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什么是直流电弧，起因和破坏力如何?
直【zhí】流【liú】电弧【hú】是一种气【qì】体放【fàng】电现象，可以理解为绝缘情况下产生的高强度瞬时电流。根据【jù】文【wén】献报【bào】道：当用电开关断开电【diàn】流或接【jiē】触不良时，如果电路电【diàn】压不低于20 伏，电【diàn】流不小【xiǎo】于80~100mA，电器的触头间【jiān】便会产生【shēng】直流电弧。
跟交流电弧不一样的是，直【zhí】流电【diàn】弧没有过【guò】零点，意味着如【rú】果【guǒ】发生了【le】直流电弧【hú】，触发部位会维持相当长一段时间稳定【dìng】燃烧而【ér】不熄【xī】灭。
在【zài】光伏电【diàn】站【zhàn】中，电缆接头没有拧紧【jǐn】，会导致接触不良【liáng】;接插【chā】件或者直接【jiē】开关的【de】可【kě】靠性;绝缘层长时间【jiān】老化，由于外【wài】力导【dǎo】致绝【jué】缘层破损【sǔn】等问题，都会造【zào】成直流电弧。随【suí】着电站【zhàn】运行时间增加，出现直流电弧的概率也【yě】会增加。
直流【liú】电弧产【chǎn】生【shēng】的高温轻易超过3000℃，能够直接导【dǎo】致起火。综合国内【nèi】外的案例和数据，直流电弧俨然已经成为引发电站火灾的【de】头【tóu】号杀手。
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直流电弧的发生概率有多大?
不考虑【lǜ】其他接触件以及绝【jué】缘【yuán】部位【wèi】，在【zài】一个10MW的分【fèn】布式电站中，光【guāng】接触点便超过了80,000个【gè】，它们时刻存【cún】在发生【shēng】直流电弧的可能【néng】性。即便在25年【nián】的电【diàn】站运【yùn】行时间中只有1/1000的接触点发生直流电弧，这个【gè】电站也会发【fā】生80次直流电弧【hú】事件，引起火灾【zāi】的概率非常之高。
若不采取及【jí】时有效【xiào】地防护措施，会产【chǎn】生3000℃以上的高温现象，引发火灾，某些物质【zhì】熔化【huà】甚至蒸【zhēng】发产生大【dà】量的【de】有毒气【qì】体，进【jìn】而危及人身生命安全和国家的经【jīng】济遭【zāo】受重【chóng】大损【sǔn】失【shī】。因此【cǐ】2011年美国电工法NEC690.8规定光【guāng】伏【fú】系统中直【zhí】流电压【yā】大于80V必须配【pèi】备检测故障【zhàng】电弧的检测装置和【hé】断路器，而UL也制定相【xiàng】应标准UL1699B用【yòng】以【yǐ】检测评估光伏直流电弧的有效方法。
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电弧故障类型
电弧故障主【zhǔ】要是由于电缆导【dǎo】线【xiàn】电气绝缘性【xìng】能老化【huà】、破损，污染及空气潮【cháo】湿引起的空【kōng】气击穿，或者电气连接松动等原因【yīn】造成的，是一种【zhǒng】穿【chuān】过绝【jué】缘介质的连【lián】续发光和放电过程【chéng】，是一个时变的非【fēi】线性【xìng】过程。电弧在放电的过【guò】程中【zhōng】，主要特【tè】性【xìng】有强光、热【rè】、噪声、电磁辐射、电压【yā】电流【liú】的高【gāo】突变率以及电弧电流在某些频带内的【de】变化【huà】等。
针对光伏系统发生的故障电弧，总体归纳来看，主要分为两类：
01
串行电弧【hú】，是一条电流导线在未预期【qī】的情况下扯断或【huò】断裂，在其断【duàn】裂处即会【huì】产生串【chuàn】联故障电弧【hú】。这【zhè】种不佳的【de】接【jiē】触点发生于太阳【yáng】组件【jiàn】与【yǔ】组件之间、快速接头之间【jiān】、接线与接线盒【hé】之间，或是【shì】断裂的连接【jiē】在线。光伏系统因为【wéi】有成千上万个接点，因此，串行【háng】电弧【hú】是引起火灾危险的主要潜在因素【sù】。
02
并行电弧【hú】，是一个【gè】未预期的路径刚好通过两个极性相反的导体之间发生的意外【wài】即为【wéi】并行故【gù】障电弧。此类故障【zhàng】电弧的成因【yīn】常【cháng】是小【xiǎo】动【dòng】物【wù】咬破电【diàn】线、外力造成电线破损等【děng】，电线失【shī】去既有的绝缘功效，并让正【zhèng】负两极的金属【shǔ】互相接触产生了故障【zhàng】电弧状况。
虽然并行故障电弧【hú】的发生机率远小【xiǎo】于【yú】串行【háng】故【gù】障电弧【hú】，但【dàn】是其带来的危险【xiǎn】性确是远远超过后者。另外，接地【dì】故障【zhàng】也是一种并行故障电弧的典【diǎn】型型【xíng】态。
