1 前言
對于電氣火災(zāi)事故，終究以“光與熱”現(xiàn)象出現(xiàn)。“電弧”即以“光”的現(xiàn)象展現(xiàn)“從弧光至燃燒”，如短路、接觸不良、漏電、故障電弧導(dǎo)致的火災(zāi)。所以，檢測故障電弧屬于對造成電氣火災(zāi)事故的危險信號實質(zhì)的一種判斷?！ ”疚幕诂F(xiàn)階段兩個均在審批階段的標(biāo)準(zhǔn)：消防電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《電弧故障探測裝置》GB14287.4與低壓電器產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T XXXX《電弧故障檢測裝置(AFDD)的一般要求》，結(jié)合AFD&AFDD產(chǎn)品未來發(fā)展之預(yù)見對其應(yīng)用進(jìn)行探討，希望兩個標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實施對未來我國民眾用電安全提供更強(qiáng)的保障?！ ?/span>
2 電氣系統(tǒng)中的故障電弧
電弧是一種氣體游離放電現(xiàn)象，也是一種等離子體。電弧中的電流從微觀上看是電子及正離子在電場作用下移動的結(jié)果，其中，電子的移動構(gòu)成電流的主要部分?！ ?/span>
根據(jù)電弧產(chǎn)生的機(jī)理，電弧可以分為2類：
好弧(插拔電器時產(chǎn)生的弧等)和壞弧(故障電弧)。故障電弧主要是由于電線等電氣絕緣老化、破損、空氣潮濕等引起的氣體擊穿或者電氣連接松動原因造成的。
故障電弧根據(jù)電弧電流的強(qiáng)度，可以分為高水平電弧和低水平電弧。故障電弧根據(jù)
弧產(chǎn)生的位置又可分為3類，即串型電弧、對地電弧以及并型電弧?！ ?/span>
電弧的特點是溫度很高，電流相對很小，持續(xù)時間短，一旦出現(xiàn)擊穿點則會頻繁出現(xiàn)。電弧放電時會產(chǎn)生大量的熱，能引燃周圍的易燃易爆品，進(jìn)而造成火災(zāi)甚至爆炸。比如，根據(jù)《中國火災(zāi)統(tǒng)計年鑒》顯示，因電氣原因引發(fā)的火災(zāi)在各類火災(zāi)中高居榜首，約有30%的火災(zāi)是由住宅電氣線路老化或配置不合理造成的，并正以平均每年1%的速度持續(xù)上升，6.6%的人在使用插座板時曾有被電擊的經(jīng)歷;美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)指出電氣故障是無數(shù)商業(yè)飛機(jī)事故的主要問題;軍方也認(rèn)為電氣故障是造成安全問題和飛機(jī)不能準(zhǔn)時起飛的重要原因。在引起這些事故的電氣原因中，電弧故障是主要的原因之一，而傳統(tǒng)的熔斷器和電子斷路器不能滿足電弧故障檢測這個要求。
這是因為目前的斷路器主要以檢測過載電流情況為主設(shè)計，即以“熱保護(hù)”(I2Rt)為設(shè)計，低水平電弧的電流很小，甚至小于額定電流，因此“以熱保護(hù)”設(shè)計的斷路器不會動作;而高水平電弧的電流雖然較大，但是故障電弧其燃弧持續(xù)時間往往不足以使傳統(tǒng)斷路器達(dá)到保護(hù)動作條件，不能做出立即保護(hù)動作引發(fā)火災(zāi)事故?！ ?/span>
3 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)
3.1 國外標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)情況 在美國，根據(jù)CPSC(Consumer Product Safety commission美國消費(fèi)品安全委員會)1998年的統(tǒng)計，每年由于配電線路老化引起電弧造成的火災(zāi)超過40000起，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)16.8億美元?！ ?/span>
美國州消防署署長全國協(xié)會(簡稱NASFM)在后來的電氣火災(zāi)原因調(diào)查研究報告中也指出，“故障電弧”占電氣火災(zāi)的83%.
所以，為了有效減少電氣火災(zāi)，美國電氣規(guī)范(NEC2002)210-12(A)(B)要求在新建建筑和老建筑的臥室安裝AFCI斷路器和AFCI墻插座，而所有的空調(diào)要安裝AFCI插座。因為安裝后作用明顯，所以NEC2008增加AFCI的使用范圍，(210-12(B))要求，幾乎分支電路都要求安裝故障電弧斷路器AFCI.
