西門子漏電斷路器5SM6AFD概述

早些漏電保護裝置如熔斷器、小型斷路器以及剩余電流動作保護器等設(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)、熱或者機械負載的緣故，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構(gòu)。使用西門子斷路器5SM6AFD漏電保護裝置時，機械軸節(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的剩余電流動作斷路器的工作機構(gòu)。所安裝的保護裝置連同其觸點一起脫扣，網(wǎng)絡(luò)與故障部分斷開。

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，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)生高強度高頻噪聲的負載（比如換向器電動機和電子變壓器）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裝置（小型斷路器或者是帶過電流保護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行評估。