就需要5G通信网络的支持。URLLC应用场景是自动驾驶达到极致安全和99.999%可靠性的必要手段。

3.mMTC（MassiveMachineTypeCommunications）海量机械通讯

万物互联下，我们依靠身边的各类传感器和终端能构建一个智能话的生活。在这个场景下，数据的速率较低，而且时延要求也不高，布局的终端成本会更加低，同时要求有长续航和可靠性，基础设施可被移动宽带连接起来，比如路灯、水表、垃圾桶，城市的管理者可以精确地知道每个基础设施的状态，比如路灯哪一盏坏了，水管哪一段漏了，垃圾桶哪一个满了，这对提高城市的运行效率和方便人们生活来说，意义重大。

四、结束语

综上所述，5G移动通信技术以其高带宽、低时延、高可靠性等特点，能同时支持高带宽、高可靠低时延和长续航低功耗等多种通信需求。2019年6月6日，工信部给中国移动、中国电信、中国联通及中国广电等4家企业正式发放了5G商业牌照，标着着我国将正式迈入5G网络时代。5G时代的到来将极大提升我们的社会效率，并给各个产业带来新的机遇、新的发展。

参考文献：

[1]唐赞淞.5G移动通信技术应用及其发展前景探索[J].中国新通信，2017，01.

[2]宣以所.5G移动通信发展趋势与若干关键技术应用研究[J].信息与电脑（理论版），2017（7）.

[3]宋刚.面向5G移动通信技术的射频关键技术研究[J].中国高新技术企业，2017（8）.

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图形和商业化标准两者之间的契合度。而在这个时候，广告招贴在进入到社会中后，能够为人们提供更多的优质广告内容，同时也进一步提升了广告招贴的效益。现阶段，随着人们的生活质量的不断提升，无论是销售企业还是消费者，对于广告质量均提出了更高的要求，不仅要确保所传播的产品信息的准确性，更要确保能够带给摁强烈的视觉冲击力。将图形创意应用于广告招贴设计当中，充分的体现出了广告主旨的创新性，并且广告结构也具备了新颖化的特征，在这种情况下，才有有更多的消费者关注商家的产品，进而提升经济效益。由此我们不难看出，设计人员将图形创意应用于广告招贴设计当中的关键就是要充分的体现出新颖性的特征，进而达到更高的设计效果。

结语：综上所述，当前随着社会的快速发展，人们的审美水平得到了进一步的提升，对于视觉传达设计提出了更高的要求。将图形创意应用于视觉传达设计当中，赋予了作品更高的艺术价值。本文着重探讨了图像创意在包装设计、标志设计以及广告设计中的应用，希望能够为广大设计人员起到一定的参考作用，旨在设计出更多优秀作品。

参考文献：

[1]衣长存.图形创意在海报设计中的信息传达[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2016.

[2]高海燕.图形创意中解构思维的应用研究[D].株洲：湖南工业大学，2018.

[3]孟春玲.中国“传统图形创意设计”在现代平面设计中的运用研究[D].长沙：湖南师范大学，2017.

[4]何川.新媒体时代下视觉传达设计发展趋势分析[J].新闻研究导刊.2018（12）.