主要试验方法：13.4.2的详解

本节主要介绍与电弧故障检测有关的试验，例如，串联电弧故障试验、并联电弧故障试验、屏蔽试验和误脱扣试验等。

1.碳化通道电缆试品制备和电弧发生器

在串联电弧故障和限流电弧故障检测时，应采用具有碳化通道的电缆来产生电弧。在屏蔽试验时，可采用碳化通道电缆或电弧发生器产生电弧。

（1）碳化通道电缆试品制备 将两根截面积为1.5mm²（或AWG16）的导线紧密地捆绑在一起（如用胶带或者类似物品），应使用平行导线的电缆。可采用下列电缆之一来测试AFDD：

——符合GB/T 5023.1—2008附录A的60227 IEC41分类的扁形铜皮软线；

——也可采用两根符合GB/T 5023.1—2008附录A的60227 IEC02分类的一般用途单芯软导体无护套电缆，用PVC绝缘带将其捆绑在一起。

电缆试品按下列方式准备：

1）试品的材料和形状应适合于在导线之间形成足够的碳化通道，在施加电压时能产生电弧；

2）电缆截成最小长度为200mm，并在电缆试品两端25mm处将其分成单股导线；

3）从电缆一端将两根导线间的绝缘层切开50mm，切割深度应能露出导线而没有切断任何线丝；

4）绝缘切口用黑色的PVC电气绝缘带包裹两层，然后再在外面用玻璃纤维带包裹两层；

5）在电缆上绝缘切口的另一端将导线的绝缘剥开约12mm，以连接试验电路。

然后按下述要求对电缆试品进行预处理，以便在两根导线之间的绝缘上产生碳化导电通道：

1）电缆试品连接一个能提供30mA短路电流和至少7kV开路电压的电路，通电约10s，或者至停止冒烟；

2）电缆试品连接一个能提供300mA短路电流的电路，电压至少为2kV或足以使电流流过。电路通电约1min，或者至停止冒烟。

如果与碳化通道串联的一个100W/220V的白炽灯，在220V时发光，则认为已形成了碳化通道。

（2）电弧发生器 电弧发生器由一个固定电极和一个移动电极构成，其结构如图13-31所示。

一个电极为直径6mm的碳-石墨棒，另一个电极为铜棒。一个或两个电极的燃弧端可制成尖端，如图13-31所示，a的尺寸约为（17±7.5）mm。

当接入电路中时，两个电极分开至一个合适的距离，并应在电极间产生稳定的燃弧。

当采用电弧发生器时，电弧故障断路器应在表13-5中规定断开时间的2.5倍内清除电弧故障。

2.串联电弧故障试验

串联电弧故障试验电路如图13-32所示，将电缆试品和AFDD串联进行试验。每次试验时都应使用新的电缆试品。试验应在AFDD的额定电压及表13-5规定的每个电弧电流等级下进行试验，但试验电流不能超过其额定电流。AFDD应在表13-5对试验的电弧电流规定的时间内断开电弧故障。

图13-31 电弧发生器结构

图13-32 串联电弧故障试验电路

串联电弧故障检测试验的方式分以下几种：

（1）在电路中突然出现串联电弧故障时，验证正确动作 试验开关S₁、S₂处于闭合位置，通过阻性负载将试验电弧电流从表13-5的最小电弧电流值调到AFDD的额定电流，试验开关S₂然后打开。

试验开关S₁、S₃和S₄以及AFDD处于闭合位置，试验开关S₄突然打开插入与负载串联的电缆试品。测量3次分断时间，不超过表13-5规定的时间极限值。

（2）接入带有串联电弧故障的负载时，验证正确动作 试验开关S₁、S₂处于闭合位置，通过阻性负载将试验电弧电流调到表13-5的最小电弧电流值，然后试验开关S₂打开。

试验开关S₁和AFDD处于闭合位置，试验开关S₃和S₄处于打开位置，试验开关S₃突然闭合，对带串联电弧故障的负载供电。测量3次分断时间，测量值不应超过表13-5规定的时间极限值。

然后在AFDD的额定电流下重复试验。

（3）在闭合串联电弧故障时，验证正确动作 试验开关S₁、S₂处于闭合位置，通过阻性负载，将试验电弧电流调到表13-5的最小电弧电流值，试验开关S₂然后打开。

试验开关S₃和AFDD处于闭合位置，试验开关S₁和S₄处于打开位置，试验开关S₁突然闭合，对AFDD和带串联电弧故障负载供电。测量3次分断时间，测量值不应超过表13-5规定的时间极限值。

然后在AFDD的额定电流下重复试验。

（4）极限温度下的试验 AFDD依次在下列条件下，进行13.4.2节中2（1）“在电路中突然出现串联电弧故障时，验证正确动作”中规定的试验：

1）周围温度：-5℃，仅在表13-5最小值电流和0.85倍的额定电压下进行；

2）周围温度：+40℃，AFDD先在任何合适电压下通以额定电流负载，直至达到热稳定状态。仅在AFDD的额定电流和1.1倍的额定电压下进行试验。应在达到稳态之后进行脱扣试验。