美國國家消防協(xié)會(NFPA)在2003年對安裝AFCI的經(jīng)濟(jì)情況做出了結(jié)論：AFCI可以防范大約75%~80%的電氣線路火災(zāi)，NFPA估算全美住家裝設(shè)AFCI包含20年的老房子(每住家平均用175美元成本)，所花費(fèi)的成本與未裝設(shè)時預(yù)估會發(fā)生火災(zāi)的傷亡和財產(chǎn)損失相比較，總計整個社會(全美約二百萬家庭)在AFCI壽命期(20~30年)內(nèi)可以節(jié)省幾乎雙倍投入成本的好處，也就是可以給國家節(jié)省雙倍的資金，而且還會帶來巨大的社會效益?！ ?/span>
UL1699是美國用于規(guī)范AFCI產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，UL 1699發(fā)展于20世紀(jì)90年代，用以識別由過電流產(chǎn)生的電弧而造成的家庭火災(zāi)。傳統(tǒng)的斷路器可以對過電流提供保護(hù)，然而有研究發(fā)現(xiàn)，在沒有過電流發(fā)生的情況下，由小電流引起的故障電弧也有足夠的能量引發(fā)打火，從而引起火災(zāi)?，F(xiàn)在UL1699可用于規(guī)范AFCI技術(shù)在普通斷路器、墻式安裝插座以及插頭線AFCI(cord AFCI)?！ ?/span>
國際標(biāo)準(zhǔn)方面，2007年IEC開始研究該技術(shù)，2009年正式確定此產(chǎn)品為電弧故障檢測裝置(AFDD)，并開始起草相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)建議書，而且還預(yù)先發(fā)布了AFDD的國際標(biāo)準(zhǔn)號IEC 62606.
在國內(nèi)，早在二十世紀(jì)七八十年代，我國電氣行業(yè)中就有一些工程技術(shù)人員對故障電弧危害具有一定認(rèn)識，但由于當(dāng)時技術(shù)條件限制及對危害認(rèn)識的不足未能開展相關(guān)研究工作。進(jìn)入九十年代，不少業(yè)內(nèi)人士關(guān)注美國相關(guān)故障電弧技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展，直至2000年初國內(nèi)才有少數(shù)技術(shù)人員開展實質(zhì)性研究工作。
2010年全國低壓電器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(SAC/TC189)其項目組開始對AFDD進(jìn)行研究和相關(guān)試驗，同時持續(xù)進(jìn)行國際標(biāo)準(zhǔn)的跟蹤和研究。2013年，低壓電器標(biāo)準(zhǔn)化委員會將《電弧故障保護(hù)電器(AFDD)一般要求》納入年內(nèi)國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃項目。如今，“故障電弧探測裝置”已成為消防產(chǎn)業(yè)及低壓電器行業(yè)關(guān)注的焦點技術(shù)之一。
經(jīng)過國家相關(guān)部門多年努力，現(xiàn)階段兩個均在審批階段的標(biāo)準(zhǔn)：消防電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB14287.4《電弧故障探測裝置》與低壓電器產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T XXXX《電弧故障檢測裝置(AFDD)的一般要求》預(yù)計年內(nèi)都有望發(fā)布實施。
3.2 國內(nèi)消防標(biāo)準(zhǔn)和行標(biāo)的一般區(qū)別與融合特征
3.2.1 一般區(qū)別
GB14287相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由公安部提出，歸口到全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會火災(zāi)探測和報警分技術(shù)委員會(SAC/TC113/SC6);JB/T XXXX-XXXX《電弧故障檢測裝置(AFDD)的一般要求》由中國電器工業(yè)協(xié)會提出，由全國低壓電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC189)歸口。 標(biāo)準(zhǔn)簡稱的區(qū)別：所屬于消防標(biāo)準(zhǔn)GB14287.4《電弧故障探測裝置》簡稱為“AFD(Arcing Fault Detectors)”;低壓電器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中《電弧故障檢測裝置》簡稱為AFDD(Arc Fault Detection Device)。
