故障电弧
■ 1.1什么是故障电弧
在了解故障电弧前，我们首先要清楚到底什么是电弧?
什么是电弧?电弧是指电流穿过绝缘层(含空气)时发光的放电现象，在放电的同时伴有热的产生，热量可以使局部温度迅速上升到3000度，金属可以被融化。
生活、工作中常遇到电弧，如通、断电源，插拔电源插头等等。但故障电弧不同于正常电弧，其特点是燃弧时间长，经常发生在不为人注意的部位。现在推广的漏电断路器(RCD)通过检测泄漏电流和对地剩余电流故障能有效降低一部分电气火灾风险。但是对于带电导体之间(如：相与相之间，相与N之间)，的串联电弧和并联电弧所引发的电气火灾却无能为力;所以现有低压配电(供电)网络中对电弧故障引发的事故防范存在漏洞(这是国内外业界公认的漏洞)。电弧分为好弧(正常电弧)和坏弧(燃弧时间大于8个半波时，极易引燃周围可燃物的电弧---称之“坏弧”)。
■ 1.2故障电弧的分类
故障电弧根据产生的位置分为3类，即串联型电弧、并联型电弧以及接地型电弧，如图所示。
(1)串联型故障电弧
串联型电弧故障往往发生在一根导线上，由于导线破损、接触点松动等造成的，因为电弧相当于一个动态电阻，再和负载串联，其电弧电流往往小于额定电流，不会引起过流保护器动作，导致电弧持续存在。由于串联电弧电流相对较小，其释放的热量一般不直接导致火灾，但是当串联电弧持续存在会使导线绝缘层碳化分解，引发危害性更大的并联型电弧故障或是金属性接触短路。
(2)并联型故障电弧
并联型故障电弧发生在相线之间，例如当两相线绝缘层遭遇雷电等产生的瞬态过电压而击穿、因为长时间的被碳化在相线间形成碳化通路以及金属穿刺切割相线都会产生并联故障电弧。在线路阻抗较大的情况下，其电流幅值很难达到过流断路器的动作阈值，在此期间电弧将释放大量的热，其迸发的火花很容易点燃周围的可燃物，直接导致火灾发生。
(3)接地型故障电弧
配电系统中，接地型故障电弧引起的火灾远多于串并联型故障电弧引起的火灾，这是因为接地型故障电弧发生概率远大于串并联型故障电弧。例如，在电气线路施工中，线路的绝缘外皮在穿钢管拉电缆电线时，很容易因为摩擦导致其破损;又比如，线路对地的绝缘性能会长期受雷电或电源的过电压冲击而下降，这些都大大增加了接地故障电弧发生几率。其根本原因在于，配电线路导线间的绝缘水平往往高于线路对地的绝缘水平。
虽然接地型故障电弧导致火灾的危害最大，但是因为是相线与地之间的电弧故障，会产生剩余电流，漏电断路器对其有很好的防范作用。而传统断路器对串并联电弧故障引起的火灾难以防范，使得防范该类电气故障成为了国际消防领域需要突破的难点。
■ 1.3故障电弧的预防与监控
对预防故障电弧的产生，目前没有相对有效可靠的方法。究其原因，故障电弧大多是由设备老化、线路绝缘层破损及连接松动等因素所引起的。这些隐患一般藏于设备外壳、墙体或敷管桥架内，肉眼不易察觉，定期检修成本巨大;而如连接松动等现象又具有随机性，因此无法做到有效的预防。
那无法预防故障电弧的产生，我们就对故障电弧束手无策了吗?答案显然是否定的。
根据故障电弧的产生原理可以发现一个特点：故障电弧的持续时间长。利用这个特性，就可对故障电弧进行监控，在故障电弧发生之后，及时切断电源或报警，以达到消除故障电弧隐患的目的。
故障电弧探测器
■ 2.1故障电弧探测器的历史发展
由于故障电弧所造成的巨大危害，早在上世纪30年代，国外，特别是欧美等发达国家通过建立电弧的数学模型对故障电弧的特性进行了不断深入的理论研究。到了上世纪90年代，一些科学家通过故障电弧点附近常常伴随着声、光、热、电磁辐射和压力等物理现象，利用温度、声音、光敏及压力等传感器，制作了故障电弧检测系统，但这些系统主要用于防范低压开关柜中的故障电弧，对于配电线路中发生的故障电弧，由于其电流较小，物理现象微弱，而且燃弧位置难以预测，这些特点大大增加了低压配电线路中故障电弧检测的难度。
