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(cháng),經(jīng)常發(fā)生在不為人注意的部位?,F在推廣的漏電斷路器(RCD)通過(guò)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風(fēng)險。但是對于帶電導體之間(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)的電氣火災卻無(wú)能為力;所以現有低壓配電(供電)網(wǎng)絡(luò )中對電弧故障引發(fā)的事故防范存在漏洞(這是國內外業(yè)界公認的漏洞)。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)生在一根導線(xiàn)上,由于導線(xiàn)破損、接觸點(diǎn)松動(dòng)等造成的,因為電弧相當于一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻,再和負載串聯(lián),其電弧電流往往小于額定電流,不會(huì )引起過(guò)流保護器動(dòng)作,導致電弧持續存在。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致火災,但是當串聯(lián)電弧持續存在會(huì )使導線(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、因為長(cháng)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?,直接導致火災發(fā)生。
(3)接地型故障電弧
配電系統中,接地型故障電弧引起的火災遠多于串并聯(lián)型故障電弧引起的火災,這是因為接地型故障電弧發(fā)生概率遠大于串并聯(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),很容易因為摩擦導致其破損;又比如,線(xiàn)路對地的絕緣性能會(huì )長(cháng)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)路導線(xiàn)間的絕緣水平往往高于線(xiàn)路對地的絕緣水平。
雖然接地型故障電弧導致火災的危害最大,但是因為是相線(xiàn)與地之間的電弧故障,會(huì )產(chǎn)生剩余電流,漏電斷路器對其有很好的防范作用。而傳統斷路器對串并聯(lián)電弧故障引起的火災難以防范,使得防范該類(lèi)電氣故障成為了國際消防領(lǐng)域需要突破的難點(diǎn)。
■ 1.3故障電弧的預防與監控
對預防故障電弧的產(chǎn)生,目前沒(méi)有相對有效可靠的方法。究其原因,故障電弧大多是由設備老化、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備外殼、墻體或敷管橋架內,肉眼不易察覺(jué),定期檢修成本巨大;而如連接松動(dòng)等現象又具有隨機性,因此無(wú)法做到有效的預防。
那無(wú)法預防故障電弧的產(chǎn)生,我們就對故障電弧束手無(wú)策了嗎?答案顯然是否定的。
根據故障電弧的產(chǎn)生原理可以發(fā)現一個(gè)特點(diǎn):故障電弧的持續時(shí)間長(cháng)。利用這個(gè)特性,就可對故障電弧進(jìn)行監控,在故障電弧發(fā)生之后,及時(shí)切斷電源或報警,以達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30年代,國外,特別是歐美等發(fā)達國家通過(guò)建立電弧的數學(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(zhù)聲、光、熱、電磁輻射和壓力等物理現象,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,但這些系統主要用于防范低壓開(kāi)關(guān)柜中的故障電弧,對于配電線(xiàn)路中發(fā)生的故障電弧,由于其電流較小,物理現象微弱,而且燃弧位置難以預測,這些特點(diǎn)大大增加了低壓配電線(xiàn)路中故障電弧檢測的難度。
隨著(zhù)研究的深入,相關(guān)專(zhuān)家發(fā)現配電系統出現故障電弧時(shí),線(xiàn)路中的電流、電壓波形會(huì )相應變化,因此開(kāi)始轉向了對電弧電流、電壓的檢測技術(shù)的研究。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,在電弧探測裝置的開(kāi)發(fā)方面也取得了較大的突破,特別是1999年美國率先頒布了用于規范AFCI產(chǎn)品(電弧故障斷路器,ArcFaultCircuitInterrupt)的UL1699標準以來(lái),極大的推動(dòng)了電弧故障檢測技術(shù)的發(fā)展。
