简谈故障电弧断路器（电力）
李明 何永泰
（成都星宇节能技术股份有限公司，成都市610093）
摘要：故障电弧断路器能对低压配电线路中的各种电弧进行检测和鉴别。若为正常工作电弧（如插拔通断），断路器可靠不动作，正常供电；若为故障电弧（如电线绝缘击穿打弧），断路器立即跳闸断电灭弧。文章对低压配电线路的保护、国内外故障电弧断路器的应用情况等进行介绍。
关键词：低压配电；故障电弧；好弧；坏弧；串型电弧；并型电弧；对地电弧；AFCI
中图分类号：TM561.5 doi: 10. 3969 /j. issn. 1003 - 8493. 2016. 06. 008
1 低压配电线路保护概述
1.1 低压配电线路保护的一般配置
低压配电线路遍布各行各业。配电线路的安全运行不仅直接影响到工农业生产发展，还与人民群众的生命财产安全息息相关。为确保工农业生产能稳定有序发展和人民生命财产的安全，设计低压配电线路必须把安全放在首位。
确保低压配电线路安全运行最根本和广泛应用的方法是对低压配电线路采取完善而有效的保护措施，保证当线路发生故障时能及时切断电源，保护人身和财产的安全。GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》规定：低压配电线路应装设短路保护、过载保护和接地保护；JGJ 16 - 2008《民用建筑电气设计规范》规定：低压配电线路应根据不同故障类别和具体工程要求装设短路保护、过负荷保护、接地故障保护、过电压及欠电压保护。这些规定的实施，对工农业生产和人民生命财产的安全发挥了重大的保障作用。
1.2剩余电流保护的出现
低压配电线路短路和接地故障大多发生在末端回路，约占全部故障的90%。因为插头、插座和移动电器及其导线和接头更容易出现伤人接地故障，低压配电线路保护面临严峻挑战，在此严峻的形势下出现了剩余电流保护。近些年来剩余电流保护的出现极大地改善了低压配电线路保护的局面。
1.3原有低压配电线路保护的缺失
原有低压配电线路固然能对配电线路过负荷、短路故障、接地故障进行一般的保护，但对造成电气火灾的最大威胁——故障电弧却无能为力，因为故障电弧的起弧电流值很小，甚至未达到额定电流。
通用微型断路器MCB是按检测过载电流为主设计的，由图1可以看出，低水平电弧的电流很小，甚至小于额定电流，因此通用断路器不会动作；而高水平电弧的电流虽然较大，但是因故障电弧燃弧持续时间短，往往不足以使通用断路器达到保护动作的时间，也不能立即动作切断电源，最后导致火灾发生。
随着我国经济的飞速发展和人民生活水平的快速提高，各式用电设备与家用电器层出不穷，各个行业用电量与居民用电负荷急剧增长，原有的供电线路不堪重负，电气火灾形势严峻。如何防止由故障电弧引发的电气火灾显得极为迫切，低压配电线路保护再次面临严峻挑战。
2故障电弧断路器的出现
故障电弧检测技术是电气防火领域的一项突破性新技术。电弧检测技术的出现使得我们有条件使用特制的微断来检测故障电弧，这就是故障电弧断路器。由于引发电气火灾的主要元凶是故障电弧，而故障电弧引发的火灾占电气火灾的80%以上，因此故障电弧断路器的出现，必将极大地改善低压配电线路电气火灾所面临的挑战。
2.1 电弧的分类与故障电弧的特点
根据电弧产生的机理，电弧可以分为两类：一类是好弧，即正常操作（如插拔电器）时产生的电弧；另一类是坏弧，即故障电弧。故障电弧主要是由于电线电缆的电气绝缘老化、电线电缆破损、空气潮湿绝缘降低等因素引起的气体击穿或电气连接松动原因而产生的电弧。
根据故障电弧电流的强度，可以分为高水平电弧和低水平电弧。
另一 根据故障电弧产生的位置又可分为串型电弧、并型电弧和对地电弧（见图2）
3类。
故障电弧的特点是温度很高、起弧电流小、持续时间短，一旦出现击穿点，则
会频繁出现。故障电弧放电时产生大量的热，极易引燃周围的易燃易爆品，造成火灾。
2.2故障电弧断路器简介
故障电弧断路器( Arc-fault Circuit Interrupter，简称AFCI）是应用高新技术手段来检测电弧并区分出好弧或坏弧的装置，是一种最新的低压配电线路保护装置，主要作用是保护由故障电弧引起的故障。一旦检测到并确定出现了故障电弧，便立即跳闸，切断故障电源而灭弧，将电气火灾消灭在发生前的一瞬间，确保电气安全。
成都星字节能技术股份有限公司开发的全功能型XYAFCI产品，主要功能是对故障电弧进行全方位的保护，还可以对过负荷、短路电流和剩余电流进行保护，并带有LED指示灯对正常运行、剩余电流保护和故障电弧动作的状态进行显示，还可实现无线组网功能。正常运行时绿灯持续闪亮；当发生故障分闸后，红灯闪8次显示为故障电弧保护动作；黄灯闪8次显示为剩余电流保护动作。
2.3故障电弧断路器相关规范
据统计，电气火灾约占全部火灾的30%以上，并且还在快速增长。在此严峻的形势下，故障电弧断路器成为了减少低压配电线路电气火灾发生的新增保护首选。
GB／T 31143 - 2014《电弧故障保护电器(AFDD) 的一般要求》已由国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会发布，并于2015年4月1日起实施；据了解，正在草拟修改中的《民用建筑电气设计规范》也已经将故障电弧断路器列入低压配电线路新增保护之列。故障电弧断路器将为减少和消除电气火灾贡献力量。
3故障电弧断路器在国外的使用情况
早在2002年，美国国家电气规范(NEC 2002)就作出规定，在新建建筑和老建筑的卧室必须安装AFCI和AFCI墙插座，所有的空调也要安装AFCI插座。美国国家消防协会(NFPA)在2003年对安装AFCI的使用效果做出结论：AFCI可以防范75%~80%的电气线路火灾。因为作用明显，经美国联邦消防署提议，美国国家电气规范(NEC) 2008年又新增了AFCI的安装区，几乎所有分支电路都要求安装AFCI,即要求住宅的家庭活动室、起居室、餐厅、客厅、书房、娱乐室等都必须安装AFCI。如图3所示。
欧盟及成员国也完成了相关法规的建立，准备强制指定安装；西门子、施耐德等一批国际知名品牌商家正在以空前的力度以图先机，抢占市场。
4结语
目前故障电弧断路器的国内市场方兴未艾。随着产品国家标准GB／T 31143 - 2014《电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求》的实施和相关设计规范的完善，故障电弧断路器( AFCI)在国内的推广必将迅猛展开，在住宅、商铺、医院、油库、化工仓库及其他容易引发电气火灾的场所得到广泛的应用，市场前景广阔。
