西門子漏電斷路器5SM6AFD概述

早些漏電保護(hù)裝置如熔斷器、小型斷路器以及剩余電流動作保護(hù)器等設(shè)備，可以說它們不太適合用于檢測電弧故障，尤其是受到了阻抗限制的電弧故障。因此新型用于檢測電弧故障的保護(hù)裝置消除了這個安全隱患，即西門子漏電斷路器5SM6AFD（具有電弧故障檢測）功能，同時能夠檢測出電弧故障類型，其中包括在串聯(lián)故障點一級松動的觸點處產(chǎn)生的電弧故障，或者是由于一根有效導(dǎo)線和另外一根之間或者一根有效導(dǎo)線與保護(hù)線之間的絕緣故障造成的電弧故障，對于預(yù)防電器造成的火災(zāi)現(xiàn)象來講是非常的有效。

在該本文章中不僅會說明電弧的物理性質(zhì)，而且也說明西門子斷路器5SM6ADF裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及各種型和許多應(yīng)用實例，這樣以便在選擇時可以更加正確的去使用它。

電弧的點燃和燃燒條件

所謂的“接觸電弧”（請參見下圖所示）可以由故障點金屬零件之間的直接或間接接觸產(chǎn)生，這些零件在運轉(zhuǎn)中或者電導(dǎo)率很小。這些最初相互直接接觸的金屬零件的移動（振動、熱膨脹），產(chǎn)生電弧、發(fā)生最終保險絲熔斷。通過進(jìn)一步的發(fā)熱以及熔絲的不斷斷裂，形成暫時的不穩(wěn)定電弧。結(jié)果是金屬零件（電極）是產(chǎn)生高溫，空氣被電離，電流過零滅弧之后，電弧重新點燃因此附近的可燃材料（例如電纜絕緣）就會被碳化。

西門子漏電斷路器5SM6AFD檢測原理一

如果兩條導(dǎo)線之間的絕緣損壞，即使沒有直接的金屬接觸，也會在導(dǎo)電的絕緣間隙上產(chǎn)生并聯(lián)電弧故障（請參見下圖所示）。

如果導(dǎo)線之間存在其它物質(zhì)，由于老化、化學(xué)、熱或者機(jī)械負(fù)載的緣故，可能導(dǎo)致絕緣性能受損。收到灰塵污染或者是冷凝的表面上形成泄漏電流。這些泄漏電流和短時放電會使塑料加熱和碳化。故障點處的高溫會造成一部分碳化材料政法，顯著加熱周圍物質(zhì)點燃穩(wěn)定的電弧。電流過零之后導(dǎo)線之間的碳化路徑使電弧被重新點燃，進(jìn)一步加熱直到發(fā)生火災(zāi)。

西門子漏電斷路器5SM6AFD檢測原理二

使用一個電纜收縮處的例子來說明串聯(lián)電弧故障導(dǎo)致的火災(zāi)，電流流過使收縮處的溫度更高，這種溫度升高造成熱銅氧化，反過來導(dǎo)致電阻升高，因此溫度變的更高，在某些情況下使銅融化。生產(chǎn)氣體特別是峰值電流點，這至少暫時生產(chǎn)了電弧氣隙。故障點的絕緣被碳化，在這個間隙上穩(wěn)定的電弧會燃燒，產(chǎn)生火焰會引發(fā)火災(zāi)（具體情況如下圖所示）。

西門子漏電斷路器5SM6AFD檢測原理三

西門子漏電斷路器5SM6AFD基本設(shè)計

根據(jù)下面設(shè)計圖所示，當(dāng)漏電斷路器進(jìn)行檢測的時候，所有有效導(dǎo)線-在這種情況下指線路導(dǎo)線和中性線-都通過裝置并切換。線路導(dǎo)線通過兩個單獨的傳感器：一個用于檢測低頻（線路頻率）信號的電流傳感器，另一個是用于檢測高頻信號的高頻傳感器。模擬電子裝置使信號能夠在為控制器中進(jìn)行處理，掃描22至24MHz范圍內(nèi)的電流高頻功率。以下它被稱之為RSSI（接收信號強(qiáng)度指示），代表在規(guī)定頻率和帶寬下的電弧功率。

