为三亿中国家庭安全用电保驾护航
技术论文

用电安全保障的终极保护开关—  电弧故障保护电器(AFDD)及其应用规范的探讨


1.电弧故障介绍

1.1什么是电弧

电弧是指电流穿过绝缘层时发光的放电现象,在放电的同时伴有热的产生,热量可以使得局部温度迅速上升到3000度,金属可以被融化。

1.2电弧分类

线路上的电弧可分为两种,一种是正常的操作弧,称“好弧”;另一种是故障电弧,称“坏弧”。

“好弧”是指电机旋转时电极电刷产生的电弧,如电钻,吸尘器等。另外当人们开关电器,插拔电器时产生的弧也是“好弧”或叫“正常电弧”。

“坏弧”是故障电弧,故障电弧的类型基本上可分三类。A类,B类和C类。A类称串型电弧,B类称并型电弧,C类称对地电弧(因C类弧也是漏电的故障,故在此不讨论)。A,B图示如下:

    A类:             B类:

B类电弧的电流较大,通常在过流时,普通的断路器不能立刻断电,所以造成火灾的概率也大。据公安部的统计,电线路老化、破损、虚接等造成的火灾在所有火灾事故中占有最高的比例,约占30%以上。


AFDD技术及应用市场介绍

2.1 AFDD技术简介

美国发现电弧是低压电气火灾的主要原因,于是研制了电弧断路器,英文简称AFCI,从1999年NEC 标准规定一些场所低压线路末端需要装设。IEC借鉴了美国的做法,但产品名称简称为AFDD.

AFDD中有高性能的微处理器(MCU), MCU将采集的电流和电压参数进行运算处理,判断下游线路上是否有电弧故障,根据我国最新的GB/T31143-2014产品标准,在AC线路上,当AFDD在0.5秒内侦测到8-12个半周的故障电弧(坏弧)、小电弧电流(负荷电流)至3A时,AFDD断路器即可执行脱扣切断AC电源,从发现第一半波的电弧故障到脱扣的时间一般小于0.2秒,对防止电气火灾发生非常有效。根据美国消防部门统计,美国自2002年使用AFCI以来,防止了大约75%的电气火灾。

1)保护曲线图

2AFDD与传统保护电器(开关)的对比


3HT-AFDD具备功能如下功能:

功能:

通过手机APP可显示每日家庭用电参数曲线,有助于提高用电安全,同时具备实时电参数推送功能,在第一时间将故障信息推送给用户。

   图2:AFCIAFDD)产品图

2.2市场应用—重点应用场所

IEC60364-4-42《低压电气装置 第4-42部分:安全防护 热效应保护》对AFDD的应用场所做了规定。

家居场所:

卧室、儿童房、老人房等易燃物品较多场所的末端配电回路;

商业场所:

商场、酒店等的易燃物品较多场所的末端配电回路;

生产、储存易燃物品的工业场所或由易燃物品合成的建筑物:

谷仓、木材加工车间、造纸厂、易燃材料仓储、木质建筑等场所的末端配电回路;

危及不可替代品位置:

博物馆、名胜古迹等场所的末端配电回路。

AFDD民用设计应用图

3.产品应用规范的探讨

3.1设计规范

GB51348-2019《民用建筑电气设计规范有关修订条例:

7.6   低压配电线路的保护

7.6.1   低压配电线路的保护应符合下列规定:

    1   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、过电压及欠电压保护、电弧故障保护,作用于切断供电电源或发出报警信号。并可配置相应通信附件,将状态及具体故障信息通过通讯系统上传;

…….

7.6.6   配电线路的电弧故障保护应符合下列规定:

   1   在以下终端回路中, 宜选用电弧故障保护电器(AFDD)以防止电弧故障引起的电气火灾:

    1)具备睡眠功能的房屋和场所;

    2)火灾造成后果严重的场所;

   2   电弧故障保护电器(AFDD)应符合现行国家标准《电弧故障保护电器的一般要求》GB/T31143-2014的有关规定。

(条文说明:

    具备睡眠功能的房屋和场所: 例如,住宅建筑的卧室;酒店建筑的客房等。火灾造成的后果严重的场所:例如,人员密集的场所,在藏有不可替代物品的场所,如博物馆,火车站,剧院等;有易燃物质的场所:例如,粮仓,木工厂, 易燃物质仓库等; 用易燃材料建造的或火灾蔓延容易的房屋:例如,木制建筑。)

