安科瑞故障电弧探测器在建筑电气中的设计与应用

【摘要】：国家双碳政策下，光伏发电将在未来能源结构中承担主力军角色，同时也将进入一个蓬勃发展的新时代。2021年，分布式光伏电站新增容量超过集中式电站，标志着分布式光伏电站进入大规模快速增长阶段，但是，随之而来的“安全问题”也越来越多，已经到了迫切需要解决的地步。

(资料图)

“安全”是一切产业的命脉，是一票否决的原则性问题，光伏电站安全运营也是电站取得商业回报的根基所在。随着“整县推进”项目不断落地实施，大量政府机关、学校、医院、居民屋顶以及加油站、各种料棚和工商业彩钢瓦屋顶安装光伏电站。一直以来，光伏电站“防电弧”和“防火灾”发生是光伏电站的难点、屋顶电站的痛点、政府关注的焦点、社会舆论的焦点。

【关键词】：分布式光伏电站；故障电弧探测器；电气火灾

引言

大暑，是二十四节气中的第十二个节气，也是夏季最后一个节气。

随着中国经济和科学技术的迅速发展，城市建设越来越快，进入城市的人口越来越多，城市建设逐渐向高密集型、智能化方向发展，现代大体量建筑、公众集聚场所建筑和一类高层建筑越来越多，随之而来的火灾隐患也在大大增加。电气设备在使用过程可能因自身故障引发安全事件，从而造成难以估量的后果。究其原因发现，设备设计、制造、安装以及后期使用维护、电气设备故障、线路老化等均是导致安全事件出现的主要因素。基于此，一定要对电气设备使用给予足够重视，为内部电弧增添相应保护设施，以免电气设备功能受到影响。

斗指未，太阳黄经为120°，于公历7月22日—24日交节。“暑”是炎热的意思，大暑，指炎热之极。

故障电弧产生原因及危害

故障电弧是指由于电气线路或设备中绝缘老化破损、电气连接松动、空气潮湿、电压电流急剧升高等原因引起空气击穿所导致的气体游离放电现象。故障电弧发生时，其中心温度可高达3000 ℃左右，并伴随有金属喷溅物，足以引燃任何可燃物，引发电气火灾，对人民群众的生命财产安全造成危害。

电弧的分类

电弧分为好弧与坏弧，好弧是指电路正常时产生的火花，例如，插头脱离插座时生成的电弧会快速熄灭，并不会对设备造成负面影响，这类电弧不会威胁设备以及使用人员生命安全。坏弧主要是因线路老化、空气潮湿、短路等因素所导致。根据电弧出现时电流大小不同，可将电弧细分为大电弧及小电弧；若将故障出现位置作为划分标准，又可分为串联电弧故障、并联电弧故障等。

●串联电弧

串联电弧，又称为拉弧。串联电弧通常由组件间电缆插头接触不良、组串电缆与汇流箱或者逆变器的连接不牢靠等原因造成。

●并联电弧

并联电弧主要由线路破损引起的正负极性导体短接，或者组串电缆之间短接引起的。当组串电缆被机械挤压或磨损时，在正负极之间，或者不同组串之间就会产生电弧放电，这就是并联电弧故障。还有一种情况也会导致并联电弧，当系统出现串联电弧没有及时处理时，串联电弧的热量烧坏电缆绝缘层，也会产生并联电弧。

当组件方阵主要导体之间发生并联电弧将会造成重大火灾事故。通过切断光伏系统直流母线或相应组串可以熄灭串联故障电弧，然而却无法熄灭并联故障电弧，甚至可能导致更大的电流通过电弧通路，使电弧燃烧更加剧烈。

目前，逆变器中集成的电弧保护功能，不能检测并联电弧和接地电弧，但并联电弧的破坏力往往是串联电弧的10倍，安全隐患更大。

●接地电弧

部件老化破损或机械损伤导致对地放电，如果组件平铺在彩钢瓦屋顶上，将出现接地电弧或漏电情况。这种故障不易排查发现，尤其雨天更是常见，目前，解决方法为逆变器停机，等接地处干燥后再开机运行，这种方法并不能合理排除隐患，同时增加人身触电的风险。

故障电弧探测器检测原理

探测器通过对电路中电弧电流的检测、处理、分析，判别故障电弧是否发生及持续，决定是否需要分断电路及发出警报。探测器采用智能微控制器(MCU)作为控制中心，对电流互感器线圈采集到的微弱电流信号进行实时波形处理，分析波形特点， 并与存储的电弧故障波形数据库进行比较、判别，确认电弧故障是否发生。通常，探测器需具备如下特性：其一，准确的电弧电流检测功能（mA 级）。其二，快速的电弧 波形分析能力（ms 级）。其三，准确的故障波形特征库，并有一定“学习”功能，能准确判断不同负载下的串联或并联电弧故 障。其四，可靠的动作特性，发生串、并联电弧故障时快速分 断电路，电路正常工作时不误动作，进而保障供电连续。

安科瑞一站式保护方案

在末端电箱设置故障电弧探测器

系统组网图如下：

故障电弧可以对接AcrelEMS企业微电网能效管理平台，具备强大的数据接收、处理、存储、访问能力，平台融入了电力监控、电能统计、电气安全等功能，互联互通，合理互动。

结束语

伴随时代发展变化以及社会进步，电气设备已经成为现代建筑不可缺少的一部分，是决定建筑安全性、实用效果的关键因素。但设备在运行过程中偶尔会出现一些故障，在影响居民日常生活的同时可能会造成难以估量的后果，这种情况之所以出现主要是因电弧的产生。由此可见，对其进行深入研究分析并设计电弧保护具有较为重要的意义与作用，能够合理降低故障出现概率，延长其生命周期，减少故障维修时投入的资金成本，具有较为显著的经济效益。

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