今天我們一起學習了解一下什么是電弧故障，以及電弧故障斷路器的工作原理及產(chǎn)品分類。

 

電弧故障斷路器

 

 

在認識電弧故障斷路器之前，讓我來先來了解一下：

 

一、什么是電弧故障

       傳統(tǒng)的過電流保護電器，例如：

       1. 低壓斷路器和熔斷器——可以對電氣設備、線路的過載和短路進行保護，防止由過載和分支線路中安裝短路電流引起的電氣火災。

       2. 剩余電流保護電器——可對電氣設備因絕緣故障而產(chǎn)生的接地故障電流提供保護，防止持續(xù)存在的接地故障電流或?qū)Φ厝蓟∫痣姎饣馂氖鹿省?/p>

 

       這些保護電器在很大程度上減少了電氣火災的發(fā)生，提高了用電的安全域的發(fā)展方向性。然而事實上，現(xiàn)有的過電流保護電器和剩余電流保護電器并不能降低由帶電導體之間的串聯(lián)電弧或并聯(lián)電弧故障引起的電氣火災的危險。

 

       隨著電氣設備的大量普及和電氣設備的絕緣老化，電弧故障引起的電氣火災也日益增多。電弧故障主要包括：

       1. 串聯(lián)電弧故障——(例如，接線端子松動、不良的電氣連接、插頭插座接觸不良、絕緣導線受外力損壞等引起的與負載串聯(lián)的電弧故障)

 

 

 

       2. 并聯(lián)電弧故障——(例如，帶電導線之間的絕緣損壞、相間絕緣老化或污染引起的碳化通道等產(chǎn)生的與負載并聯(lián)的電弧故障)。

 

 

 

       對串聯(lián)電弧故障，因其串聯(lián)在負載電路中，其阻抗降低了負載的工作電流，使故障電流低于過電流保護裝置的脫扣電流值，過電流保護裝置不會動作和切斷故障電路。

 

       此外，這種情況因沒有對地故障電流，剩余電流保護電器也不會切斷故障電路。對于并聯(lián)電弧故障，故障電流與電氣裝置和故障回路的阻抗有關，當阻抗較高時，故障電流較小，并且并聯(lián)電弧往往是間隙性的，這種情況下，傳統(tǒng)的過電流保護電器和剩余電流保護電器也不能脫扣。持續(xù)燃燒電弧會產(chǎn)生很高的溫度，足以引燃任何可燃物。因而如不能及時切斷電弧故障，往往會引發(fā)電氣火災。

 

故障電弧引起的絕緣損壞                                                          接觸不良的接線柱碳化

 

 

二、電弧故障的特點

        電弧是一種氣體游離放電的現(xiàn)象,是一種等離子體,電弧電流是電子及正離子在電場的作用下運動的結(jié)果。電弧的產(chǎn)生同時往往伴隨著閃光、高溫、高壓、電流及電壓波形的變化,為此檢測電弧的方法就是檢測電弧發(fā)出的弧光、紅外熱能、電磁波,以及異常的電壓、電流特征。

 

       一般產(chǎn)生電弧故障可能有兩種情況:一種是沿著絕緣體部分導電表面;另一種產(chǎn)生于非常接近的兩個電極。前者由于絕緣體長期受熱或發(fā)生偶然性電火花,造成絕緣體表面碳化,從而形成電弧通道;后者是導電體碰上接地管道,或是束導體中部分被尖銳的金屬物體將絕緣體表面割傷。在低壓供配電線路中,有三類電弧故障:串聯(lián)電弧故障;并聯(lián)電弧故障;接地電弧故障。電弧故障的類型見圖一。

 

 

       串聯(lián)電弧故障【如圖（a】：一般產(chǎn)生于一根導體,例如一束導體中有一根導體發(fā)生機械斷裂,或在導體接頭處松開,或在插頭處有一個極斷開,電弧故障與負載是串聯(lián)的。串聯(lián)電弧故障的電流受到負載的限制,因而電流可能小于負載電流。

 

       并聯(lián)電弧故障【如圖（b】：是一種短路電弧故障,例如一束導體中兩根導體的絕緣表面機械損傷而相碰,電弧故障往往是與負載并聯(lián)的。并聯(lián)電弧電流決定于短路部位絕緣表面的損壞程度和線路阻抗的大小。

 

       接地電弧故障【如圖（c】：發(fā)生于帶電導線接地,或帶電導線絕緣表面損壞與接地的金屬導體接觸等狀況,電弧故障電流的大小與接地地阻的大小有關。

了解了電弧故障的原理與特點，我們再來了了解一下：

 

三、什么是電弧故障斷路器

       傳統(tǒng)的MCB或RCD技術(shù)不能檢測到并聯(lián)電弧和串聯(lián)電弧，而目前市場上的剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器對于相線與大地間的漏電流和剩余電流高頻分量也是檢測不到的，所以預防這種由故障電弧引發(fā)的電氣火災就顯得尤為重要。

 

 

 

 

       電弧故障斷路器，又稱為電弧故障檢測裝置( Arc Fault Detective Device，AFDD)，在美國稱為( Arc Fault Circuit In terrupter，AFCI)，是一種新穎的保護電器。它能檢測電氣線路中的電弧故障，并能在引發(fā)電氣火災以前切斷電路，有效地防止由電弧故障引起的電氣火災。AFDD可以是單一功能(只有電弧故障保護)的裝置，也可以和剩余電流保護電器、過電流保護電器組合起來成為一種多功能保護裝置。

