今天我们一起学习了解一下什么是电弧故障，以及电弧故障断路器的工作原理及产品分类。

电弧故障断路器

在认识电弧故障断路器之前，让我来先来了解一下：

一、什么是电弧故障

       传统的过电流保护电器，例如：

       1. 低压断路器和熔断器——可以对电气设备、线路的过载和短路进行保护，防止由过载和分支线路中安装短路电流引起的电气火灾。

       2. 剩余电流保护电器——可对电气设备因绝缘故障而产生的接地故障电流提供保护，防止持续存在的接地故障电流或对地燃弧引起电气火灾事故。

       这些保护电器在很大程度上减少了电气火灾的发生，提高了用电的安全域的发展方向性。然而事实上，现有的过电流保护电器和剩余电流保护电器并不能降低由带电导体之间的串联电弧或并联电弧故障引起的电气火灾的危险。

       随着电气设备的大量普及和电气设备的绝缘老化，电弧故障引起的电气火灾也日益增多。电弧故障主要包括：

       1. 串联电弧故障——(例如，接线端子松动、不良的电气连接、插头插座接触不良、绝缘导线受外力损坏等引起的与负载串联的电弧故障)

       2. 并联电弧故障——(例如，带电导线之间的绝缘损坏、相间绝缘老化或污染引起的碳化通道等产生的与负载并联的电弧故障)。

       对串联电弧故障，因其串联在负载电路中，其阻抗降低了负载的工作电流，使故障电流低于过电流保护装置的脱扣电流值，过电流保护装置不会动作和切断故障电路。

       此外，这种情况因没有对地故障电流，剩余电流保护电器也不会切断故障电路。对于并联电弧故障，故障电流与电气装置和故障回路的阻抗有关，当阻抗较高时，故障电流较小，并且并联电弧往往是间隙性的，这种情况下，传统的过电流保护电器和剩余电流保护电器也不能脱扣。持续燃烧电弧会产生很高的温度，足以引燃任何可燃物。因而如不能及时切断电弧故障，往往会引发电气火灾。

故障电弧引起的绝缘损坏                                                          接触不良的接线柱碳化

二、电弧故障的特点

        电弧是一种气体游离放电的现象,是一种等离子体,电弧电流是电子及正离子在电场的作用下运动的结果。电弧的产生同时往往伴随着闪光、高温、高压、电流及电压波形的变化,为此检测电弧的方法就是检测电弧发出的弧光、红外热能、电磁波,以及异常的电压、电流特征。

       一般产生电弧故障可能有两种情况:一种是沿着绝缘体部分导电表面;另一种产生于非常接近的两个电极。前者由于绝缘体长期受热或发生偶然性电火花,造成绝缘体表面碳化,从而形成电弧通道;后者是导电体碰上接地管道,或是束导体中部分被尖锐的金属物体将绝缘体表面割伤。在低压供配电线路中,有三类电弧故障:串联电弧故障;并联电弧故障;接地电弧故障。电弧故障的类型见图一。

       串联电弧故障【如图（a】：一般产生于一根导体,例如一束导体中有一根导体发生机械断裂,或在导体接头处松开,或在插头处有一个极断开,电弧故障与负载是串联的。串联电弧故障的电流受到负载的限制,因而电流可能小于负载电流。

       并联电弧故障【如图（b】：是一种短路电弧故障,例如一束导体中两根导体的绝缘表面机械损伤而相碰,电弧故障往往是与负载并联的。并联电弧电流决定于短路部位绝缘表面的损坏程度和线路阻抗的大小。

       接地电弧故障【如图（c】：发生于带电导线接地,或带电导线绝缘表面损坏与接地的金属导体接触等状况,电弧故障电流的大小与接地地阻的大小有关。

了解了电弧故障的原理与特点，我们再来了了解一下：

三、什么是电弧故障断路器

       传统的MCB或RCD技术不能检测到并联电弧和串联电弧，而目前市场上的剩余电流式电气火灾监控探测器对于相线与大地间的漏电流和剩余电流高频分量也是检测不到的，所以预防这种由故障电弧引发的电气火灾就显得尤为重要。

       电弧故障断路器，又称为电弧故障检测装置( Arc Fault Detective Device，AFDD)，在美国称为( Arc Fault Circuit In terrupter，AFCI)，是一种新颖的保护电器。它能检测电气线路中的电弧故障，并能在引发电气火灾以前切断电路，有效地防止由电弧故障引起的电气火灾。AFDD可以是单一功能(只有电弧故障保护)的装置，也可以和剩余电流保护电器、过电流保护电器组合起来成为一种多功能保护装置。

