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(guò)絕緣層(含空氣)時(shí)發(fā)光的放電現(xiàn)象，在放電的同時(shí)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(shí)間長(zhǎng)，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(guò)檢測(cè)泄漏電流和對(duì)地剩余電流故障能有效降低一部分電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。但是對(duì)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(wú)能為力;所以現(xiàn)有低壓配電(供電)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)電弧故障引發(fā)的事故防范存在漏洞(這是國(guó)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(shí)間大于8個(gè)半波時(shí)，極易引燃周?chē)扇嘉锏碾娀?--稱(chēng)之“壞弧”)。
■ 1.2故障電弧的分類(lèi)
故障電弧根據(jù)產(chǎn)生的位置分為3類(lèi)，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(xiàn)上，由于導(dǎo)線(xiàn)破損、接觸點(diǎn)松動(dòng)等造成的，因?yàn)殡娀∠喈?dāng)于一個(gè)動(dòng)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(huì)引起過(guò)流保護(hù)器動(dòng)作，導(dǎo)致電弧持續(xù)存在。由于串聯(lián)電弧電流相對(duì)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(huì)使導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)之間，例如當(dāng)兩相線(xiàn)絕緣層遭遇雷電等產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓而擊穿、因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的被碳化在相線(xiàn)間形成碳化通路以及金屬穿刺切割相線(xiàn)都會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)故障電弧。在線(xiàn)路阻抗較大的情況下，其電流幅值很難達(dá)到過(guò)流斷路器的動(dòng)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?chē)目扇嘉?，直接?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?yàn)榻拥匦凸收想娀“l(fā)生概率遠(yuǎn)大于串并聯(lián)型故障電弧。例如，在電氣線(xiàn)路施工中，線(xiàn)路的絕緣外皮在穿鋼管拉電纜電線(xiàn)時(shí)，很容易因?yàn)槟Σ翆?dǎo)致其破損;又比如，線(xiàn)路對(duì)地的絕緣性能會(huì)長(zhǎng)期受雷電或電源的過(guò)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(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)間的絕緣水平往往高于線(xiàn)路對(duì)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?yàn)槭窍嗑€(xiàn)與地之間的電弧故障，會(huì)產(chǎn)生剩余電流，漏電斷路器對(duì)其有很好的防范作用。而傳統(tǒng)斷路器對(duì)串并聯(lián)電弧故障引起的火災(zāi)難以防范，使得防范該類(lèi)電氣故障成為了國(guó)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(duì)預(yù)防故障電弧的產(chǎn)生，目前沒(méi)有相對(duì)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(xiàn)路絕緣層破損及連接松動(dòng)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(jué)，定期檢修成本巨大;而如連接松動(dòng)等現(xiàn)象又具有隨機(jī)性，因此無(wú)法做到有效的預(yù)防。
那無(wú)法預(yù)防故障電弧的產(chǎn)生，我們就對(duì)故障電弧束手無(wú)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(gè)特點(diǎn)：故障電弧的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。利用這個(gè)特性，就可對(duì)故障電弧進(jìn)行監(jiān)控，在故障電弧發(fā)生之后，及時(shí)切斷電源或報(bào)警，以達(dá)到消除故障電弧隱患的目的。
故障電弧探測(cè)器
■ 2.1故障電弧探測(cè)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(guó)外，特別是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)建立電弧的數(shù)學(xué)模型對(duì)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(guò)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(cè)系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)主要用于防范低壓開(kāi)關(guān)柜中的故障電弧，對(duì)于配電線(xiàn)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(cè)，這些特點(diǎn)大大增加了低壓配電線(xiàn)路中故障電弧檢測(cè)的難度。
隨著研究的深入，相關(guān)專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障電弧時(shí)，線(xiàn)路中的電流、電壓波形會(huì)相應(yīng)變化，因此開(kāi)始轉(zhuǎn)向了對(duì)電弧電流、電壓的檢測(cè)技術(shù)的研究。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，在電弧探測(cè)裝置的開(kāi)發(fā)方面也取得了較大的突破，特別是1999年美國(guó)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(lái)，極大的推動(dòng)了電弧故障檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。