 

       還可以加上通信和報警功能，當某處出現(xiàn)電弧時，帶有報警功能的AFDD向值班室或控制室發(fā)出電氣火災隱患的報警信號，以便得到及時處理。因此在配電線路上安裝電弧故障斷路器能夠及時發(fā)現(xiàn)電弧并切斷線路，是降低電弧故障引發(fā)的電氣火災危害的最有效的方法。AFDD彌補了其他保護裝置的不足，極大地提高了電氣火災的防護水平。

 

四、電弧故障斷路器的分類

1、根據(jù)使用場合分類

       (1) 配電框保護用電弧故障保護裝置：主要采用基于物理現(xiàn)象檢測的電弧檢測系統(tǒng)，用于中、高壓開關柜，配電柜和母線的電弧故障保護。

 

       (2) 終端線路用電弧故障保護裝置：采用基于電壓電流波形檢測的電弧故障檢測裝置，即電弧故障斷路器，主要是用于終端線路的保護。根據(jù)其在終端電路中使用位置的不同，在U1169《電弧故障斷路器》標準中，將電弧故障斷路器分為以下幾種類型：

       1) 支路饋線用電弧故障斷路器。

       安裝在終端線路的分支電路或饋線的進線端，例如安裝在配電盤中，用來為分支電路和饋線電路提供保護，防止電弧產(chǎn)生的有害后果。這類斷路器也可為分支電路的延伸線路提供有限的防護。

       2) 輸出電路電弧故障斷路器。

       安裝在分支電路輸出口的裝置，例如安裝在出線盒中，或組成插座式的電弧故障斷路器，用來為與它相連的電纜組件和電源線(當具有插座輸出口時)提供保護，以防止電弧產(chǎn)生有害的后果。這些裝置也可以為連接到下游的電源插座上的電纜組件和電源線提供直接饋電保護。

       3 )組合式電弧故障斷路器。

       符合支路/饋線要求和輸出電路要求的電弧故障斷路器，可為下游的分支電路、電纜裝置和供電導線提供保護。

       4）電纜式電弧故障斷路器。

       插入到電源插座中的插入式電弧故障斷路器，用于為與它相連的電源線提供保護，以防止電弧產(chǎn)生有害的后果。電纜可以是裝置的整體部分，也可采用接線的方式連接。這類裝置沒有另外的輸出口。

       5) 便攜式電弧故障斷路器。

 

       用來連接至電源插座，并且具有一個或多個輸出口的插入式器件，為與其連接電纜組件和電源線提供保護，以防止電弧產(chǎn)生有害的后果。

 

2、根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類

       基于弧光檢測的配電柜保護的電弧故障保護裝置，一般是由弧光探測頭、信號傳輸線或光纜和電弧監(jiān)視裝置組成的電弧檢測系統(tǒng)。根據(jù)弧光檢測的特點，弧光探測頭必須分布在各個需要采集弧光的地方，例如封閉的隔室、容易發(fā)生弧光短路的母線等部位，信號通過傳輸線送到監(jiān)控裝置進行處理。因而，基于弧光檢測的電弧故障保護裝置是一種分布式的電弧監(jiān)視系統(tǒng)。

 

       終端線路用的電弧故障斷路器，其檢測單元、信號處理單元、開關裝置以及其他的保護功能單元等往往是集中組裝在一個外殼或幾個外殼中，成為一個整體。因而，按結(jié)構(gòu)形式分類主要是對終端線路的電弧故障斷路器進行分類。

 

       根據(jù)電弧故障檢測裝置的行業(yè)標準JB/T1188和相關的國際標準EC62026，電弧故障斷路器的結(jié)構(gòu)可分為以下幾種形式：

       （1）具有過電流保護和電弧故障保護的整體式電弧故障斷路器。

       由電弧故障檢測單元和斷開電路的開關器件構(gòu)成單一裝置的整體式電弧故障斷路器。除了電弧故障保護外，沒有過載和短路保護功能。它具有體積小的優(yōu)點，但在使用時，其前級必須串聯(lián)安裝符合相關標準的過電流保護電器。

 

       （2）具有過電流保護和電弧故障保護的整體式電弧故障斷路器：

       由電弧故障檢測單元與符合相關標準的過電流保護電器和/或剩余電流保護電器組合為單一裝置的整體式電弧故障斷路器。除了電弧故障保護外，還可具有過電流保護和/或剩余電流保護等功能。它具有體積小、安裝方便等優(yōu)點。

 

       （3）組合式的電弧故障斷路器。

       由電弧故障檢測單元與符合相關標準的其他保護電器，例如家用和類似用途的過電流保護斷路器、家用和類似用途的剩余電流斷路器等，在制造廠或現(xiàn)場組裝而成的電弧故障斷路器，其組裝方式應符合制造廠相關技術(shù)文件的要求。除了電弧故障保護外，還可具有過電流保護和/或剩余電流保護等功能。這種形式的電弧故障斷路器體積相對較大，但拼裝靈活、制造方便，特別適用于原有的終端配電箱需要增加電弧故障保護時用。