3.并联电弧故障试验

（1）限流并联电弧时，验证正确动作

按表13-6的规定，当0.5s内电弧半波数量达到表中的要求时，AFDD应能断开电弧故障。

一个电弧半波是指在10ms（额定频率50Hz）期间产生的所有电流波形。在此期间可能部分时间有电流通过，但不是所有时间均有电流通过。在每个电流通过期间的前后，可能有段时间没有电流或有很小的电流（幅值不超过预期电流的5%的电流或持续时间不超过半波5%的电流被视为是很小的电流），该电流可能持续半周期的一部分，也可能持续几个半周期。一个完整的正弦半波电流不可被视为一个电弧半波。

在故障电流为75A和100A的情况下进行试验，试验电路如图13-33所示。

图13-33 限流并联电弧故障试验电路

电缆试品并接在AFDD的出线端。试验开关S₂、S₃和S4处在闭合位置，通过电路中的线路阻抗Z将试验电流调到75A。然后打开试验开关S₂、S₃和S₄，AFDD和试验开关S₁闭合，突然闭合S₃。AFDD应按表13-6的规定值断开。

通过电路中的线路阻抗Z将试验电流调到100A重复上述试验。AFDD应按表13-6的规定值断开。

如果燃弧在0.5s内达到表13-6规定的半波数，AFDD应断开电弧故障。0.5s时间从第一个电弧半波开始计时。如果燃弧少于表13-6规定的半波数且AFDD没有脱扣，则用新的电缆试品重新进行试验。

（2）切割电缆并联电弧试验时，验证正确动作

试验仍采用图13-33的试验电路，但该图中的电缆试品用图13-34的切割电缆试验装置（或采用等效的装置替代）。

钢制刀片厚度应为3mm，外形尺寸约为32mm×140mm。如需要，可替换刀片。如果所有的相关方同意，刀片可以磨成锋口。刀片应固定在非导电杠杆臂上并保持一定的切割角来达到效果。试验时，刀片应固定，使其与第一根导线可靠接触，而与另外一根导线产生电弧接触。

图13-34 切割电缆试验装置

电缆试品应为常用的两根导线并排紧密地扎在一起（如用胶带），其截面积按表13-8的规定。试品最大长度应为1.2m，且应按图13-34所示置于刀片下方。

表13-8 对应于额定电流的试验铜导线(www.xing528.com)

试验应在AFDD的额定电压和表13-6的预期电弧电流下进行，通过阻抗Z调整试验电弧电流。在每个电流等级下采用三个电缆试品进行试验。每个电缆试品应仅用于一次试验。

非导电杠杆臂上的切割边（与电缆试品接触的刀片边缘）可以是沿着刀片切割边缘的任何位置。电路闭合，对非导电杠杆臂缓慢稳定地施加一个垂直的作用力，使刀片切割被试导线的绝缘体。刀片与第一根导线可靠接触，而与另一根导线产生点接触。

如果燃弧在0.5s内达到表13-6规定的半波数，AFDD应断开电弧故障。如果燃弧少于表13-6中规定的半波数且AFDD没有脱扣，则用新的电缆试品重新进行试验。

（3）接地电弧故障时，验证正确动作

以产生接地电弧故障的方式，在5A和75A的电流下进行13.4.2节中3（1）“限流并联电弧时，验证正确动作”中规定的试验，试验电路如图13-35所示。按照表13-5中5A和表13-6中75A的规定时间，AFDD应断开。如果电弧故障在0.5s内出现表13-6中规定的半波数，AFDD应断开电弧故障。如果燃弧少于表13-6中规定的半波数且AFDD没有脱扣，则用新的电缆试品重新进行试验。0.5s时间是从第一个电弧半波开始计时。

图13-35 接地并联电弧故障试验电路

4.屏蔽试验

屏蔽试验是用来检验电弧故障断路器在各种类似电弧负载的屏蔽下是否仍能正确地检测出电弧故障。本试验应在下列不同的抑制配置下检查AFDD的正确动作。屏蔽试验以13.4.2节中2（1）“在电路中突然出现串联电弧故障时，验证正确动作”中的试验方法为基础，可用电弧发生器或炭化通道电缆试品来产生电弧故障。

（1）抑制性负载的屏蔽试验 第一组试验在不带抑制性负载的情况下进行。AFDD和电弧发生器或电缆试品按图13-36接入电路，电流由一个阻性负载来调节。试验时，S₁断开，试验电压应是AFDD的额定电压，对额定电压为230V的AFDD，在2.5A电流下进行试验，每个AFDD应测试3次。

图13-36 屏蔽试验电路

第二组试验在施加抑制性负载的情况下进行，采用同样的阻性负载。AFDD、阻性负载（如果有时）和电弧发生器或电缆试品接入图13-37所示的每种电路配置。AFDD应在下述每一种屏蔽负载下进行试验：

