故障電弧
■ 1.1什么是故障電弧
在了解故障電弧前，我們首先要清楚到底什么是電弧?
什么是電弧?電弧是指電流穿過絕緣層(含空氣)時發(fā)光的放電現(xiàn)象，在放電的同時伴有熱的產(chǎn)生，熱量可以使局部溫度迅速上升到3000度，金屬可以被融化。
生活、工作中常遇到電弧，如通、斷電源，插拔電源插頭等等。但故障電弧不同于正常電弧，其特點(diǎn)是燃弧時間長，經(jīng)常發(fā)生在不為人注意的部位?，F(xiàn)在推廣的漏電斷路器(RCD)通過檢測泄漏電流和對地剩余電流故障能有效降低一部分電氣火災(zāi)風(fēng)險。但是對于帶電導(dǎo)體之間(如：相與相之間，相與N之間)，的串聯(lián)電弧和并聯(lián)電弧所引發(fā)的電氣火災(zāi)卻無能為力;所以現(xiàn)有低壓配電(供電)網(wǎng)絡(luò)中對電弧故障引發(fā)的事故防范存在漏洞(這是國內(nèi)外業(yè)界公認(rèn)的漏洞)。電弧分為好弧(正常電弧)和壞弧(燃弧時間大于8個半波時，極易引燃周圍可燃物的電弧---稱之“壞弧”)。
■ 1.2故障電弧的分類
故障電弧根據(jù)產(chǎn)生的位置分為3類，即串聯(lián)型電弧、并聯(lián)型電弧以及接地型電弧，如圖所示。
(1)串聯(lián)型故障電弧
串聯(lián)型電弧故障往往發(fā)生在一根導(dǎo)線上，由于導(dǎo)線破損、接觸點(diǎn)松動等造成的，因為電弧相當(dāng)于一個動態(tài)電阻，再和負(fù)載串聯(lián)，其電弧電流往往小于額定電流，不會引起過流保護(hù)器動作，導(dǎo)致電弧持續(xù)存在。由于串聯(lián)電弧電流相對較小，其釋放的熱量一般不直接導(dǎo)致火災(zāi)，但是當(dāng)串聯(lián)電弧持續(xù)存在會使導(dǎo)線絕緣層碳化分解，引發(fā)危害性更大的并聯(lián)型電弧故障或是金屬性接觸短路。
(2)并聯(lián)型故障電弧
并聯(lián)型故障電弧發(fā)生在相線之間，例如當(dāng)兩相線絕緣層遭遇雷電等產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓而擊穿、因為長時間的被碳化在相線間形成碳化通路以及金屬穿刺切割相線都會產(chǎn)生并聯(lián)故障電弧。在線路阻抗較大的情況下，其電流幅值很難達(dá)到過流斷路器的動作閾值，在此期間電弧將釋放大量的熱，其迸發(fā)的火花很容易點(diǎn)燃周圍的可燃物，直接導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。
(3)接地型故障電弧
配電系統(tǒng)中，接地型故障電弧引起的火災(zāi)遠(yuǎn)多于串并聯(lián)型故障電弧引起的火災(zāi)，這是因為接地型故障電弧發(fā)生概率遠(yuǎn)大于串并聯(lián)型故障電弧。例如，在電氣線路施工中，線路的絕緣外皮在穿鋼管拉電纜電線時，很容易因為摩擦導(dǎo)致其破損;又比如，線路對地的絕緣性能會長期受雷電或電源的過電壓沖擊而下降，這些都大大增加了接地故障電弧發(fā)生幾率。其根本原因在于，配電線路導(dǎo)線間的絕緣水平往往高于線路對地的絕緣水平。
雖然接地型故障電弧導(dǎo)致火災(zāi)的危害最大，但是因為是相線與地之間的電弧故障，會產(chǎn)生剩余電流，漏電斷路器對其有很好的防范作用。而傳統(tǒng)斷路器對串并聯(lián)電弧故障引起的火災(zāi)難以防范，使得防范該類電氣故障成為了國際消防領(lǐng)域需要突破的難點(diǎn)。
■ 1.3故障電弧的預(yù)防與監(jiān)控
對預(yù)防故障電弧的產(chǎn)生，目前沒有相對有效可靠的方法。究其原因，故障電弧大多是由設(shè)備老化、線路絕緣層破損及連接松動等因素所引起的。這些隱患一般藏于設(shè)備外殼、墻體或敷管橋架內(nèi)，肉眼不易察覺，定期檢修成本巨大;而如連接松動等現(xiàn)象又具有隨機(jī)性，因此無法做到有效的預(yù)防。
那無法預(yù)防故障電弧的產(chǎn)生，我們就對故障電弧束手無策了嗎?答案顯然是否定的。
根據(jù)故障電弧的產(chǎn)生原理可以發(fā)現(xiàn)一個特點(diǎn)：故障電弧的持續(xù)時間長。利用這個特性，就可對故障電弧進(jìn)行監(jiān)控，在故障電弧發(fā)生之后，及時切斷電源或報警，以達(dá)到消除故障電弧隱患的目的。
故障電弧探測器
■ 2.1故障電弧探測器的歷史發(fā)展
由于故障電弧所造成的巨大危害，早在上世紀(jì)30年代，國外，特別是歐美等發(fā)達(dá)國家通過建立電弧的數(shù)學(xué)模型對故障電弧的特性進(jìn)行了不斷深入的理論研究。到了上世紀(jì)90年代，一些科學(xué)家通過故障電弧點(diǎn)附近常常伴隨著聲、光、熱、電磁輻射和壓力等物理現(xiàn)象，利用溫度、聲音、光敏及壓力等傳感器，制作了故障電弧檢測系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)主要用于防范低壓開關(guān)柜中的故障電弧，對于配電線路中發(fā)生的故障電弧，由于其電流較小，物理現(xiàn)象微弱，而且燃弧位置難以預(yù)測，這些特點(diǎn)大大增加了低壓配電線路中故障電弧檢測的難度。
隨著研究的深入，相關(guān)專家發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障電弧時，線路中的電流、電壓波形會相應(yīng)變化，因此開始轉(zhuǎn)向了對電弧電流、電壓的檢測技術(shù)的研究。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在電弧探測裝置的開發(fā)方面也取得了較大的突破，特別是1999年美國率先頒布了用于規(guī)范AFCI產(chǎn)品(電弧故障斷路器,ArcFaultCircuitInterrupt)的UL1699標(biāo)準(zhǔn)以來，極大的推動了電弧故障檢測技術(shù)的發(fā)展。
