电弧故障检测方法详解

电弧故障断路器的主要功能是检测和判别电气线路中可能存在的电弧故障，并在电弧故障达到预定的设定值时，发出脱扣指令而断开被保护电路的电源。因此，电弧故障断路器的工作原理就是围绕如何检测电弧故障信号、如何进行信号处理来阐述。电弧故障的检测方法是电弧故障断路器的一个关键技术。目前在低压电弧故障保护装置中检测电弧主要有两种方式：基于物理现象的电弧检测方法和基于电压电流波形的电弧检测方法。

1.基于物理现象的电弧检测方法

在电弧发生时，往往伴随出现高温、高压、电磁辐射和强烈的弧光等物理现象，尤其在大电流电弧时，这种物理现象更为明显，这些现象可以作为电弧故障检测的基础。目前，在中、低压开关柜内已有利用电弧物理现象检测电弧故障的成套装置。例如Moeller公司用于低压开关柜的电弧故障保护的ARCON系统、ABB公司的电弧故障保护系统（ARC Guard System）、芬兰Vaasa公司的VAMP系统等。这些系统都是基于检测电弧故障时发出的弧光以及过电流双判据，提供快速而安全的电弧故障保护。例如，ARC Guard System利用检测电弧故障所产生的特定弧光的频谱和电弧短路电流实现电弧故障检测；ARCON系统由光检测系统和电流检测系统组成，光检测系统检测电弧的弧光，并能对电弧发生位置进行定位，电流检测系统用于检测电流值是否达到所设的阈值，只有当两个条件同时满足时，才认定有电弧故障发生。

基于物理现象的检测主要在中、低压配电柜中使用。在终端配电线路中，由于电流较小，电弧的物理现象较弱，利用物理现象检测相对困难。同时基于电磁辐射、弧光和热量来识别，其检测范围受到一定的限制，因而不适合在保护范围较大的建筑物终端配电电路中使用。

2.基于电压电流波形的电弧检测方法(www.xing528.com)

在出现电弧故障的情况下，电网中故障电压和故障电流的波形会呈现出不同的特性。因此，无论在配电柜中或终端分支线路中，均可利用故障电压和故障电流波形的特性进行电弧故障检测。如图13-2和图13-3所示，当电路中电弧故障时，电弧波形有一个引燃、燃弧和灭弧的过程，除了引燃及灭弧过程外，电弧波形基本上为一个矩形波；在燃弧和灭弧的一个周期内，电弧电流波形会出现两个电流短暂为零的区域，即肩部平坦的波形。在电阻电感混合负载时，由于电感的作用，在电压突变的地方电流会出现更加明显的突变（见图13-5），这为电弧检测提供了方便。

图13-5 电阻电感混合负载时电弧故障的电流、电压波形

在电弧电压电流波形检测时，首先将检测到的电压或电流信号进行变换放大、滤波，然后滤波器对信号的谐波进行处理后输至微处理器，由微处理器进行计算和判断，如判断为电弧故障，则发出脱扣信号，使电弧故障断路器分断。这种方式可以检测其下端电路和用电设备中发生的电弧故障，比较适合于在终端电路中使用。