在我國,2014年國內標準GB14287.4《電氣火災監測系統第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)了國內對于故障電弧監控裝置的研究發(fā)展,加快了該類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)推進(jìn)步伐,完善了我國在電氣防火領(lǐng)域的監控部署。
■ 2.2故障電弧探測器的一般應用
根據國家標準條文的規定及要求,當前的故障電弧探測器的一般應用在線(xiàn)路長(cháng)度小于100米的照明線(xiàn)路中。但隨著(zhù)故障電弧探測技術(shù)的不斷實(shí)踐、發(fā)展,其應用場(chǎng)合將會(huì )不斷的擴大,包括各類(lèi)動(dòng)力線(xiàn)路、家庭配電線(xiàn)路、公共設施供電線(xiàn)路等是未來(lái)的應用對象。
■ 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GB14287.4-2014:電氣火災監控系統第四部分-故障電弧探測器。故障電弧探測器可以對所測線(xiàn)路中的故障電弧(故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進(jìn)行有效的監測和區分,當檢測到線(xiàn)路中存在引起火災的故障電弧時(shí),進(jìn)行現場(chǎng)聲光報警,并將故障電弧信號傳輸至電氣火災監控設備,以實(shí)現預警火災發(fā)生的目的。故障電弧探測器適用于有幾率發(fā)生電氣火災的商業(yè)建筑、賓館、工廠(chǎng)、庫房、圖書(shū)館、辦公室、家庭住宅、娛樂(lè )場(chǎng)所、應用領(lǐng)域廣泛至各行業(yè)。
產(chǎn)品特點(diǎn)和技術(shù)參數
■ 故障電弧探測器能夠監測線(xiàn)路中串、并聯(lián)故障電弧,發(fā)出現場(chǎng)聲光報警,同時(shí)將監測數據通過(guò)二總線(xiàn)通知電氣火災監控設備。如果監控現場(chǎng)沒(méi)有電氣火災監控設備,故障電弧探測器也可以獨立工作,同時(shí)也可以配接智能數據傳輸單元,通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模式將數據共享于智能管控云平臺大數據終端,同時(shí)可推送到手機微信數據業(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)可靠的故障電弧預警信息。
額定電壓AC220V/50Hz電流等級:45A
動(dòng)作時(shí)間:<0.5s
警報聲壓:70dB
通訊方式:RS485總線(xiàn)
通訊距離:<1500m
環(huán)境溫度:0℃-40℃
相對濕度:小于95%
場(chǎng)所要求:有防雨設施
安裝方式:標準導軌安裝
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(guò)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。當故障電弧探測器處于無(wú)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,確認探測器功能正常,按下復位按鍵將裝置切換至正常工作狀態(tài)。
■ 復位
故障電弧探測器具有復位測試功能,如果故障電弧探測器出現故障或者故障電弧探測器出現電弧報警后,可以通過(guò)按復位按鈕來(lái)對故障電弧探測器進(jìn)行復位操作,來(lái)消除故障或者恢復正常檢測狀態(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(guò) 二總線(xiàn) 串口與上端電氣火災監控設備進(jìn)行通訊,可以將正常信號和報警信號上傳,并可通過(guò)上端電氣火災監控設備對下端故障電弧探測器進(jìn)行報警復位。實(shí)現了智能統一控制管理。
■ 通訊指示
故障電弧探測器擁有通訊指示功能,當故障電弧探測器與上端監控設備保持正常通訊連接時(shí),通訊指示燈將持續閃爍。當沒(méi)有連接上端監控設備時(shí),通訊燈保持熄滅狀態(tài)。
此產(chǎn)品除能獨立式工作外還能與本公司生產(chǎn)的智慧用電監控設備構成系統工作,也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)智能數據傳輸單元(iDTU)連接云服務(wù)大數據平臺,實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據監控、傳輸。
下圖為智慧用電監控系統圖:
隨著(zhù)人民生活水平的提高與用電消費的激增,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。故障電弧監測設備的開(kāi)發(fā)與應用可以大大減少電氣火災事故的發(fā)生,從而更好地保護人身與財產(chǎn)安全。