在我國(guó)，2014年國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB14287.4《電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)第4部分：故障電弧探測(cè)器》、JB/T11681《電弧故障檢測(cè)裝置(AFDD)的一般要求》相繼發(fā)布，極大的促進(jìn)了國(guó)內(nèi)對(duì)于故障電弧監(jiān)控裝置的研究發(fā)展，加快了該類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)推進(jìn)步伐，完善了我國(guó)在電氣防火領(lǐng)域的監(jiān)控部署。
■ 2.2故障電弧探測(cè)器的一般應(yīng)用
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)條文的規(guī)定及要求，當(dāng)前的故障電弧探測(cè)器的一般應(yīng)用在線(xiàn)路長(zhǎng)度小于100米的照明線(xiàn)路中。但隨著故障電弧探測(cè)技術(shù)的不斷實(shí)踐、發(fā)展，其應(yīng)用場(chǎng)合將會(huì)不斷的擴(kuò)大，包括各類(lèi)動(dòng)力線(xiàn)路、家庭配電線(xiàn)路、公共設(shè)施供電線(xiàn)路等是未來(lái)的應(yīng)用對(duì)象。
■ LAFD201型故障電弧探測(cè)器
LAFD201型故障電弧探測(cè)器，產(chǎn)品遵循國(guó)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(cè)器。故障電弧探測(cè)器可以對(duì)所測(cè)線(xiàn)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(cè)和區(qū)分，當(dāng)檢測(cè)到線(xiàn)路中存在引起火災(zāi)的故障電弧時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警，并將故障電弧信號(hào)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(cè)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(chǎng)、庫(kù)房、圖書(shū)館、辦公室、家庭住宅、娛樂(lè)場(chǎng)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(cè)器能夠監(jiān)測(cè)線(xiàn)路中串、并聯(lián)故障電弧，發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警，同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)二總線(xiàn)通知電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。如果監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，故障電弧探測(cè)器也可以獨(dú)立工作，同時(shí)也可以配接智能數(shù)據(jù)傳輸單元，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模式將數(shù)據(jù)共享于智能管控云平臺(tái)大數(shù)據(jù)終端，同時(shí)可推送到手機(jī)微信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)客戶(hù)端，以便于管理人員在第一時(shí)間得到及時(shí)可靠的故障電弧預(yù)警信息。
額定電壓AC220V/50Hz電流等級(jí)：45A
動(dòng)作時(shí)間：<0.5s
警報(bào)聲壓：70dB
通訊方式：RS485總線(xiàn)
通訊距離：<1500m
環(huán)境溫度：0℃-40℃
相對(duì)濕度：小于95%
場(chǎng)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(cè)試
故障電弧探測(cè)器具有試驗(yàn)消音、測(cè)試功能，可以消除故障電弧探測(cè)器的報(bào)警聲音，當(dāng)故障電弧探測(cè)器檢測(cè)到故障電弧后，發(fā)出聲光報(bào)警，可以通過(guò)面板上的消音按鍵消除產(chǎn)品的報(bào)警聲音，消音后報(bào)警燈狀態(tài)將維持不變。當(dāng)故障電弧探測(cè)器處于無(wú)報(bào)警狀態(tài)下，按下測(cè)試按鍵可測(cè)試故障電弧探測(cè)器能否正常報(bào)警，確認(rèn)探測(cè)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(cè)器具有復(fù)位測(cè)試功能，如果故障電弧探測(cè)器出現(xiàn)故障或者故障電弧探測(cè)器出現(xiàn)電弧報(bào)警后，可以通過(guò)按復(fù)位按鈕來(lái)對(duì)故障電弧探測(cè)器進(jìn)行復(fù)位操作，來(lái)消除故障或者恢復(fù)正常檢測(cè)狀態(tài)。
■ 報(bào)警上傳
故障電弧探測(cè)器具有信號(hào)上傳功能， 故障電弧探測(cè)器可以通過(guò) 二總線(xiàn) 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(hào)和報(bào)警信號(hào)上傳，并可通過(guò)上端電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備對(duì)下端故障電弧探測(cè)器進(jìn)行報(bào)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(cè)器擁有通訊指示功能，當(dāng)故障電弧探測(cè)器與上端監(jiān)控設(shè)備保持正常通訊連接時(shí)，通訊指示燈將持續(xù)閃爍。當(dāng)沒(méi)有連接上端監(jiān)控設(shè)備時(shí)，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(guò)無(wú)線(xiàn)智能數(shù)據(jù)傳輸單元(iDTU)連接云服務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)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(wèn)題也日益受到整個(gè)社會(huì)的重視。故障電弧監(jiān)測(cè)設(shè)備的開(kāi)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(cái)產(chǎn)安全。
