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电弧故障断路器的电气防火“使命”

文章来源:低压电器杂志 作者:【未知】 点击:次 时间:2014/2/13 10:10:04 转载:
  近期热映中高楼火灾下的“逃出生天”惊心动魄,不幸遭遇火灾的人们终得解救,进一步引发了民众对如何应对建筑物火灾的关注。高居火灾危害首位的电气火灾的防治愈发重要,防范火患于未“燃”更趋重视。实现在最初阻止电气火灾发生的电弧防护开关设备——电弧故障断路器(AFCI),应求而生。
 
  使命之“WHY”
 
  电气火灾主要源于:(1)电气线路接触不良或绝缘受损(多是线路老化形成碳化)导致的“串联电弧”或“并联电弧”短路;(2)电气线路对地绝缘受损导致的接地(电弧)故障;(3)电气线路接触不良、电气设备布置不当、过负荷导致的异常温升。其中,电弧性短路隐蔽不易发现成为电气防火的首要。每次电弧的温度超过5500℃,高强热电弧发射出的热粒子经时间累积易引燃线路周围绝缘层材料,引起电气火灾。
 
  串联故障电弧的电流值小于回路额定电流,并联故障电弧的电流值可能大于额定电流,而家用电器的启动涌流大于额定电流。针对两种电弧故障实施保护并需绕过设备启动涌流,传统的热磁系统(如终端过电流保护或漏电保护装置)无法检测出故障电弧电流并识别出电弧故障,达不到防范电气火灾的要求。据统计:中国2005至2009年电弧故障导致的火灾占总电气火灾的51%,直接经济损失占总火灾的36%。
 
  配电智能化技术的发展及应用使得电弧检测、故障信号识别得以实现的AFCI依靠保护算法可以达到电弧故障保护要求,避免电气火灾发生。美国国家电气规程(NEC)定义其为:一种当检测到电弧,通过识别电弧特性,切断电路,提供电弧故障保护的装置。
 
  使命之“HOW”
 
  AFCI包括操作机构、触头系统、脱扣机构、测试按钮、接线端子、壳架等一般结构,其特征结构还包括电弧检测电路、电弧故障电子识别电路(含微处理器),其基于PCB硬件及预设的保护算法,实现智能化的电弧检测、故障电弧识别。
 
  AFCI实施保护的流程:(1)电弧检测。通过先进的电子技术监测电路中的电弧。(2)电弧特性识别。针对检测到的电弧,分析其特性,识别是否为故障电弧。在AFCI制造中,需测试数以百计可能的运行状态,并编程存入电弧特性筛选器,用以识别“正常”和“危险”电弧。(3)保护特性匹配分析。保护特性满足UL1699标准规定:在交流供电线路上,当AFCI在0.5s内检测到8个半周波的故障电弧时,AFCI执行脱扣切断电路,且脱扣时间应小于0.2s。(4)切断电路,实现故障保护。当满足电弧故障保护特性时,发出脱扣信号,切断电路。
 
  AFCI检测到故障电弧,经保护算法分析,满足保护特性时即触发脱扣。典型方式:检测负载电流,将电流信号放大并传送至电弧特性筛选器,判定电流信号频率是否大于供电频率并小于电力线通信频率。筛选器输出的信号与设定的电弧电流门槛值比较,大于该电流门槛值时即加入累加器。AFCI定期检查累加器的输出,超过阈值时即触发脱扣。
 
  AFCI与GFCI(或RCCB)配合使用,可提供电弧和漏电两种故障保护兼有的家居电气故障保护,通常是AFCI-GFCI插座方式。美国EATON公司已开发出在AFCI壳体内集成接地故障(漏电)保护功能的终端产品。
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