標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍的區(qū)別：GB14287.4歸屬于消防產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，即“電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第四部分：故障電弧探測裝置”，該標(biāo)準(zhǔn)適用于民用建筑中10kV及其以下電氣線路中安裝使用的故障電弧探測裝置(AFD);行標(biāo)“AFDD”適用于家用和類似用途的交流電路的電弧故障檢測裝置。
標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品功能要求的區(qū)別：GB14287.4中“AFD”以實現(xiàn)探測故障電弧報警為主要目的;行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“AFDD”以檢測電弧故障并可立即斷開保護(hù)電路為主要目的。其主要細(xì)節(jié)區(qū)別如下：
對于GB14287.4“AFD”中從對故障電弧報警功能的要求來看，其作為電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的一種類型顯而易見，例如標(biāo)準(zhǔn)中對報警功能明確提出以下幾點：
(1)被探測線路內(nèi)若在1s內(nèi)發(fā)生11個及其以上半周期的故障電弧，探測器應(yīng)在30s內(nèi)發(fā)出聲、光報警信號和控制信號，聲光報警信號應(yīng)能保持，直至手動清除。
(2)探測器應(yīng)設(shè)有一組控制輸出，在檢測到電弧故障時，控制輸出應(yīng)在1s內(nèi)動作。
(3)探測器在誤報警試驗過程中，不應(yīng)發(fā)出報警和控制信號。
(4)探測器在負(fù)載抑制性試驗過程中，探測器應(yīng)在30s內(nèi)發(fā)出報警和控制信號。 在《電弧故障檢測裝置(AFDD)的一般要求》中從結(jié)構(gòu)類型分類可見，“AFDD”以檢測電弧故障并可立即斷開保護(hù)電路為主要目的應(yīng)用。
例如在其范圍提出幾個重要內(nèi)容。
AFDD由制造商指定：
(1)作為在規(guī)定的條件下能斷開被保護(hù)電路的帶有斷開機(jī)構(gòu)的單一裝置;
(2)或作為一種與保護(hù)電器組合在一起的單一裝置;
(3)或作為獨(dú)立單元，與已聲明的保護(hù)電器(CB或RCCB或RCBO)現(xiàn)場組裝的AFDD.
整體式的保護(hù)裝置應(yīng)是符合GB 10963.1的CB或符合GB 16916.1、GB 16917.1、GB 22794的RCD.
可以預(yù)見“AFD”在未來應(yīng)用中更多依據(jù)建筑設(shè)計規(guī)范中對消防安全要求的考慮，需采用“AFD”。與此同時，隨著“AFDD”技術(shù)的成熟化，未來該類產(chǎn)品將勢必與漏電斷路器一樣在我國被普及應(yīng)用。簡而言之，消防標(biāo)準(zhǔn)中“AFD”要求比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用要求更為明確。
3.2.2 融合特征
無論是消防的“AFD”還是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“AFDD”均是針對故障電弧的保護(hù)裝置。兩個標(biāo)準(zhǔn)均相應(yīng)參考UL1699《電弧故障斷路器(AFCI)》中的有關(guān)試驗方法。消防的“AFD”產(chǎn)品與“AFDD”本身具有融合的特征，只是在針對采用符合的標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)要求上有所區(qū)別。
在《電弧故障檢測裝置(AFDD)的一般要求》章節(jié)“4分類中：
4.4選擇性AFDD”指出，“選擇性AFDD是一種在某些條件下不會脫扣，而允許其下端AFDD脫扣的AFDD。”同時在其章節(jié)“4分類：
4.1根據(jù)結(jié)構(gòu)類型分：4.1.3由符合附錄D的AFD單元與符合一個或多個標(biāo)準(zhǔn)GB 10963.1、GB 16916.1、GB 16917.1、GB 22794的相關(guān)保護(hù)電器現(xiàn)場組裝的AFDD。”其中所述的AFD單元這里指的是電弧故障檢測單元(arc fault detection unit)，是AFDD的一部分，確保檢測和辨別危險的接地電弧故障、并弧故障和串弧故障的功能;并驅(qū)動開關(guān)電器動作以斷開電路。