西門子漏電斷路器5SM6AFD工作原理

當(dāng)微控制器觀察到符合電弧故障規(guī)范時，會產(chǎn)生脫扣信號，通過并聯(lián)脫扣裝置傳送給切換機(jī)構(gòu)。使用西門子斷路器5SM6AFD漏電保護(hù)裝置時，機(jī)械軸節(jié)連桿用于驅(qū)動所安裝小型斷路器或者是帶過電流保護(hù)的剩余電流動作斷路器的工作機(jī)構(gòu)。所安裝的保護(hù)裝置連同其觸點一起脫扣，網(wǎng)絡(luò)與故障部分?jǐn)嚅_。

西門子漏電斷路器5SM6AFD串聯(lián)電弧故障檢測

斷路器串聯(lián)電弧故障的檢測大約占微控制器分析算法完成的全部計算工作80%，其剩余20%為并聯(lián)電弧檢測。具體情況如下圖所示，西門子漏電斷路器5SM6AFD是基于檢驗陡邊上的RSSI。導(dǎo)數(shù)dRSSI/dt用于計算當(dāng)邊緣處于電流I的過零區(qū)時從|dRSSI/dt|“上載的”參考信號。必須滿足兩個條件才能將系統(tǒng)信號解釋為電弧，隨后故障積分器升高：

1、參考信號＞限值G4以及

2、RSSI至少達(dá)到閥值G2。

一旦故障積分器升高到限值G2以上，那么西門子漏電斷路器的微控制器將切換裝置發(fā)送跳閘命令。

西門子漏電斷路器5SM6AFD故障檢測一

為了防止意外停機(jī)，必須一方面在電弧故障，另一方便在來自正常運行期間產(chǎn)生高強(qiáng)度高頻噪聲的負(fù)載（比如換向器電動機(jī)和電子變壓器）信號之間劃清界限。這是通過當(dāng)“非典型電弧”事件發(fā)生時漏電斷路器故障積分器立即復(fù)位到零實現(xiàn)的，此類事件的特性比如在信號曲線中RSSI顯示中斷。

西門子漏電斷路器5SM6AFD并聯(lián)電弧故障檢測

串聯(lián)與并聯(lián)電弧故障具有不同的特性，因此用不同的方法分析，具體情況如下圖所示給出了西門子斷路器信號處理概述。

西門子漏電斷路器5SM6AFD故障檢測二

與整體算法相比，微控制器檢測并聯(lián)電弧故障所需要的計算工作量較小，但是這并不是因為檢測并聯(lián)電弧故障比檢測串聯(lián)電弧故障所需的工作要少，原因在于用于檢測串聯(lián)電弧的漏電斷路器有些信號變量也可以用于并聯(lián)電弧故障。

西門子漏電斷路器5SM6AFD型號說明

總體來講5SM6AFD檢測裝置具備了兩個型號可供選擇，同時也適用于兩種安裝寬度，其額定電壓為230V且額定電流為16A。

5SM6AFD西門子漏電斷路器必須要和另一臺保護(hù)裝置（小型斷路器或者是帶過電流保護(hù)的剩余電流動作斷路器）一起使用，這種組合形成AFDD（也就是電弧故障檢測裝置）。

西門子漏電斷路器5SM6AFD型號說明一

5SM6 011-1 AFD型號設(shè)計為裝配一臺緊湊型5SY60小型斷路器（在1個模塊化寬度中1+N），其額定電流最高為16A。

西門子漏電斷路器5SM6AFD型號說明二

5SM6 021-1 AFD型號設(shè)計為裝配一臺5SY系列小型斷路器（在2個模塊化寬度中1+N），額定電流均為最高16A。

西門子漏電斷路器5SM6AFD內(nèi)部自測功能

該類型的斷路器是具有內(nèi)部自測功能的，具體工作原理可如下圖中所示。

西門子漏電斷路器5SM6AFD內(nèi)部自測功能

這種自測是每過13個小時就會自動啟動，以便測試模擬電子裝置和檢測算法。微控制器中的軟件產(chǎn)生合成高頻和電流信號，與電弧故障信號相似。這些信號輸入傳感器后面的系統(tǒng)檢測路徑，再由西門子漏電斷路器模擬電路和微控制器進(jìn)行評估。