1）起动和运行一个带通用电动机的真空吸尘器，对额定电压230V的AFDD，其满载额定电流为5～7A。

2）电子式开关电源（或开关电源组），在额定电压230V下总负载电流至少为2.5A，最小总谐波畸变率（THD）为100%，单独3次谐波最小畸变率为75%，5次谐波最小畸变率为50%，7次谐波最小畸变为25%。接通开关电源（或开关电源组）。

3）额定电压230V下，最大起动电流峰值为65（1±10%）A的电容起动电动机（空压机型）带载起动（在压缩机气缸无任何气压条件下操作）并运行。

4）对额定电压230V的AFDD，用一个带滤波线圈的600W电子灯光调节器（晶闸管型）控制600W钨灯负载（可由2个150W灯泡和3个100W灯泡组成），调节器预先分别设定至满载、导通角60°、90°、120°以及刚使灯点亮的最小设定值，接通调节器。

5）2个40W荧光灯外加一个5A的阻性负载。

6）总功率至少为300W、由电子变压器供电的12V卤素灯，再加上一个5A的阻性负载。

7）手持式电动工具，例如功率至少为600W的电钻。

图13-37中的电弧故障试验装置可以是电弧发生器，也可以是炭化通道电缆试品。当采用炭化通道电缆试品时，AFDD应在表13-5规定的时间内断开电路；当采用电弧发生器时，AFDD应在表13-5规定的时间的2.5倍内断开电路。

当采用图13-37中的试验电路配置A、C时，电路中电弧发生之前，如果测量出屏蔽负载电流低于2.5A时，不要求进行本试验。

试验电压应是AFDD的额定电压，每个AFDD在每种负载布置下进行3次试验。采用电弧发生器进行第一组和第二组试验时，电极应先接触，电路闭合。然后电极通过横向调节慢慢分开，直至产生电弧。

如果电弧故障试验装置接入后，试验电流不是表13-5所规定的任何一个电流值，则允许的电弧断开时间应按如下要求确定：采用邻近的较大试验电流对应的断开时间，或者在实际试验电流上下两个电流对应的断开时间之间采用插入法来确定。

图13-37 屏蔽试验的试验配置

a）试验电路配置A b）试验电路装置B c）试验电路配置C d）试验电路配置D

（2）EMI滤波器的屏蔽试验 AFDD安装在图13-37所示的试验电路配置B的电路中。对于额定电压为230V的AFDD，应采用3A的负载电流进行电弧试验。

当采用碳化通道电缆试品时，AFDD应在表13-5规定的时间内断开电弧故障；当采用电弧发生器时，AFDD应在2.5倍表13-5规定的时间内断开电弧故障。EMI滤波器的结构如下：

1）滤波器1：安装2个0.22μF的EMI滤波器。每个滤波器应安装在两根长15m、2.5mm²的阻性负载电缆的一端。滤波器应位于大约长2.0m、1.5mm²的软电缆的末端。电弧位置如图13-38所示。

图13-38 滤波器1的屏蔽试验

2）滤波器2：在一个长15m、2.5mm²电缆的末端安装图13-39所示的EMI滤波器，滤波器应位于长2m、1.5mm²的软线的末端。AFDD及燃弧的位置如图13-39所示，其中EMI滤波器结构如图13-40所示。

屏蔽试验电缆可采用GB/T 5023.1—2008附录A的60227 IEC41分类的扁形铜皮软线，或60227 IEC02分类的单芯软导体无护套电缆。

图13-39 滤波器2的屏蔽试验

图13-40 试验电路（见图13-39）中的滤波器的结构

L₁、L₂—6.36mH L₃—0.036mH L₄、L₅—1.47mH C₁—100nF C₂—0.27μF C₃、C₄、C₅、C₆—0.002μF R—330kΩ

（3）线路阻抗的屏蔽试验 AFDD按预期要求接入分支线路，在下述线路阻抗条件下，AFDD应按表13-5规定的分断时间动作。

分支线路由长30m、2.5mm²的铠装电缆（带钢制套管的2根导线）组成。额定电压为230V的AFDD，电弧故障发生器应与3A的负载串联，如图13-41所示。

图13-41 线路阻抗的屏蔽试验电路图

5.误脱扣试验

（1）串扰试验 两个支路由同样的相线和中性线供电，尽可能靠近地安装在配电箱中，一个支路有AFDD保护，一个支路没有AFDD保护（仅采用常规的MCB），如图13-42所示。两个电路均连接5A的阻性负载。

图13-42 串扰试验电路图

在一个没有AFDD保护的电路中，采用电弧发生器产生电弧，闭合MCB接入一个电弧故障，电弧持续时间为0.5s，另一电路中的AFDD不应脱扣。

（2）带各种干扰负载的试验 AFDD按13.4.2节中4（1）“抑制性负载的屏蔽试验”中的方法，用1）～7）的干扰负载进行试验，但不使用图13-36中所示的电弧发生器（图中的开关S₁闭合）。

手持式电动工具在试验前应进行24h的运转处理。

各种负载通电至少15s，至少应进行10次起动/停止操作。

在试验过程中，AFDD不应脱扣。