CN204068219U - 一种电气柜弧光保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种电气柜弧光保护装置，属于电气保护设备领域。该装置包括弧光传感器、声音传感器，所述弧光传感器设置于电气柜内壁，声音传感器设置于电气柜内密闭位置，电流传感器设置在与母线连接的变压器后和电气柜内壁，所述弧光传感器连接着弧光采集器，所述电流传感器连接着电流采集器，所述声音传感器连接着声音采集器，所述弧光采集器、电流采集器以及声音采集器分别连接着智能信号处理器。本装置能够防止误检测，能够避免因弧光引起的火灾导致的各种人生或财产损失。

Description

一种电气柜弧光保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种弧光保护装置，特别涉及一种电气柜弧光保护装置，属于电气保护设备领域。 

背景技术

目前，国内35kV及以下电压等级的变电所中、低压开关柜大多数采用带有较大延时的变压器后备保护来切除母线上的故障,而未装设母线保护设备。弧光短路是配电网中最严重的故障之一，尤其是发生在中、低压开关柜内部的情形,由于电弧电阻的原因，短路电流往往达不到过电流、速断整定值而不能快速动作切断故障。开关柜的弧光短路故障若不能及时清除，发展为中压母线故障,将可能造成重要用户停电,甚至多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”事故，主变压器由于遭受外部短路电流冲击也可能损坏。因此，在变电所中、低压开关柜内采取电弧光保护措施，快速检测事故发生时产生的弧光并及时切除故障，将会避免或降低故障引起的经济损失，在这种背景下，电弧光保护系统在我国电力系统中的应用开始加速发展。 

电弧产生的能量可高达8 ~ 60MW，它主要与电弧的燃烧时间以及短路电流的平方值成正比，其它因素则包括柜体几何尺寸以及所使用的材料等等。电弧燃烧持续时间超过100ms，所释放的能量开始急剧增加，大约150ms左右电缆开始燃烧，200ms左右铜排燃烧，到了250ms左右（开关柜）钢材开始燃烧。目前，国内开关柜基本按照IEC-298国际标准设计，其内部最大承受燃弧时间100ms。 

 通过利用这种以弧光为主、过电流检测为辅助检测的弧光检测设备，大幅度地降低了因弧光产生的火灾，然而，由于一些电器设备是设置在密闭或不透光的地方，在这些地方发生的电弧光，光电传感器反而难以检测到发生电弧光的现象，仍然存在一些不安全的因素，如何才能将剩余的不安全因素消除掉，是电器技术人员一直关系的问题。 

发明内容

针对一些电器设备是设置在密闭或不透光的地方，在这些地方发生的电弧光，光电传感器反而难以检测到发生电弧光的现象，仍然存在一些不安全的因素，本实用新型提供涉及一种电气柜弧光保护装置，其目的是为了提高检测弧光检测几率，降低因弧光引起的电器设备火灾等事故，降低弧光引起的损失。 

本实用新型装置的具体方案是：一种电气柜弧光保护装置，包括弧光传感器、声音传感器，所述弧光传感器设置于电气柜内壁，声音传感器设置于电气柜内密闭位置，电流传感器设置在与母线连接的变压器后和电气柜内壁，所述弧光传感器连接着弧光采集器，所述电流传感器连接着电流采集器，所述声音传感器连接着声音采集器，所述弧光采集器、电流采集器以及声音采集器分别连接着智能信号处理器，所述信号处理器通过出口继电器连接控制着断路保护器，所述弧光采集器包括光电转换放大器、所述电流采集器包括电流放大器，所述声音采集器包括声电转换放大器，所述智能信号处理器入口连接有上述光电转换放大器、电流放大器、声电转换放大器，电气柜的母线和馈线上设置有多个弧光传感器和电流传感器，所述封闭或不透光位置设置有声音传感器，所述继电器采用半导体固态继电器。 

