电气火灾的主要原因.docx

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1、摘要故障电弧是引起电气火灾的主要原因之一，严重危害了大众生命财产的安全。因此故障电弧研究尤其是故障电弧检测方法研究变得日益重要。文章主要介绍了故障电弧分类、故障电弧检测方法研究现状以及故障电弧研究趋势，为预防由于电弧故障引起的电气火灾奠定基础。　　近年来，根据统计数据显示因电气原因引发的火灾在各类火灾中高居榜首，约有３０％的火灾是由住宅电气线路老化或配置不合理造成的，并正以平均每年１％的速度持续上升。在电气火灾中，电气短路引起的火灾事故又占到一半以上。电气短路的形式有两种：一种是导体间直接接触，如相与相之间、相与Ｎ线之间短路，短路点往往被高温熔焊的金属短路，称为

2、金属性短路；另一种则是带电导体对地短路，是以电弧为通路的电弧性短路（故障电弧）。前者短路电流以数千安计，金属线芯产生高温以至炽热，绝缘被剧烈氧化而自燃，火灾危险甚大，但金属性短路产生的大短路电流能使断路器瞬时动作切断电源，火灾往往得以避免。后者因短路电流受阻抗影响，电弧长时间延续，而电弧引起的局部温度可高达３０００℃～４０００℃，很容易引燃附近可燃物质引起火灾，但由于接地故障引起的短路电流较小，不足以使一般断路器动作跳闸切断电源，所以故障电弧引起火灾的危险远大于金属性短路。２　故障电弧分类　　电弧是一种气体游离放电现象，也是一种等离子体。电弧中的电流从微观上看是

3、电子及正离子在电场作用下移动的结果，其中电子的移动构成电流的主要部分。　　根据电弧产生的机理，可分为好弧和坏弧。好弧通常是指插拔电器时产生的电弧，而坏弧又称为故障电弧，主要是由于电线、电缆电气绝缘性能老化、破损，污染及空气潮湿引起的空气击穿，或者电气连接松动等原因造成的。故障电弧根据电弧电流的强度，可以分为高水平电弧和低水平电弧。故障电弧根据电弧产生的位置又可分为串型电弧和并型电弧两类，而并型电弧又可分为对地电弧以及线线电弧（如下图所示）。３　故障电弧检测现状　　由于产生故障电弧时，电网电压会突然下降，电流上升，并且会伴随有弧光、弧声、热以及电磁辐射等物理现象。

4、目前国内外学者基于以上故障电弧现象在电弧检测方面也作了一些研究。３．１基于电流、电压的检测方法　　故障电弧发生时，会引起电路中电压和电流发生变化。发生故障电弧时，电流短时为零即“平肩部”现象、电流正负半周区别大、相邻周期幅值变动大；电压在零区的时间常数非常小，电弧电压变化率在零区较大，在电流过零时最大。　　Ｄｅｌｐｈｉ研究室基于故障电弧时电流会有突增或者突降的特性，设计了ＦＤＣ模块（Ｓｅｒｉｅｓ/Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ａｒｃ　Ｆａｕｌｔ　Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：串型/并型故障电弧检测电路），并提出一种电弧检测装置，应用于汽车系统电弧的检测，但该

5、装置的缺点是当开关闭合后，系统要求负载不能有太大的变化，而事实上在很多场合线路的终端负载可能会发生变化，当负载为非线性负载或者负载的热插拔都会造成故障电弧检测的误动作。Ｒ．Ｓｐｙｋｅｒ等人主要针对直流串联电弧进行研究发现在１０　ｋＨｚ到１００　ｋＨｚ的频率范围内，电流的谐波含量明显增多，由于电弧电流的频域特征，说明了在频域进行故障电弧检测的可能性。于是ＪａｍｅｓＡ．Ｍｏｍｏｈ等人将傅立叶分解引入了电弧检测中，将采集到的电流值和电压值综合进行考虑，得到能量的傅立叶分解，傅立叶分解的结果就可以作为判断故障电弧的依据。但是，考虑到负载性质（如ＤＣ－ＤＣ将引入高频干扰）

6、、电源质量等因素，为了防止产生误判断，又引入了ＡＮＮ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ：人工神经网络），将傅立叶分解后的结果引入神经网络中，进行训练，然后得到较为精确的结果。但是，传统的ＦＦＴ变换要求系统线性以及稳定的信号，以及故障电弧信号具有非线性以及随机性的特征，国内外学者又将小波分析引入了故障电弧检测中。韩国学者针对韩国的１５４ｋＶ的高压传输系统的高阻故障电弧，利用小波变换进行了某些研究。　　基于故障电弧时电压特性研制的一种电子式故障电弧检测器。首先，将２２０Ｖ电压变换放大、滤波。滤波器对电压信号的谐波处理后输至脉冲成型器，将电压的突降信

7、息变成脉冲，该脉冲经单稳态触发器后形成恒定幅值、宽度不变的脉冲，输至积分器进行积分，再至比较器，当积分器输出幅值超过比较器的设定值时启动线路，经延时后，发出脱扣信号，故障电弧的上游断路器分闸。这种电子式故障电弧检测器缺点是电弧电压信号的检测会受电网负载及其它因素的干扰，容易出现误判。３．２基于弧光的检测方法　　近年来，利用电弧的光效应，国外开发出了弧光检测与保护系统。如德国Ｍｏｅｌｌｅｒ公司用于低压开关柜的故障电弧保护系统、ＡＲＣＯＮ　ＡＢＢ的ＡＲＣ　Ｇｕａｒｄ　Ｓｙｓｔｅｍ故障电弧保护系统、芬兰Ｖａａｓａ公司的ＶＡＭＰ系统等。这些系统都是基于检测故障电弧时发出

8、的弧光以及过流双判据，提