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直流电弧故障的检测方法
在【zài】光【guāng】伏系统中产【chǎn】生【shēng】的【de】电弧可分为正常电弧和非【fēi】正常电弧两【liǎng】种。断【duàn】路器的正常关断等操作所引起的电弧属正常电弧;而电线老化、接触不良等故障【zhàng】引起的电弧属于不正常电弧，这就代【dài】表着电弧检测要正确地分辨好弧和坏弧;因为存在着【zhe】这样复杂【zá】的因【yīn】素【sù】，往往【wǎng】给故障电弧【hú】检测带来了较【jiào】大的挑战【zhàn】，同【tóng】时也给检测方【fāng】式【shì】和算法【fǎ】提出【chū】更高的要【yào】求。
故障电弧【hú】的检测【cè】就是在电弧【hú】产生的初始阶段，通过传【chuán】感器检【jiǎn】测电【diàn】弧在物理上【shàng】和电气上的各【gè】种参数变化【huà】，加以分析来判断【duàn】是否有电弧产生【shēng】。
01
基于电压电流变化的检测
故障电弧【hú】发生时候必【bì】然【rán】会导致电压和电流的变化，在故【gù】障电弧发生时，电压会瞬间升【shēng】高，而【ér】电流值会瞬间下降，这样就可以利用【yòng】电【diàn】压和电流的【de】变化来判断是【shì】否产生电弧。
但是这【zhè】样的检测也有其局限性，第【dì】一是【shì】需要判定【dìng】电弧产生【shēng】的具体位置才能【néng】更好的检测电压和电流波形，第二【èr】在【zài】发生并联故障电弧时【shí】，逆变【biàn】器的【de】输入端电流【liú】波形只出现较小的跌【diē】落，电【diàn】压波形略有下降，这【zhè】就要求检测设备必须具【jù】有较高的精度，不然会引起频【pín】繁的误判报警，同时也因为光【guāng】伏系统受光【guāng】照【zhào】和温【wēn】度变化【huà】的影响，光伏组件的输出电流和电压幅值不稳定，给检测带来更大的困难。
02
基于故障电流特性的检测
该方法是通过【guò】电流检测【cè】的方式对高通滤【lǜ】波得【dé】到的高频信号、低【dī】通【tōng】滤【lǜ】波得【dé】到的低频信号【hào】进行特征值统计，目【mù】前这种【zhǒng】方法得到普遍的运用。
在故【gù】障电弧发生时【shí】，故【gù】障电流中【zhōng】都含有大量的谐【xié】波分量，幅值发生【shēng】变化【huà】，通过对【duì】故障【zhàng】电流信号【hào】时域特性和频【pín】域特性进行详细的分【fèn】析，依据故障信号各自【zì】的共性和个性【xìng】，利【lì】用快速傅立【lì】叶变换和小【xiǎo】波变【biàn】换提取故障电流的特【tè】征【zhēng】值，提高故障【zhàng】识别的灵敏性和准确性。
在【zài】光伏系统中，由于光伏阵列组【zǔ】成了庞大【dà】的系【xì】统使得【dé】直【zhí】流电弧故【gù】障需要【yào】较高的【de】检测【cè】精度，也由于光伏【fú】电站的输出受温【wēn】度和日【rì】照强度变化，逆变器本身的拓扑结构和电气设备辐射等影【yǐng】响【xiǎng】，使得故障电弧的检【jiǎn】测容易受到干扰。因此【cǐ】，直流电弧【hú】检测未来【lái】的发展【zhǎn】方向【xiàng】是覆盖尽可【kě】能多的电弧故障，且不发生误【wù】动作。
火灾是光伏电【diàn】站【zhàn】经济效【xiào】益损【sǔn】失最【zuì】大的事故【gù】，如果是安装在厂房或者民居屋顶【dǐng】上，还很【hěn】容易危及人【rén】身【shēn】安全。光伏电【diàn】站【zhàn】一旦发【fā】生火灾，不能【néng】直【zhí】接用水来灭火，首先要以最【zuì】快的速度切断电源，古瑞瓦特在多款机型上推出一种电路保护装【zhuāng】置AFCI(Arc-Fault Circuit-Interrupter)，其主【zhǔ】要作用是防止故障电【diàn】弧引起火灾。它有【yǒu】检测并区别逆变器在【zài】启停或开【kāi】关【guān】时产【chǎn】生的正常电弧和故障电弧的能力【lì】，发现【xiàn】故【gù】障电弧后及时切断电路。这个电路有【yǒu】以【yǐ】下特点：
具备有【yǒu】效的直【zhí】流【liú】电【diàn】弧识别能力，允许最【zuì】大直流电流可达60A;具备友好【hǎo】的接【jiē】口，可【kě】遥接控制断路器或连【lián】接器等;具备485通信功能，可实时监控模块状态;LED、蜂【fēng】鸣【míng】器可作为快速识别模块工【gōng】作【zuò】状态，声光报【bào】警;功【gōng】能模块化，易于移植到【dào】各个系列产品中。
