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智能短路灭弧器与故障电弧探测器区别

智能短路灭弧器实质上就是针对金属性短路的一个保护。　

断路器在金属性短路时会立即跳闸，切断电源，但同时也会伴随短路电火花产生。智能短路灭弧器的不同点在于，当金属性短路发生时，其切断电源的速度远远快于断路器，甚至在大的短路电火花产生之前就切断电源了，避免产生火灾。

什么是金属性接触短路电弧？

金属性接触短路电弧线路发热融化导致火线和零线粘连在一起或相线与零线之间或相线之间造成金属性接触，即造成金属性短路，此时，其阻抗很小，短路电流能达到电气线路额定载流量的几百倍至几千倍，线路温度急剧升高，引起绝缘材料燃烧而产生火灾。

故障电弧探测器国家标准GB14287.4-2014，已于2015年6月1日正式实施。该产品是通过检测线路中因线路老化、绝缘皮破损引起的并联故障电弧和因线路接触不良等情况引起的串联故障电弧，提前预警，及时通知用户检修这些电气隐患，来达到对电气火灾的预防性防护。以上故障电弧发生时，线路中的电流变化很小，断路器和灭弧式短路保护器都无法检测到，目前只能通过故障电弧探测器才能探测到。故障电弧探测装置和核心的技术在于，能够有效的区分好弧（电器正常工作时产生的电弧）和故障电弧，做到不误动作，不拒动作。

什么是故障电弧？

--并联故障电弧

故障电弧，俗称就是电火花，中心温度极高，发生时有金属喷溅物，极易引起火灾。并联电弧发生时，火线和零线并未直接接触，只是因为绝缘皮老化失去绝缘特性或绝缘皮破损，但火线和零线的距离又离的非常近，电流击穿火线和零线之间的空气，在火线和零线之间放电打火。线路老化、绝缘破损时都很容易产生并联故障电弧。

--串联故障电弧

串联电弧发生主要是因为接触不良或者导线断裂，这是发生在一根相线中的情况，在一根相线的断裂处或接触不良处空气被击穿而发生放电打火。

故障电弧探测器的功能及应用

1、故障电弧的产生

故障电弧简单来说就是坏的电弧，电弧是一种气体放电现象，是电流通过空气时所产生的瞬时火花，是高温高导电的游离气体。电弧的产生可以分为好弧和坏弧（故障电弧）。好弧不仅仅指的是电机旋转产生的电弧，摩擦毛衣、拔插开关所产生的电弧也都是好弧。故障电弧通常是电线等电气绝缘老化、损坏、空气潮湿等引起的气体击穿或者电气连接松动等原因导致的。

故障电弧又根据电弧产生的位置分为串联故障电弧、并联故障电弧、接地故障电弧（如下图所示）。故障电弧的特点是温度高，电流相对较小，持续时间短，但是只要出现击穿点就会频繁出现。故障电弧出现时会产生大量的热，极易引发火灾。所以，对故障电弧的监测尤为重要。

2、故障电弧探测器

消防标准GB14287.4中《电弧故障探测装置》简称‘AFD’（Arcing Fault Detectors）,属于电气火灾监控系统的第四部分，适用于民用建筑中10KV及其以下电气线路中安装使用，主要用来探测故障电弧并报警。

根据消防标准GB14287.4要求，被探测线路内若在1s内发生11个及其以上半周期的故障电弧，探测器应在30s内发出声、光报警信号和控制信号，声光报警信号应能保持，直至手动清除。探测器应设有一组控制输出，在检测到电弧故障时，控制输出应在1s内动作。探测器要检测和辨别危险的接地电弧故障、并联电弧故障和串联电弧故障的功能。