本实用新型具有的积极效果为：本电气柜弧光保护装置中设置了声、光、电三种保护装置，在连接线路暴露在电气柜中的线路中，设置了以弧光检测为主、过电流检测为辅的光电检测方法，对检测的弧光以及过电流反馈到弧光保护装置主体，经过运算后，将要保护的信息结果传递到出口继电器中，然后切断电源，再一种保护方式主要针对弧光难以从传递到外部的封闭场所，在这些地方难以设置弧光传感器，可通过声音传感器和过电流传感器进行判断，这种情况下是以过电流为主，按照产生弧光是的声音频率，对封闭场所的弧光进行检测判断，再通过断路器切断电源，对电路进行保护，这种利用多种检测方式并行检测的方法，能够防止误检测，能够确保电器设备、周围财产以及人生安全，能够避免因弧光引起的火灾导致的各种人生或财产损失。 

附图说明

图1   本实用新型的结构示意图。 

图2   本实用新型的电路图。 

具体实施方式

为了更好的理解和实行本实用新型的技术方案，在此提供本实用新型的一些实施例，这些实施实例为了更好的解释本实用新型所述的技术方案，不构成对本实用新型的任何形式限制。 

以下参考图1 、图2 就本实用新型的具体技术方案进一步进行说明，图中，1：母线、 10：变压器、100：弧光保护装置主体、200：弧光传感器、300：主电流传感器、300a：馈线电流传感器、400：声音传感器、500：弧光采集器、500a：光电转换器、600：电流采集器、700：声音采集器、700a：声电转换器、800：智能信号处理器、900：出口继电器、1000：断路保护器、1000a：主断路保护器。 

在现有的技术中，一般都是利用弧光和电流的检测信号进行判断是否进行电路保护，但是，在实际应用当中，由于在密闭区域中发生的弧光放电，无法被设置在外面的光电传感器检测到，只能在电器线路中检测到过电流，按照现有技术的判断，只靠过电流无法准确判断是否是发生弧光，也不会使断路保护器发生动作，现有技术中以弧光信号为主，过电流信号为辅进行判断，在封闭区域发生的弧光，只能检测到过电流，如果仅仅依靠过电流结果切断电路难免会产生误判，如果不切断电路，会造成一定的漏判，会有一部分弧光故障不能检测出来，为此，在本实用新型中，除设置有以弧光检测为主、过电流检测为辅的A检测系统外，还设置了以过电流检测为主，以声音为辅的电声检测B系统，在B系统中，声音检测B 系统根据发生弧光放电时，发出的声音频率进行设定的，通过检测结果与过电流结合进行综合判断的。 

电弧光中低压保护是基于检测开关柜发生内部发出的弧光为主，此外为了防止误动作采用过流作为闭锁条件，即保护系统只有同时检测到弧光和过流时才发出跳闸指令，因而具有高速及可靠的动作性能。对于开关柜各单元室的故障总清除时间可保证在100ms以内，并留有一定的裕度。 

所述电气柜弧光保护装置主体100包括与母线连接的电源模块、与弧光传感器连接的弧光采集器500、与主电流传感器300和馈线电流传感器300a连接的电流采集器600、与声音传感器400连接的声音采集器700、与弧光采集器500、电流采集器600、声音采集器700连接的智能信号处理器800以及断路保护器1000，另外有电源模块。 

