电弧故障保护电器（AFDD）电弧故障动作特性试验方法的探讨

电弧故障保护电器（AFDD）电弧故障动作特性试验方法的探

讨

徐献清

【摘要】针对AFDD产品对电弧故障的识别能力无法保证,同时存在生产企业出厂检验合格的产品在不同的检测场所测试时测试结果有较大差异的问题展开了讨论。针对电弧故障动作特性的测试,重点探讨了试验方法需要关注的要点、检测设备制作的关键点,以及可能的影响因素。这可为检测同行及生产企业或检测设备的供应商提供参考。

【期刊名称】《电器与能效管理技术》

【年(卷),期】2016(000)001

【总页数】8页(P80-87)

【关键词】AFDD 电弧故障多样性检测设备测试方法影响因素

【作者】徐献清

【作者单位】上海电器设备检测所,上海200063

【正文语种】中文

【中图分类】TM561

剩余电流保护器(Residual Current Device,RCD)可以通过检测电气装置内的剩余电流和由电痕化电流引起的对地燃弧而有效降低火灾危险。在串联电弧故障发生时,由于没有产生对地剩余电流,因而RCD无法检测到这类故障。串联电弧的故障阻抗

降低了负载电流,使得电流低于小型断路器(Miniature Circuit Breaker,MCB)或熔

断器的脱扣阈值。在相线与中性导体之间产生并联电弧的情况下,电流仅受限于装

置的阻抗。最严重的情况是偶发电弧,传统的RCD、熔断器或MCB并不是为此目

的而设计的,因此不能降低由带电导体之间的串联电弧或并联电弧引起的电气火灾

危险。一种新型的电弧故障检测与保护产品应运而生。

电弧故障保护电器(Arc Fault Detection Device,AFDD)是指在规定条件下能够执

行检测燃弧电流,将燃弧电流与火灾危险动作值比较,当燃弧电流超过动作值时断开

被保护电路,从而降低电弧故障的影响。按GB/T 31143—2014《电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求》设计的AFDD产品预期用于污染等级为2的环境,即一般

仅有非导电性污染的场所,如家用和类似用途的环境。

AFDD产品最早起源于美国,近几年在欧洲已有成熟的产品,但尚未引进到国内。国

内对AFDD产品的研究起步也较早,开发了一些具有实际价值的产品,但由于缺少标准,产品的性能指标无法得到有效验证,因此市场上并没有成熟的产品可以推广使用。GB/T 31143就是针对适用于家用和类似用途的交流电路电弧故障保护电器制定的,该标准于2014年9月3日发布,并于2015年4月1日正式实施。但该标准在实

施中,由于标准内容条款的局限性以及各类家用电子类负载品牌与质量的差异性,检

测设备的差异以及生产企业检验人员对标准的认识与理解不同,导致AFDD产品在电弧故障动作特性的测试中结果存在较大的差异,不仅给企业带来了困惑,同时也使

得AFDD产品迟迟得不到大家的认可,无法及时推向市场。为此,针对电弧故障动作特性的检测方法、检测设备、可能的影响因素等多个方面进行探讨,为生产企业或

检测设备的供应商提供参考。

AFDD产品根据结构类型可分为:

(1) 由电弧故障检测单元(AFD单元)和断开机构构成的单一装置的AFDD。预期与

制造厂声明的符合GB 10963.1、GB 16917.1或GB 13539系列的1个或多个标

准的保护电器串联连接在电路中。

(2) 由AFD单元与符合GB 10963.1、GB 16916.1、GB 16917.1或GB 22794等1个或多个标准的保护电器组合为单一装置的AFDD。

(3) 符合附录D的由AFD单元与符合GB 10963.1的MCB或GB 16916.1或GB 16917.1或GB 22794的RCD现场组装的AFDD。

测试项目按标准附录A的试验程序进行,不同结构类型的AFDD产品在程序A1和

D2、E、F上的部分项目有所差异,但有关电弧故障动作特性的测试要求完全相同。从产品结构和测试项目来看,与符合GB 10963.1的MCB或GB 16916.1或GB 16917.1或GB 22794的RCD相比,除作为AFDD特有的动作特性项目外,测试方

法基本完全相同。因此,电弧故障动作特性是体现AFDD产品性能的最为重要的测

试项目。

AFDD按制造厂的说明书单独地安装在周围温度为20～25 ℃的大气中,并应避免

外界过度的加热或冷却。设计成安装在单独外壳中的AFDD应在制造厂规定的最

小的外壳中进行试验。除非另有规定,否则AFDD应连接规定的、适当截面积的电缆,并且固定在一块厚约20 mm,涂有无光泽黑漆的层压板上。对于标准中9.9.2.5

极限温度下的测试,AFDD还应能安装到-5～40 ℃的环境箱内。

动作特性测试项目包括: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。其主要分为2个试验程序进行,各需要3台最大额定电流规格的AFDD产品。测试时一般应按对应程序的每个项目顺序进行。对于产品的研发测试,可以不

受项目和顺序限制,可根据研发阶段自行选择项目。为更好地描述测试过程,以额定

电流63 A、额定电压230 V的AFDD产品为例进行分析。

1.1 串联电弧故障试验(3台样品)

AFDD样品在其额定电压、额定电流及以下进行试验。AFDD分断时间极限值如

表1所示。串联电弧故障试验电路如图1所示,将碳化电缆试品和AFDD串联进行。

每次测试时,应更换碳化电缆试品。

a试验电弧电流是试验电路中发生燃弧前的预期电流。

1.1.1 9.9.

2.2验证电路中突然出现串联电弧故障时的正确动作

试验线路如图1所示,试验开关S1、S2、S3、S4和AFDD处于闭合位置且试验电流到达稳定,通过调节串联阻性负载将试验电弧电流值调到AFDD的额定电流

(1+5%)63 A,然后打开试验开关S2。

试验开关S4突然打开,插入与负载串联的预先接好的碳化电缆试品并同时施加额定电压(1+5%)230 V,AFDD应分断,测量和记录分断时间。该试验重复进行3次。结果判定:所有3次分断时间均不超过0.12 s为合格,否则为不合格。

3台样品均通过测试方为该项目合格。

1.1.2 9.9.

2.3验证接入带串联电弧故障负载的正确动作

试验线路如图1所示,试验开关S3和S4处于打开位置,试验开关S1、S2和AFDD 处于闭合位置,通过串联阻性负载将试验电弧电流调到表1的最小电弧电流值3 A,然后打开试验开关S2。

试验开关S3突然闭合,对带串联电弧故障的负载供电。AFDD应分断,测量和记录分断时间。试验重复进行3次。

然后将试验电弧电流调到AFDD的额定电流63 A下重复测试3次。结果判定:3 A 时的3次分断时间应均不超过1 s,63 A时的3次分断时间应均不超过0.12 s为合格,否则为不合格。

3台样品均通过测试方为该项目合格。

1.1.3 9.9.

2.4验证闭合串联电弧故障时的正确动作

试验线路如图1所示,试验开关S1、S2、S3和AFDD处于闭合位置,通过串联阻性负载将试验电弧电流调到表1的最小电弧电流值3 A,然后打开试验开关S1、S2。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