电气故障电弧防护产品的阶段发展趋势

从21世纪初北美商户在中国寻求来料代加工开始，电弧故障防护产品(AFD)这个名称也进入我国，特别是伴随着由北美国家提案推动，IEC的各类标准中也逐步引入了AFD的概念，AFD更是在我国的各类电气圈引起了热议，似乎找到了降低各类电气火灾的钥匙，于是乎我国的各类电气标准中也开始涉及了AFD，吸引了众多的电器工程师和资金投入研究电弧故障防护产品开发的行列。也为电弧故障防护产品未来的发展奠定了基础。1、现有电弧故障防护产品（AFD）的基本要素电弧本身是一个高频粒子流，不同性质的电弧在燃烧过程中有着各自特有的电弧频率，这些频率叠加存在配电线路中，因此目前市场上的各类AFD产品电弧检测原理均采用同一的基本要素：分析被监视(保护)线路的电流频率。为实现这个基本原理AFD产品均包括下列几个环节：——被保护线路中频率及相关电气量的采集：通过高频互感器及其他电流采集元件将线路中存在的混合频率以及电流幅值。——电弧频率筛选：将线路的电流频率分析筛选出具有故障电弧风险的频率。——电弧故障判断：综合线路中其他电流变化信息对具有电弧风险的电流频率分析判断确定故障电弧。图1AFD基本工作原理2、现有电弧故障防护产品（AFD）的技术难点电弧故障防护产品(AFD)从出世到今天的近30年间，硬件经历从模拟元件加低速通用芯片到专用模拟+高速数字集合专用芯片的发展，软件架构也从频率阈值内数据库比对发展到神经元算法，但面对被保护线路中不同类型的高频信号的不断变化，电弧故障防护产品（AFD）运行过程中的误动作或不动作仍是困惑电气人员的难题，如同一个习惯于乡村公路和赛车场赛道的专业赛车手，一下进入车流满满并每人驾驶习惯和水平不同的大都市混合道路，也不免会操作失误或直接发生事故。简单总结目前的AFD产品在使用上有以下两点不适：——不适用于有多用电线路存在的支干线的电弧故障防护；——末端用电负荷的变化和更新状况下的电弧判断难度。综上所述基于目前技术水平的通用电弧故障防护产品，很难达到人们对其可靠性的期待。电弧故障防护产品最初研发初衷也是为了适应北美木制住宅建筑中，降低因供电线路绝缘损坏而酿成火灾的风险。同时北美住宅建筑中根据负载功率不同提供120(110)V/240(220)V三线(不含PE)供电系统,除了中央空调、烘干机等固定接线安装的电器采用240(220)V供电以外，多数用电设备均采用120(110)V供电，目前北美地区的安全法规中也仅要求了在住宅建筑中的客厅、卧室等场所的插座回路中安装额定电流在16-25A的电弧故障防护产品(AFCI)。其目的也是将AFD的保护控制范围约束在尽可能小的范围。但这样也不可避免出现如近期北美发生对AFDD产品厂家集体诉讼和其他地区AFDD产品使用推广困难的现状。3、电弧故障防护产品的阶段发展趋势相对于供电线路易损的木制北美住宅建筑而言，我国当今采用电线管布线的城乡住宅中发生故障电弧的几率不大，相比而言一些户外电气设备用于风吹日晒、运行时震动等原因，造成设备内及外部供电线路室外部分绝缘损坏，继而在运行时产生故障电弧的风险更高一些。此类状况也会出现在各类新能源车辆上。上述单一设备负载工作时在供电线路上叠加的高频信号相对单一，有利于AFD的分析判断故障电弧并从供电电源处切断供电电源。因此研发针对不同特定设备的电弧防护产品是现阶段产品研发和推广的趋势之一，目前已经在国际范围内较为成熟的技术并已开始推广的领域是PV电弧故障检测及保护。同时其他针对一些市场用量大且负载性质较为单一的电弧故障检测及保护产品也在加紧研发中。对于诞生最早的通用型交流电弧检测产品，也会在高速大存储数字芯片不断推出的基础上，引入AI、自学习和模糊综合评价等要素构建新型分析模型等措施，提高其电弧故障的判断准确性和保护动作的可靠性。4、总结

故障电弧是配电线路中引发火灾的主要原因之一，在建筑内外各类用电设备辈出的今天，探讨以针对