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1、什么是直流電弧，起因和破壞力如何？

直流電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，可以理解為絕緣情況下產(chǎn)生的高強(qiáng)度瞬時(shí)電流。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道：當(dāng)用電開關(guān)斷開電流或接觸不良時(shí)，如果電路電壓不低于20 伏，電流不小于80~100mA，電器的觸頭間便會(huì)產(chǎn)生直流電弧。

跟交流電弧不一樣的是，直流電弧沒有過零點(diǎn)，意味著如果發(fā)生了直流電弧，觸發(fā)部位會(huì)維持相當(dāng)長一段時(shí)間穩(wěn)定燃燒而不熄滅。

在光伏電站中，電纜接頭沒有擰緊，會(huì)導(dǎo)致接觸不良；接插件或者直接開關(guān)的可靠性；絕緣層長時(shí)間老化，由于外力導(dǎo)致絕緣層破損等問題，都會(huì)造成直流電弧。隨著電站運(yùn)行時(shí)間增加，出現(xiàn)直流電弧的概率也會(huì)增加。

直流電弧產(chǎn)生的高溫輕易超過3000℃，能夠直接導(dǎo)致起火。綜合國內(nèi)外的案例和數(shù)據(jù)，直流電弧儼然已經(jīng)成為引發(fā)電站火災(zāi)的頭號(hào)殺手。

2、直流電弧的發(fā)生概率有多大？

不考慮其他接觸件以及絕緣部位，在一個(gè)10MW的分布式電站中，光接觸點(diǎn)便超過了80,000個(gè)，它們時(shí)刻存在發(fā)生直流電弧的可能性。即便在25年的電站運(yùn)行時(shí)間中只有1/1000的接觸點(diǎn)發(fā)生直流電弧，這個(gè)電站也會(huì)發(fā)生80次直流電弧事件，引起火災(zāi)的概率非常之高。

若不采取及時(shí)有效地防護(hù)措施，會(huì)產(chǎn)生3000℃以上的高溫現(xiàn)象，引發(fā)火災(zāi)，某些物質(zhì)熔化甚至蒸發(fā)產(chǎn)生大量的有毒氣體，進(jìn)而危及人身生命安全和國家的經(jīng)濟(jì)遭受重大損失。因此2011年美國電工法NEC690.8規(guī)定光伏系統(tǒng)中直流電壓大于80V必須配備檢測(cè)故障電弧的檢測(cè)裝置和斷路器，而UL也制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)UL1699B用以檢測(cè)評(píng)估光伏直流電弧的有效方法。

3、電弧故障類型

電弧故障主要是由于電纜導(dǎo)線電氣絕緣性能老化、破損，污染及空氣潮濕引起的空氣擊穿，或者電氣連接松動(dòng)等原因造成的，是一種穿過絕緣介質(zhì)的連續(xù)發(fā)光和放電過程，是一個(gè)時(shí)變的非線性過程。電弧在放電的過程中，主要特性有強(qiáng)光、熱、噪聲、電磁輻射、電壓電流的高突變率以及電弧電流在某些頻帶內(nèi)的變化等。

針對(duì)光伏系統(tǒng)發(fā)生的故障電弧，總體歸納來看，主要分為兩類：

01、串行電弧，是一條電流導(dǎo)線在未預(yù)期的情況下扯斷或斷裂，在其斷裂處即會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)故障電弧。這種不佳的接觸點(diǎn)發(fā)生于太陽組件與組件之間、快速接頭之間、接線與接線盒之間，或是斷裂的連接在線。光伏系統(tǒng)因?yàn)橛谐汕先f個(gè)接點(diǎn)，因此，串行電弧是引起火災(zāi)危險(xiǎn)的主要潛在因素。

02、并行電弧，是一個(gè)未預(yù)期的路徑剛好通過兩個(gè)極性相反的導(dǎo)體之間發(fā)生的意外即為并行故障電弧。此類故障電弧的成因常是小動(dòng)物咬破電線、外力造成電線破損等，電線失去既有的絕緣功效，并讓正負(fù)兩極的金屬互相接觸產(chǎn)生了故障電弧狀況。

雖然并行故障電弧的發(fā)生機(jī)率遠(yuǎn)小于串行故障電弧，但是其帶來的危險(xiǎn)性確是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過后者。另外，接地故障也是一種并行故障電弧的典型型態(tài)。