在我國，2014年國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB14287.4《電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)第4部分：故障電弧探測器》、JB/T11681《電弧故障檢測裝置(AFDD)的一般要求》相繼發(fā)布，極大的促進(jìn)了國內(nèi)對于故障電弧監(jiān)控裝置的研究發(fā)展，加快了該類產(chǎn)品的市場推進(jìn)步伐，完善了我國在電氣防火領(lǐng)域的監(jiān)控部署。
■ 2.2故障電弧探測器的一般應(yīng)用
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)條文的規(guī)定及要求，當(dāng)前的故障電弧探測器的一般應(yīng)用在線路長度小于100米的照明線路中。但隨著故障電弧探測技術(shù)的不斷實(shí)踐、發(fā)展，其應(yīng)用場合將會不斷的擴(kuò)大，包括各類動力線路、家庭配電線路、公共設(shè)施供電線路等是未來的應(yīng)用對象。
■ LAFD201型故障電弧探測器
LAFD201型故障電弧探測器，產(chǎn)品遵循國標(biāo)GB14287.4-2014：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第四部分-故障電弧探測器。故障電弧探測器可以對所測線路中的故障電弧(故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進(jìn)行有效的監(jiān)測和區(qū)分，當(dāng)檢測到線路中存在引起火災(zāi)的故障電弧時，進(jìn)行現(xiàn)場聲光報警，并將故障電弧信號傳輸至電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)預(yù)警火災(zāi)發(fā)生的目的。故障電弧探測器適用于有幾率發(fā)生電氣火災(zāi)的商業(yè)建筑、賓館、工廠、庫房、圖書館、辦公室、家庭住宅、娛樂場所、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛至各行業(yè)。
產(chǎn)品特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)
■ 故障電弧探測器能夠監(jiān)測線路中串、并聯(lián)故障電弧，發(fā)出現(xiàn)場聲光報警，同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過二總線通知電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。如果監(jiān)控現(xiàn)場沒有電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，故障電弧探測器也可以獨(dú)立工作，同時也可以配接智能數(shù)據(jù)傳輸單元，通過無線傳輸模式將數(shù)據(jù)共享于智能管控云平臺大數(shù)據(jù)終端，同時可推送到手機(jī)微信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)客戶端，以便于管理人員在第一時間得到及時可靠的故障電弧預(yù)警信息。
額定電壓AC220V/50Hz電流等級：45A
動作時間：<0.5s
警報聲壓：70dB
通訊方式：RS485總線
通訊距離：<1500m
環(huán)境溫度：0℃-40℃
相對濕度：小于95%
場所要求：有防雨設(shè)施
安裝方式：標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝
3.2產(chǎn)品功能
■ 消音、測試
故障電弧探測器具有試驗消音、測試功能，可以消除故障電弧探測器的報警聲音，當(dāng)故障電弧探測器檢測到故障電弧后，發(fā)出聲光報警，可以通過面板上的消音按鍵消除產(chǎn)品的報警聲音，消音后報警燈狀態(tài)將維持不變。當(dāng)故障電弧探測器處于無報警狀態(tài)下，按下測試按鍵可測試故障電弧探測器能否正常報警，確認(rèn)探測器功能正常，按下復(fù)位按鍵將裝置切換至正常工作狀態(tài)。
■ 復(fù)位
故障電弧探測器具有復(fù)位測試功能，如果故障電弧探測器出現(xiàn)故障或者故障電弧探測器出現(xiàn)電弧報警后，可以通過按復(fù)位按鈕來對故障電弧探測器進(jìn)行復(fù)位操作，來消除故障或者恢復(fù)正常檢測狀態(tài)。
■ 報警上傳
故障電弧探測器具有信號上傳功能， 故障電弧探測器可以通過 二總線 串口與上端電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通訊，可以將正常信號和報警信號上傳，并可通過上端電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備對下端故障電弧探測器進(jìn)行報警復(fù)位。實(shí)現(xiàn)了智能統(tǒng)一控制管理。
■ 通訊指示
故障電弧探測器擁有通訊指示功能，當(dāng)故障電弧探測器與上端監(jiān)控設(shè)備保持正常通訊連接時，通訊指示燈將持續(xù)閃爍。當(dāng)沒有連接上端監(jiān)控設(shè)備時，通訊燈保持熄滅狀態(tài)。
此產(chǎn)品除能獨(dú)立式工作外還能與本公司生產(chǎn)的智慧用電監(jiān)控設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)工作，也可以通過無線智能數(shù)據(jù)傳輸單元(iDTU)連接云服務(wù)大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)監(jiān)控、傳輸。
下圖為智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)圖：
隨著人民生活水平的提高與用電消費(fèi)的激增，低壓配電領(lǐng)域的電氣安全問題也日益受到整個社會的重視。故障電弧監(jiān)測設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用可以大大減少電氣火災(zāi)事故的發(fā)生，從而更好地保護(hù)人身與財產(chǎn)安全。