3、市场应用前景

现在许多严重的火灾事故仅仅是由线路中低于额定电流或预期短路电流的故障电弧引起的。在工业、民用等领域内均存在着故障电弧，由于电弧的瞬时能量大，对设备、人员的危害很大，但是现在的断路器、熔断器等保护装置只能对过流、短路等情况进行监测和保护，对于故障电弧的监测毫无作用。因此，电弧监测和保护的需要很迫切，意义非常大，既有社会效益，也有经济效益，而且其应用的领域非常广泛。

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电弧是如何产生的

电弧是如何产生的呢？机械式触点的动触点和静触点之间的活动距离非常小，在触点分离时，接触压力和接触面积也在减小，导致触点之间的接触电阻变大，流过的电流致使触点之间的温度上升，在有限的空间内，高温把触点表面液化。同时，在触头之间形成了非常大的电场，触点在分断时，内部的电子就被电场拉了出来，形成了电场发射，使电子、离子被游离就形成了电弧。

电弧如何抑制

电弧是不可避免的，只能抑制不能消除。从机械结构的角度，可以使用灭弧室和灭弧栅来隔离电弧。灭弧栅是由很多灭弧片所构成的，灭弧片将灭弧室分隔成很多个独立的空间，电弧产生后通过磁吹的方式将电弧引入灭弧栅所构成的空间中，使电弧被拉长导致无法维持，从而加速了电弧的熄灭，起到了电弧抑制的效果。

交流回路和直流回路在分断时都能产生电弧，同等条件下，交流所产生的电弧要弱于直流所产生的电弧，这是因为交流电是有方向的，每半个周期交流电会过零，削弱了电弧。所以，在交流应用中会通过过零检测来判断零点的到来，并在过零点附近时将回路断开，因为零点附近电流小，触点分断时消除了电弧产生的必要条件。

如何设计过零检测电路

交流电具有方向性，可以通过整流桥整流为脉动直流，再经过光耦隔离后将零点信号输出。或者采用双向光耦的方案，将零点信号输出。

交流电经过整流桥后，变成了脉动直流，交流电的负半周期被翻转为正，在过零点以外的地方都可以使光耦导通，而在零点附近光耦截止。光耦的输出端连接上拉电阻。

光伏系统直流侧故障电弧

一次能源日益枯竭，我国政府正大力发展可再生能源。其中因太阳能具有清洁、安全且取之不尽的显著特点，已经成为规模发展快的可再生能源。但光伏电站通常建立在各种不适宜居住的地区，如荒山、荒地、沙漠以及滩涂等，难免发生各种故障，从而降低了光伏电站的发电效率，甚至存在火灾等安全隐患。故障发生的原因大部分归因于直流侧故障电弧。

光伏系统相当于一个直流电源系统，由于光伏电站的直流端输出电压高，直流端会在任何位置出现电子元器件接触不良或氧化腐蚀等现象，所形成的间隙易产生电弧。光伏电池板特殊的伏安特性使得电弧一旦产生，就容易形成稳定的燃烧，使电压进一步上升，导致电弧的温度骤升，引起附近可燃物及导体的燃烧，危及电源及电路的安全，进而引发火灾造成财产损失或人员伤亡事故。再者，现有的保护装置只能对电路过电流引起的故障起到保护作用，而无法检测到此类电弧，因此存在安全隐患。

考虑到光伏系统中电弧发生位置的不确定性，因此无法利用电弧电压进行电弧检测，但是，无论电弧发生在何处位置，电弧电流的特征都将在系统直流端的总电流中反映出来。因此，本文采用电弧电流的特征作为判断依据。

早在2007年，美国亚国家实验室利用电弧产生的高热特性对光伏系统故障电弧进行检测，研究表明高热同时会引起光伏线缆上的聚合物纤维产生形变，导致光信号回路受阻，系统容易发生误判。我国复旦大学电光源所和国家能源太阳能发电研发中心于2010年10月在国内展开光伏系统直流故障电弧特性及保护方法的研究，由于起步相对较晚，且大部分研究方法是针对单一时域或者频域特征进行检测，存在检出率低、误判率高等缺点。

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