4、直流電弧故障的檢測(cè)方法

在光伏系統(tǒng)中產(chǎn)生的電弧可分為正常電弧和非正常電弧兩種。斷路器的正常關(guān)斷等操作所引起的電弧屬正常電??；而電線老化、接觸不良等故障引起的電弧屬于不正常電弧，這就代表著電弧檢測(cè)要正確地分辨好弧和壞??；因?yàn)榇嬖谥@樣復(fù)雜的因素，往往給故障電弧檢測(cè)帶來了較大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也給檢測(cè)方式和算法提出更高的要求。

故障電弧的檢測(cè)就是在電弧產(chǎn)生的初始階段，通過傳感器檢測(cè)電弧在物理上和電氣上的各種參數(shù)變化，加以分析來判斷是否有電弧產(chǎn)生?！　?br />
01、基于電壓電流變化的檢測(cè)

故障電弧發(fā)生時(shí)候必然會(huì)導(dǎo)致電壓和電流的變化，在故障電弧發(fā)生時(shí)，電壓會(huì)瞬間升高，而電流值會(huì)瞬間下降，這樣就可以利用電壓和電流的變化來判斷是否產(chǎn)生電弧。

但是這樣的檢測(cè)也有其局限性，第一是需要判定電弧產(chǎn)生的具體位置才能更好的檢測(cè)電壓和電流波形，第二在發(fā)生并聯(lián)故障電弧時(shí)，逆變器的輸入端電流波形只出現(xiàn)較小的跌落，電壓波形略有下降，這就要求檢測(cè)設(shè)備必須具有較高的精度，不然會(huì)引起頻繁的誤判報(bào)警，同時(shí)也因?yàn)楣夥到y(tǒng)受光照和溫度變化的影響，光伏組件的輸出電流和電壓幅值不穩(wěn)定，給檢測(cè)帶來更大的困難。

02、基于故障電流特性的檢測(cè)

該方法是通過電流檢測(cè)的方式對(duì)高通濾波得到的高頻信號(hào)、低通濾波得到的低頻信號(hào)進(jìn)行特征值統(tǒng)計(jì)，目前這種方法得到普遍的運(yùn)用。

在故障電弧發(fā)生時(shí)，故障電流中都含有大量的諧波分量，幅值發(fā)生變化，通過對(duì)故障電流信號(hào)時(shí)域特性和頻域特性進(jìn)行詳細(xì)的分析，依據(jù)故障信號(hào)各自的共性和個(gè)性，利用快速傅立葉變換和小波變換提取故障電流的特征值，提高故障識(shí)別的靈敏性和準(zhǔn)確性。 　　　

在光伏系統(tǒng)中，由于光伏陣列組成了龐大的系統(tǒng)使得直流電弧故障需要較高的檢測(cè)精度，也由于光伏電站的輸出受溫度和日照強(qiáng)度變化，逆變器本身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備輻射等影響，使得故障電弧的檢測(cè)容易受到干擾。因此，直流電弧檢測(cè)未來的發(fā)展方向是覆蓋盡可能多的電弧故障，且不發(fā)生誤動(dòng)作。

火災(zāi)是光伏電站經(jīng)濟(jì)效益損失最大的事故，如果是安裝在廠房或者民居屋頂上，還很容易危及人身安全。光伏電站一旦發(fā)生火災(zāi)，不能直接用水來滅火，首先要以最快的速度切斷電源，古瑞瓦特在多款機(jī)型上推出一種電路保護(hù)裝置AFCI（Arc-Fault Circuit-Interrupter），其主要作用是防止故障電弧引起火災(zāi)。它有檢測(cè)并區(qū)別逆變器在啟?；蜷_關(guān)時(shí)產(chǎn)生的正常電弧和故障電弧的能力，發(fā)現(xiàn)故障電弧后及時(shí)切斷電路。這個(gè)電路有以下特點(diǎn)：

具備有效的直流電弧識(shí)別能力，允許最大直流電流可達(dá)60A；具備友好的接口，可遙接控制斷路器或連接器等；具備485通信功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊狀態(tài)；LED、蜂鳴器可作為快速識(shí)別模塊工作狀態(tài)，聲光報(bào)警；功能模塊化，易于移植到各個(gè)系列產(chǎn)品中。

原標(biāo)題：如何讓光伏系統(tǒng)的火災(zāi)防患于未然？