西门子漏电断路器5SM6AFD概述

西门子漏电断路器5SM6AFD概述

早些漏电保护装置如熔断器、小型断路器以及剩余电流动作保护器等设备，可以说它们不太适合用于检测电弧故障，尤其是受到了阻抗限制的电弧故障。因此新型用于检测电弧故障的保护装置消除了这个安全隐患，即西门子漏电断路器5SM6AFD（具有电弧故障检测）功能，同时能够检测出电弧故障类型，其中包括在串联故障点一级松动的触点处产生的电弧故障，或者是由于一根有效导线和另外一根之间或者一根有效导线与保护线之间的绝缘故障造成的电弧故障，对于预防电器造成的火灾现象来讲是非常的有效。

在该本文章中不仅会说明电弧的物理性质，而且也说明西门子断路器5SM6ADF装置的结构和工作原理，以及各种型和许多应用实例，这样以便在选择时可以更加正确的去使用它。

电弧的点燃和燃烧条件

所谓的“接触电弧”（请参见下图所示）可以由故障点金属零件之间的直接或间接接触产生，这些零件在运转中或者电导率很小。这些最初相互直接接触的金属零件的移动（振动、热膨胀），产生电弧、发生最终保险丝熔断。通过进一步的发热以及熔丝的不断断裂，形成暂时的不稳定电弧。结果是金属零件（电极）是产生高温，空气被电离，电流过零灭弧之后，电弧重新点燃因此附近的可燃材料（例如电缆绝缘）就会被碳化。

西门子漏电断路器5SM6AFD检测原理一

如果两条导线之间的绝缘损坏，即使没有直接的金属接触，也会在导电的绝缘间隙上产生并联电弧故障（请参见下图所示）。

如果导线之间存在其它物质，由于老化、化学、热或者机械负载的缘故，可能导致绝缘性能受损。收到灰尘污染或者是冷凝的表面上形成泄漏电流。这些泄漏电流和短时放电会使塑料加热和碳化。故障点处的高温会造成一部分碳化材料政法，显著加热周围物质点燃稳定的电弧。电流过零之后导线之间的碳化路径使电弧被重新点燃，进一步加热直到发生火灾。

西门子漏电断路器5SM6AFD检测原理二

使用一个电缆收缩处的例子来说明串联电弧故障导致的火灾，电流流过使收缩处的温度更高，这种温度升高造成热铜氧化，反过来导致电阻升高，因此温度变的更高，在某些情况下使铜融化。生产气体特别是峰值电流点，这至少暂时生产了电弧气隙。故障点的绝缘被碳化，在这个间隙上稳定的电弧会燃烧，产生火焰会引发火灾（具体情况如下图所示）。

西门子漏电断路器5SM6AFD检测原理三

西门子漏电断路器5SM6AFD基本设计

根据下面设计图所示，当漏电断路器进行检测的时候，所有有效导线-在这种情况下指线路导线和中性线-都通过装置并切换。线路导线通过两个单独的传感器：一个用于检测低频（线路频率）信号的电流传感器，另一个是用于检测高频信号的高频传感器。模拟电子装置使信号能够在为控制器中进行处理，扫描22至24MHz范围内的电流高频功率。以下它被称之为RSSI（接收信号强度指示），代表在规定频率和带宽下的电弧功率。

西门子漏电断路器5SM6AFD工作原理

当微控制器观察到符合电弧故障规范时，会产生脱扣信号，通过并联脱扣装置传送给切换机构。使用西门子断路器5SM6AFD漏电保护装置时，机械轴节连杆用于驱动所安装小型断路器或者是带过电流保护的剩余电流动作断路器的工作机构。所安装的保护装置连同其触点一起脱扣，网络与故障部分断开。

西门子漏电断路器5SM6AFD串联电弧故障检测

断路器串联电弧故障的检测大约占微控制器分析算法完成的全部计算工作80%，其剩余20%为并联电弧检测。具体情况如下图所示，西门子漏电断路器5SM6AFD是基于检验陡边上的RSSI。导数dRSSI/dt用于计算当边缘处于电流I的过零区时从|dRSSI/dt|“上载的”参考信号。必须满足两个条件才能将系统信号解释为电弧，随后故障积分器升高：

1、参考信号＞限值G4以及

2、RSSI至少达到阀值G2。

一旦故障积分器升高到限值G2以上，那么西门子漏电断路器的微控制器将切换装置发送跳闸命令。

西门子漏电断路器5SM6AFD故障检测一

为了防止意外停机，必须一方面在电弧故障，另一方便在来自正常运行期间产生高强度高频噪声的负载（比如换向器电动机和电子变压器）信号之间划清界限。这是通过当“非典型电弧”事件发生时漏电断路器故障积分器立即复位到零实现的，此类事件的特性比如在信号曲线中RSSI显示中断。

西门子漏电断路器5SM6AFD并联电弧故障检测

串联与并联电弧故障具有不同的特性，因此用不同的方法分析，具体情况如下图所示给出了西门子断路器信号处理概述。

西门子漏电断路器5SM6AFD故障检测二

与整体算法相比，微控制器检测并联电弧故障所需要的计算工作量较小，但是这并不是因为检测并联电弧故障比检测串联电弧故障所需的工作要少，原因在于用于检测串联电弧的漏电断路器有些信号变量也可以用于并联电弧故障。

西门子漏电断路器5SM6AFD型号说明

总体来讲5SM6AFD检测装置具备了两个型号可供选择，同时也适用于两种安装宽度，其额定电压为230V且额定电流为16A。

5SM6AFD西门子漏电断路器必须要和另一台保护装置（小型断路器或者是带过电流保护的剩余电流动作断路器）一起使用，这种组合形成AFDD（也就是电弧故障检测装置）。

西门子漏电断路器5SM6AFD型号说明一

5SM6 011-1 AFD型号设计为装配一台紧凑型5SY60小型断路器（在1个模块化宽度中1+N），其额定电流最高为16A。

西门子漏电断路器5SM6AFD型号说明二

5SM6 021-1 AFD型号设计为装配一台5SY系列小型断路器（在2个模块化宽度中1+N），额定电流均为最高16A。

西门子漏电断路器5SM6AFD内部自测功能

该类型的断路器是具有内部自测功能的，具体工作原理可如下图中所示。

西门子漏电断路器5SM6AFD内部自测功能

这种自测是每过13个小时就会自动启动，以便测试模拟电子装置和检测算法。微控制器中的软件产生合成高频和电流信号，与电弧故障信号相似。这些信号输入传感器后面的系统检测路径，再由西门子漏电断路器模拟电路和微控制器进行评估。