新版GB50054-201X《低压配电设计标准》对AFDD的应用场所也做了规定。

3.2使用规范的探讨

目前,采用对负载波形特征侦测的电弧故障检测技术其机理是基于电弧特征与负载特征数据库的判定。因此负载在实际应用中的复杂性(多类型负载)会影响AFDD的可靠性,尤其是可能提高误动作概率。根据美国AFCI近30年来的应用及我们从2011年到今天对自身产品不断提升与实际应用的评估,给予如下意见:

对于常用负载的混合型负载线路,如一条支路上既有照明、家用电器、亦有风机等常规设备,在不高于16-20A额定范围内,根据试验与实际应用结果,可使用一只AFDD,其综合可靠性不低于98%,亦可使用一只具有通讯型AFDD,具备综合保护功能及保护参数可设置、预警、支持大数据应用等能力,进一步提高可靠性。

美国NEC标准规定AFCI应用在末端配电线路保护,额定电流不超过20A,以防范因复杂负载线路可能导致的可靠性降低与误动作。

应用设计:建议根据设计规范、成本及可靠性要求进行综合评估,首先选择相应功能型产品:如照明线路选择具有过载、短路及电弧故障保护功能的AFDD,1P+N 或2P结构产品均可;厨房、卫生间、插座线路等选择具有过载、短路、剩余电流保护及电弧故障保护功能的AFDD,具备同时切断L+N,2P结构产品;在成本允许下尽可能采用支路保护设计,而非当作总开关。另外,可尽量考虑设计具有无线通讯型产品。对于政府民生工程如公共场所、仓库,国家重点保护单位,如博物馆、古建筑群等可支持大数据应用管理,进一步提升安全预防水平,而对于个人及家庭可实现实时用电安全监控。

根据美国NFIRS/NFPA[美]全国火灾事件报告系统/美国消防局)报告,使用AFCI能有效防范约75%的电气火灾事故。但由于对故障电弧侦测机理受负载特征影响,防误动可靠性无法达到100%,因此,对于一家AFCI(AFDD)已普及应用的供应商,在AFCI(AFDD)使用中发生有误动现象,一般采取临时功能解除,同时上报厂家确认误动原因并可做识别性匹配,或由专业人士调整配电线路支路形式。因此,对于AFDD可能出现的误动作,即视为对产品质量合格性的判定需要更加客观。

总之,因电弧导致火灾具有速燃性,应该用AFDD直接切断故障回路,将电气火灾隐患消灭于萌芽之中。AFDD目前在国内尚属初期应用阶段,其应用规范与标准还需进一步根据实际应用情况进行合理设计,但推动AFDD应用、防范电气火灾事故的巨大社会意义已刻不容缓。


4.结束语

在大数据来临时代,维护人生安全更是第一设计要素。人类对物质需求发展始终是从无到有、从有到优、从优到能满足人类最大的安全与人性化服务需求,正如初期配电采用刀闸开关到如今“AFDD+物联网”型断路器,AFDD正是因为采用了处理器的数值化电路,才得以解决识别故障电弧的能力及支持大数据的潜力,从功能到数据化信息化的革命正是智能制造2025、智能电网、物联网的真正意图,即提高为人类综合服务水平。AFDD产品关乎家庭及公共设施防火灾安全,我们希望AFDD产品在中国尽快得到普以较少电气火灾危害,其应用必将造福广大人民群众及社会。



参考文献

[1]罗雷,刘晖.家用电弧断路器(AFCI)的开发[J].建筑电气期刊,2006.02.

[2]曾元超.防范电气火灾新技术[J].Taiwan 台电月刊,2008.09.

[3]AFDD 电弧故障断路器国家标准GB/T31143.

[4]UL1699 Standard. 1999-2008.

[5] NEC 2017 美国电气法规.

[6]马建光,姜巍.大数据的概念、特征及其应用[J].国防科技,2013.(04).

[7]波官勇,虞胜才.电弧故障探测与保护相关标准对比分析 [J].电器与能效管理技术,2014.(11):65-67.

[8]波官勇,任长宁,罗雷.电弧故障保护电器应用规范的探讨 [J].电器与能效管理技术,2015.(21):29-31.

[9]赵应国.大数据技术的应用[M].贵州大学:统计学前沿专题,2015.

[10]陈丹.大数据的应用综述[J].科教导刊(电子版),2015.(08).





南京雨花台区花神大道23号5号楼
联系我们
17712860385、13770994561
hantu@towaygo.com