相比較GB14287.4中要求探測器(AFD)應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)出聲、光報警信號和控制信號而言，聲光報警信號應(yīng)能保持，直至手動清除。可見，GB14287.4“AFD”以監(jiān)控報警為主要目的，對是否驅(qū)動開關(guān)電器動作以斷開電路未作明確要求，而行標(biāo)“AFDD”以檢測斷電為主要目的，對是否提供報警功能未作要求。
4 產(chǎn)品應(yīng)用
隨著人們對故障電弧認(rèn)識的加深，相當(dāng)一部分人意識到對故障電弧的防范已刻不容緩，建議加快推廣使用故障電弧保護(hù)裝置。例如，在古建筑群、古村落、商業(yè)老街、風(fēng)景區(qū)、博物館等重要建筑物中作為防火安全優(yōu)先考慮產(chǎn)品。未來，隨著故障電弧檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，隨之該類產(chǎn)品消費(fèi)的價格水平能夠惠及我國千家萬戶滿足普通家庭安全用電需求。
江蘇凱隆電氣有限公司作為消防電氣及低壓電器產(chǎn)品研發(fā)與制造企業(yè)，參與了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)會議及探討，并在行業(yè)內(nèi)率先推出電弧故障檢測裝置，包括電弧故障探測器、電弧故障斷路器及監(jiān)控系統(tǒng)方案。
(1)電弧故障探測器(AFD) CKAT系列電弧故障檢測裝置見圖3，產(chǎn)品符合GB14287.2及GB14287.4標(biāo)準(zhǔn)。
該產(chǎn)品由AFD單元結(jié)合小型斷路器設(shè)計，能對低壓配電分支線路中可能由電弧、漏電及過流三大導(dǎo)致電氣事故隱患進(jìn)行報警防范與保護(hù)。產(chǎn)品具有LCD實時數(shù)據(jù)顯示、漏電報警值可設(shè)置、可選擇限流功能、無線組網(wǎng)及電能計量管理功能。產(chǎn)品可作為支路總保護(hù)使用。
(2)電弧故障斷路器(AFCI)，最大應(yīng)用額定電流63A及以下，能及時切斷負(fù)載供電線路中產(chǎn)生短路、過載、電弧及漏電故障電源。產(chǎn)品具有LED狀態(tài)指示、故障記憶、負(fù)載(>2A時)LED指示功能、漏電警示功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無線組網(wǎng)及電能管理功能。產(chǎn)品符合GB16917.1及AFDD行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
(3)監(jiān)控系統(tǒng)
1)采用RF無線網(wǎng)絡(luò)的AFD火災(zāi)隱患監(jiān)控系統(tǒng);
2)WIFI+LCD室內(nèi)電氣監(jiān)測系統(tǒng);
3)智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺。
采用在原有具備短路、過載、漏電等保護(hù)功能基礎(chǔ)上增加具有故障電弧防護(hù)功能的保護(hù)電器或裝置，在終端電氣火災(zāi)事故防御上又增設(shè)了一道屏蔽防護(hù)網(wǎng)。
5 結(jié)束語
在民用、工業(yè)、交通等領(lǐng)域內(nèi)都一定程度的存在著電弧威脅。由于電弧的能量大，對設(shè)備、人員的危害很大，但是目前的熔斷器、斷路器等保護(hù)裝置只能對過流、短路等情況進(jìn)行檢測和保護(hù)，不能起到對電弧檢測和保護(hù)的作用。因此，電弧檢測和保護(hù)的需要很迫切，意義非常大，既有社會效益，也有經(jīng)濟(jì)效益，而且其應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛。
目前，國內(nèi)有幾所高校在開展對故障電弧的研究，同時只有少數(shù)幾家企業(yè)在電弧保護(hù)方面取得了一些成果，隨著人們對電弧故障危害的認(rèn)識及行業(yè)應(yīng)用推廣的加深，在家庭用電以及航空航天領(lǐng)域的電弧保護(hù)還有待進(jìn)一步發(fā)展?！?a href="http://m.sdwqd.cn" target="_blank">凱隆電器】
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江蘇凱隆電器有限公司是江蘇洛凱機(jī)電股份有限公司的控股子公司。公司已成為我國電器行業(yè)的重要成員企業(yè)。
公司注重新品研發(fā)和應(yīng)用，追求技術(shù)提升和創(chuàng)新，實現(xiàn)管理躍升和進(jìn)步。立志努力將凱隆電器打造成為國內(nèi)智能低壓電器元件乃至電器整體方案的知名制造和提供商。