       还可以加上通信和报警功能，当某处出现电弧时，带有报警功能的AFDD向值班室或控制室发出电气火灾隐患的报警信号，以便得到及时处理。因此在配电线路上安装电弧故障断路器能够及时发现电弧并切断线路，是降低电弧故障引发的电气火灾危害的最有效的方法。AFDD弥补了其他保护装置的不足，极大地提高了电气火灾的防护水平。

四、电弧故障断路器的分类

1、根据使用场合分类

       (1) 配电框保护用电弧故障保护装置：主要采用基于物理现象检测的电弧检测系统，用于中、高压开关柜，配电柜和母线的电弧故障保护。

       (2) 终端线路用电弧故障保护装置：采用基于电压电流波形检测的电弧故障检测装置，即电弧故障断路器，主要是用于终端线路的保护。根据其在终端电路中使用位置的不同，在U1169《电弧故障断路器》标准中，将电弧故障断路器分为以下几种类型：

       1) 支路馈线用电弧故障断路器。

       安装在终端线路的分支电路或馈线的进线端，例如安装在配电盘中，用来为分支电路和馈线电路提供保护，防止电弧产生的有害后果。这类断路器也可为分支电路的延伸线路提供有限的防护。

       2) 输出电路电弧故障断路器。

       安装在分支电路输出口的装置，例如安装在出线盒中，或组成插座式的电弧故障断路器，用来为与它相连的电缆组件和电源线(当具有插座输出口时)提供保护，以防止电弧产生有害的后果。这些装置也可以为连接到下游的电源插座上的电缆组件和电源线提供直接馈电保护。

       3 )组合式电弧故障断路器。

       符合支路/馈线要求和输出电路要求的电弧故障断路器，可为下游的分支电路、电缆装置和供电导线提供保护。

       4）电缆式电弧故障断路器。

       插入到电源插座中的插入式电弧故障断路器，用于为与它相连的电源线提供保护，以防止电弧产生有害的后果。电缆可以是装置的整体部分，也可采用接线的方式连接。这类装置没有另外的输出口。

       5) 便携式电弧故障断路器。

       用来连接至电源插座，并且具有一个或多个输出口的插入式器件，为与其连接电缆组件和电源线提供保护，以防止电弧产生有害的后果。

2、根据结构形式分类

       基于弧光检测的配电柜保护的电弧故障保护装置，一般是由弧光探测头、信号传输线或光缆和电弧监视装置组成的电弧检测系统。根据弧光检测的特点，弧光探测头必须分布在各个需要采集弧光的地方，例如封闭的隔室、容易发生弧光短路的母线等部位，信号通过传输线送到监控装置进行处理。因而，基于弧光检测的电弧故障保护装置是一种分布式的电弧监视系统。

       终端线路用的电弧故障断路器，其检测单元、信号处理单元、开关装置以及其他的保护功能单元等往往是集中组装在一个外壳或几个外壳中，成为一个整体。因而，按结构形式分类主要是对终端线路的电弧故障断路器进行分类。

       根据电弧故障检测装置的行业标准JB/T1188和相关的国际标准EC62026，电弧故障断路器的结构可分为以下几种形式：

       （1）具有过电流保护和电弧故障保护的整体式电弧故障断路器。

       由电弧故障检测单元和断开电路的开关器件构成单一装置的整体式电弧故障断路器。除了电弧故障保护外，没有过载和短路保护功能。它具有体积小的优点，但在使用时，其前级必须串联安装符合相关标准的过电流保护电器。

       （2）具有过电流保护和电弧故障保护的整体式电弧故障断路器：

       由电弧故障检测单元与符合相关标准的过电流保护电器和/或剩余电流保护电器组合为单一装置的整体式电弧故障断路器。除了电弧故障保护外，还可具有过电流保护和/或剩余电流保护等功能。它具有体积小、安装方便等优点。

       （3）组合式的电弧故障断路器。

       由电弧故障检测单元与符合相关标准的其他保护电器，例如家用和类似用途的过电流保护断路器、家用和类似用途的剩余电流断路器等，在制造厂或现场组装而成的电弧故障断路器，其组装方式应符合制造厂相关技术文件的要求。除了电弧故障保护外，还可具有过电流保护和/或剩余电流保护等功能。这种形式的电弧故障断路器体积相对较大，但拼装灵活、制造方便，特别适用于原有的终端配电箱需要增加电弧故障保护时用。

来源：Professor 德