电源模块包括电气柜弧光保护装置内所用电源的变压器、A/D模式转换器等。 

在本实用新型中，母线1的电压转换成抵压的变压器10，在目前和变压器10之间连接有母线断路保护器1000a。 

所述利用光电检测的A系统和利用电声检测的B系统结合在一起能够将整个电气柜中产生的弧光全部检测出来，能够得到防患于未然。 

光波具有波粒二相性，弧光中，具有丰富的紫外线，而且是属于短波紫外线的居多，一般在波长为300~400nm范围内，本实用新型中的壶关该检测仪利用了这个特点，对弧光进行检测，这种检测传感器与一般的弧光检测仪具有检测失误少的特点，电弧光保护系统所覆盖的保护范围，是通过布置弧光传感器的物理位置来实现的，因此其覆盖范围是在开关柜内是不受限制的。此外，这种保护系统通过检测弧光信息还可以提供故障定位功能，以帮助寻找故障点并进行维修，尽快恢复供电。弧光保护系统全部采用信号隔离技术，软、硬件滤波，防雷击、屏蔽接地等一系列抗干扰措施。 

弧光传感器200内电子元件就会将光信号转换为电信号，并传递给智能信号处理器的。智能信号处理器在接收到弧光信号后，结合过电流信号经逻辑判别作用于保护装置跳闸。所述弧光检测是利用弧光传感器200与光纤维将光信号传递到弧光采集器500中，弧光传感器是一种光感应元件。 

当发生接地或相间短路故障时，因有弧光的产生并燃烧，光的强度将突然增加，弧光传感器200安装在开关柜内相关部位，监视那些脆弱而又重要部件。如：开关柜商埠母线间隔，开关柜下部CT和PT部件，电缆连接头等。在传感器的前方，其灵敏度几乎不变。而在传感器背面，灵敏度会有所下降。弧光传感器安装在开关柜各间隔室中，可实现对由简单到各种复杂接线中、低压开关柜提供有选择性的保护。弧光传感器作为光感应元件，将检测在发生弧光故障时突然增加的光强，并用采集器500将光信号转换成电流信号传送给智能信号处理器800。在弧光采集器500中有将光信号转换成电信号的光电转换器500a，然后在将电信号放大传递到智能信号处理器800中，进行智能运算，得出一个结果。 

所述智能信号处理器800内设定有弧光频率、过电流以及声音阈值。 

所述主电流传感器和300和馈线电流传感器300a在本实用新型中采用的是电流互感器，将电流信号按照一定的频度传递到电流采集器600将电信号放大，然后利用智能信号处理器800进行运算处理，同样得出结果，如果弧光频率、过电流运算结果大于判断的阈值电流值，智能信号处理器800就会通过出口继电器900，将信号传递到断路保护器1000中，切断产生弧和过电流的单元电路，防止引起火灾。采用这种原理的保护所提供动作时间为2.5～7ms，加上断路器35 ～60ms的分闸时间。 

在密封系统中由于难以设置弧光传感器的地方，或即使产生弧光现象，难以检测到密闭区域中，在靠近该区域出设置有能够检测到放电声音的声音传感器400，声音传感器检测到的信号，在声音采集器700中进行声电转换将声音信号转变成电信号的声电转换器700a，再利用放大电路放大后将信号传递到智能信号处理器800中进行处理，当处理后的数值大于阈值时，再结合过电流数值，当达到需要切断电源的数值时，智能信号处理器800将会通过出口继电器900，将切断电路的信号传递出去，将所在线路中的断路保护器1000电源切断，保护所在线路部发生火灾。所述出口继电器采用半导体固态继电器，最高速达2ms，一般为7ms；跳闸出口容量大（250V, 5A），不需通过中间继电器扩容；弧光保护单元都可以实现跳闸，具有灵活的选择性，并且也具有主跳闸功能。 

采用这种新原理的保护所提供动作时间为4.5～10ms，加上断路器35 ～60ms的分闸时间，能够确保设备以及人生的安全。 

所述智能信号处理器可以是微电脑、也可以是单片机相关元件的组合，还可以利用PLC等进行处理。 

上述描述只是围绕单个A系统或B系统进行了描述，其实在整个电气柜中，分布有多个传感器以及相关的电器元件，凡是有可能发生弧光的位置，按照传感器的检测范围设置多个传感器。同样，配置有相关的电路保护断路器，确保发生弧光区域的电路能够切断，以此保护电器设备。 

