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(dòng)作保護(hù)器等設(shè)備，可以說(shuō)它們不太適合用于檢測(cè)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(cè)電弧故障的保護(hù)裝置消除了這個(gè)安全隱患，即西門子漏電斷路器5SM6AFD（具有電弧故障檢測(cè)）功能，同時(shí)能夠檢測(cè)出電弧故障類型，其中包括在串聯(lián)故障點(diǎn)一級(jí)松動(dòng)的觸點(diǎn)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(duì)于預(yù)防電器造成的火災(zāi)現(xiàn)象來(lái)講是非常的有效。

在該本文章中不僅會(huì)說(shuō)明電弧的物理性質(zhì)，而且也說(shuō)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(shí)例，這樣以便在選擇時(shí)可以更加正確的去使用它。

電弧的點(diǎn)燃和燃燒條件

所謂的“接觸電弧”（請(qǐng)參見(jiàn)下圖所示）可以由故障點(diǎn)金屬零件之間的直接或間接接觸產(chǎn)生，這些零件在運(yùn)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(dòng)（振動(dòng)、熱膨脹），產(chǎn)生電弧、發(fā)生最終保險(xiǎn)絲熔斷。通過(guò)進(jìn)一步的發(fā)熱以及熔絲的不斷斷裂，形成暫時(shí)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(guò)零滅弧之后，電弧重新點(diǎn)燃因此附近的可燃材料（例如電纜絕緣）就會(huì)被碳化。

西門子漏電斷路器5SM6AFD檢測(cè)原理一

如果兩條導(dǎo)線之間的絕緣損壞，即使沒(méi)有直接的金屬接觸，也會(huì)在導(dǎo)電的絕緣間隙上產(chǎn)生并聯(lián)電弧故障（請(qǐng)參見(jiàn)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(shí)放電會(huì)使塑料加熱和碳化。故障點(diǎn)處的高溫會(huì)造成一部分碳化材料政法，顯著加熱周圍物質(zhì)點(diǎn)燃穩(wěn)定的電弧。電流過(guò)零之后導(dǎo)線之間的碳化路徑使電弧被重新點(diǎn)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(cè)原理二

使用一個(gè)電纜收縮處的例子來(lái)說(shuō)明串聯(lián)電弧故障導(dǎo)致的火災(zāi)，電流流過(guò)使收縮處的溫度更高，這種溫度升高造成熱銅氧化，反過(guò)來(lái)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(diǎn)，這至少暫時(shí)生產(chǎn)了電弧氣隙。故障點(diǎn)的絕緣被碳化，在這個(gè)間隙上穩(wěn)定的電弧會(huì)燃燒，產(chǎn)生火焰會(huì)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(cè)原理三

西門子漏電斷路器5SM6AFD基本設(shè)計(jì)

根據(jù)下面設(shè)計(jì)圖所示，當(dāng)漏電斷路器進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)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(guò)裝置并切換。線路導(dǎo)線通過(guò)兩個(gè)單獨(dú)的傳感器：一個(gè)用于檢測(cè)低頻（線路頻率）信號(hào)的電流傳感器，另一個(gè)是用于檢測(cè)高頻信號(hào)的高頻傳感器。模擬電子裝置使信號(hào)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(hào)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生脫扣信號(hào)，通過(guò)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(shí)，機(jī)械軸節(jié)連桿用于驅(qū)動(dòng)所安裝小型斷路器或者是帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)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(diǎn)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(cè)

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

1、參考信號(hào)＞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(cè)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(lái)自正常運(yùn)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(dòng)機(jī)和電子變壓器）信號(hào)之間劃清界限。這是通過(guò)當(dāng)“非典型電弧”事件發(fā)生時(shí)漏電斷路器故障積分器立即復(fù)位到零實(shí)現(xiàn)的，此類事件的特性比如在信號(hào)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(cè)

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(hào)處理概述。

西門子漏電斷路器5SM6AFD故障檢測(cè)二

與整體算法相比，微控制器檢測(cè)并聯(lián)電弧故障所需要的計(jì)算工作量較小，但是這并不是因?yàn)闄z測(cè)并聯(lián)電弧故障比檢測(cè)串聯(lián)電弧故障所需的工作要少，原因在于用于檢測(cè)串聯(lián)電弧的漏電斷路器有些信號(hào)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(hào)說(shuō)明

總體來(lái)講5SM6AFD檢測(cè)裝置具備了兩個(gè)型號(hào)可供選擇，同時(shí)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(tái)保護(hù)裝置（小型斷路器或者是帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器）一起使用，這種組合形成AFDD（也就是電弧故障檢測(cè)裝置）。

西門子漏電斷路器5SM6AFD型號(hào)說(shuō)明一

5SM6 011-1 AFD型號(hào)設(shè)計(jì)為裝配一臺(tái)緊湊型5SY60小型斷路器（在1個(gè)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(hào)說(shuō)明二

5SM6 021-1 AFD型號(hào)設(shè)計(jì)為裝配一臺(tái)5SY系列小型斷路器（在2個(gè)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(cè)功能

該類型的斷路器是具有內(nèi)部自測(cè)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(cè)功能

這種自測(cè)是每過(guò)13個(gè)小時(shí)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以便測(cè)試模擬電子裝置和檢測(cè)算法。微控制器中的軟件產(chǎn)生合成高頻和電流信號(hào)，與電弧故障信號(hào)相似。這些信號(hào)輸入傳感器后面的系統(tǒng)檢測(cè)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(píng)估。