随着研究的深入，相关专家发现配电系统出现故障电弧时，线路中的电流、电压波形会相应变化，因此开始转向了对电弧电流、电压的检测技术的研究。经过十几年的发展，在电弧探测装置的开发方面也取得了较大的突破，特别是1999年美国率先颁布了用于规范AFCI产品(电弧故障断路器,ArcFaultCircuitInterrupt)的UL1699标准以来，极大的推动了电弧故障检测技术的发展。
在我国，2014年国内标准GB14287.4《电气火灾监测系统第4部分：故障电弧探测器》、JB/T11681《电弧故障检测装置(AFDD)的一般要求》相继发布，极大的促进了国内对于故障电弧监控装置的研究发展，加快了该类产品的市场推进步伐，完善了我国在电气防火领域的监控部署。
■ 2.2故障电弧探测器的一般应用
根据国家标准条文的规定及要求，当前的故障电弧探测器的一般应用在线路长度小于100米的照明线路中。但随着故障电弧探测技术的不断实践、发展，其应用场合将会不断的扩大，包括各类动力线路、家庭配电线路、公共设施供电线路等是未来的应用对象。
■ LAFD201型故障电弧探测器
LAFD201型故障电弧探测器，产品遵循国标GB14287.4-2014：电气火灾监控系统第四部分-故障电弧探测器。故障电弧探测器可以对所测线路中的故障电弧(故障并联电弧、故障串联电弧)进行有效的监测和区分，当检测到线路中存在引起火灾的故障电弧时，进行现场声光报警，并将故障电弧信号传输至电气火灾监控设备，以实现预警火灾发生的目的。故障电弧探测器适用于有几率发生电气火灾的商业建筑、宾馆、工厂、库房、图书馆、办公室、家庭住宅、娱乐场所、应用领域广泛至各行业。
产品特点和技术参数
■ 故障电弧探测器能够监测线路中串、并联故障电弧，发出现场声光报警，同时将监测数据通过二总线通知电气火灾监控设备。如果监控现场没有电气火灾监控设备，故障电弧探测器也可以独立工作，同时也可以配接智能数据传输单元，通过无线传输模式将数据共享于智能管控云平台大数据终端，同时可推送到手机微信数据业务客户端，以便于管理人员在第一时间得到及时可靠的故障电弧预警信息。
额定电压AC220V/50Hz电流等级：45A
动作时间：<0.5s
警报声压：70dB
通讯方式：RS485总线
通讯距离：<1500m
环境温度：0℃-40℃
相对湿度：小于95%
场所要求：有防雨设施
安装方式：标准导轨安装
3.2产品功能
■ 消音、测试
故障电弧探测器具有试验消音、测试功能，可以消除故障电弧探测器的报警声音，当故障电弧探测器检测到故障电弧后，发出声光报警，可以通过面板上的消音按键消除产品的报警声音，消音后报警灯状态将维持不变。当故障电弧探测器处于无报警状态下，按下测试按键可测试故障电弧探测器能否正常报警，确认探测器功能正常，按下复位按键将装置切换至正常工作状态。
■ 复位
故障电弧探测器具有复位测试功能，如果故障电弧探测器出现故障或者故障电弧探测器出现电弧报警后，可以通过按复位按钮来对故障电弧探测器进行复位操作，来消除故障或者恢复正常检测状态。
■ 报警上传
故障电弧探测器具有信号上传功能， 故障电弧探测器可以通过 二总线 串口与上端电气火灾监控设备进行通讯，可以将正常信号和报警信号上传，并可通过上端电气火灾监控设备对下端故障电弧探测器进行报警复位。实现了智能统一控制管理。
■ 通讯指示
故障电弧探测器拥有通讯指示功能，当故障电弧探测器与上端监控设备保持正常通讯连接时，通讯指示灯将持续闪烁。当没有连接上端监控设备时，通讯灯保持熄灭状态。
此产品除能独立式工作外还能与本公司生产的智慧用电监控设备构成系统工作，也可以通过无线智能数据传输单元(iDTU)连接云服务大数据平台，实现无线数据监控、传输。
下图为智慧用电监控系统图：
随着人民生活水平的提高与用电消费的激增，低压配电领域的电气安全问题也日益受到整个社会的重视。故障电弧监测设备的开发与应用可以大大减少电气火灾事故的发生，从而更好地保护人身与财产安全。