本装置中针对弧光和过电流的检测的A系统具体动作顺序如下： 

A、   电流传感器也就是电流互感器按照设定的频率对电流数值进行采集；

B、   弧光传感器检测到弧光；

C、   进行光电转换、电信号放大；

D、  智能信号处理器对采集来的光电信号、过电流信号进行运算，运算结果与阈值比较；

E、   智能信号处理器进行逻辑判断；

F、   若需要发出信号，智能信号处理器将信号发到出口继电器上，

G、  根据智能信号处理器发来的信号，对传感器相应位置进行智能断路保护，如果一半以上传感器有断路信号时，会切断主断路保护器。

本装置中针对过电流和声音检测的B系统具体动作顺序如下： 

A、    电流传感器也就是电流互感器按照设定的频率对电流数值进行采集；

B、   声音就传感器检测到弧光声音；

C、   进行声电转换、电信号放大；

D、  智能信号处理器对采集来的声电信号、过电流信号进行运算，运算结果与阈值比较；

E、   智能信号处理器进行逻辑判断；

F、   若需要发出信号，智能信号处理器将信号发到出口继电器上；

G、  根据智能信号处理器发来的信号，对传感器相应位置进行智能断路保护，如果一半以上传感器有断路信号时，会切断主断路保护器。（本实用新型中画出了一个声音传感器，其实在电气柜中应该有多个传感器）

当A系统和B系统同时检测到信号时，也就是说三种传感器同事检测到弧光信号时，系统也将按照上述A系统或B系统的逻辑判断方法，保护所在位置的电路。

本电气柜弧光保护装置中设置了声、光、电三种保护装置，在连接线路暴露在电气柜中的线路中，设置了以弧光检测为主、过电流检测为辅的光电检测方法，对检测的弧光以及过电流反馈到弧光保护装置主体，经过运算后，将要保护的信息结果传递到出口继电器中，然后切断电源，再一种保护方式主要针对弧光难以从传递到外部的封闭场所，在这些地方难以设置弧光传感器，可通过声音传感器和过电流传感器进行判断，这种情况下是以过电流为主，按照产生弧光是的声音频率，对封闭场所的弧光进行检测判断，再通过断路器切断电源，对电路进行保护，这种利用多种检测方式并行检测的方法，能够防止误检测，能够确保电器设备、周围财产以及人生安全，能够避免因火灾引起的各种人生或财产损失。 

 在以上详细介绍了本实用新型的各种具体实施例之后，本领域的普通技术人员应可清楚地了解，依据本领域的各种公知常识，根据本实用新型的思路可进行各种等同变化、等同替换或简单的修改，这些均应属于本实用新型技术方案的范围。 

Claims (4)

1.一种电气柜弧光保护装置，包括弧光传感器、声音传感器，其特征在于：所述弧光传感器设置于电气柜内壁，声音传感器设置于电气柜内密闭位置，电流传感器设置在与母线连接的变压器后和电气柜内壁，所述弧光传感器连接着弧光采集器，所述电流传感器连接着电流采集器，所述声音传感器连接着声音采集器，所述弧光采集器、电流采集器以及声音采集器分别连接着智能信号处理器，所述信号处理器通过出口继电器连接控制着断路保护器。

2.根据权利要求1所述的一种电气柜弧光保护装置，其特征在于：所述弧光采集器包括光电转换放大器、所述电流采集器包括电流放大器，所述声音采集器包括声电转换放大器，所述智能信号处理器入口连接有上述光电转换放大器、电流放大器、声电转换放大器。

3.根据权利要求1所述的一种电气柜弧光保护装置，其特征在于：电气柜的母线和馈线上设置有多个弧光传感器和电流传感器，所述封闭或不透光位置设置有声音传感器。

4.根据权利要求1所述的一种电气柜弧光保护装置，其特征在于：所述继电器采用半导体固态继电器。