當斷路開關、保險絲和斷路器等控制、保護并隔離電力系統(tǒng)中電氣設備的功能發(fā)生故障時，有可能會危及整個電力系統(tǒng)的運行，以及使用相同電源的設備和鄰近人員，對于短路更是如此。

　　兩種經常面臨的短路類型分別為金屬接觸短路和電弧短路，其中后者的危險性最高，如果沒有及時檢出并進行響應，電弧可能引起火災，造成設備的損壞，甚至帶來實際的傷害，典型的破壞包括導線過熱和鋁接點熔毀，甚至溢出有毒氣體，過熱也可能帶來壓力升高的危險，甚至造成配電盤爆炸。

　　配電盤中使用的保護方法有幾種，包括快速母線保護、后備過電流保護和電弧閃光保護等，快速母線保護僅限于高電壓配電盤，后備過電流保護則需要耗費太多時間切換斷路器，因此在低電壓和中級電壓配電盤中需要一個較為快速的檢測系統(tǒng)。

　　響應時間是關鍵

　　電弧可以在數毫秒(ms)的時間內產生并造成破壞，如果沒有及時啟動斷路器則可能會造成巨大的損失，請參考圖1。電弧意外造成的損失結果基本上直接相關于流經短路路徑的電流大小和時間長度，然而在這兩個參數中，時間長度是較為關鍵的因素，因此，要最大限度的提供保護，無論是電弧閃光檢測器或者是整個配電盤系統(tǒng)都必須具有快速的響應時間。

　　圖1：電弧時間和可能造成傷害的相對關系圖

　　電弧閃光檢測方法

　　電弧故障瞬間會釋放出大量的輻射能量，包括光能和熱能，由電弧產生的光強度會比正常的環(huán)境光高上數千倍，電弧閃光檢測繼電器利用這個現象來達到快速的響應時間，因此相較于傳統(tǒng)繼電器可以提供大幅度提高的破壞保護，因此電弧閃光檢測已經成為所有配電盤的關鍵要求，然而，光只是電弧閃光發(fā)生的許多個指標之一。

　　電弧會大幅度提高光度、壓力、熱度、電流甚至聲音，而這些都可以在配電盤系統(tǒng)的設計上進行監(jiān)控和檢測，雖然光的檢測可能是最簡單和最快速的方法，但許多系統(tǒng)會同時檢測兩個甚至三個或更多參數的組合，如光、電流和聲音。雖然后者更加全面，但這個方法的額外成本和復雜性可以避免，其中最為有效、成本最低并且最常受到采用的方法結合了光和電流的檢測，目前這個方法已經快速成為實現可靠電弧閃光檢測系統(tǒng)的解決方案選擇。

　　電弧閃光檢測系統(tǒng)

　　包含光和電流檢測器的電弧閃光檢測系統(tǒng)主要零組件為電弧監(jiān)測單元、控制單元、光檢測器、電流檢測器和電流互感器，控制單元由高靈敏度光檢測器和前方的電流互感器接收信號，使得它能夠快速決定是否觸發(fā)斷路器，非常明顯地，這個信號處理程序必須快速并且可靠以便把危險性和破壞降至最低，也因此，光纖">光纖所具備的速度和抗電磁干擾(EMI)能力使得它成為這類環(huán)境中電弧閃光檢測系統(tǒng)的完美媒介。

圖2：常見的電弧監(jiān)測系統(tǒng)框圖

　　光檢測器單元包含一個光發(fā)射器和接收器、以裸光纖環(huán)形式存在的光傳感器和光纖電纜，其中光傳感器采集閃光并通過光纖電纜傳送到光接收器，接著把光學信號轉換為電信號，并在電弧閃光發(fā)生時通知控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中常用的光傳感器有兩種形式，分別為定點傳感器和環(huán)路傳感器，定點傳感器使用了光傳感器和光接收器來檢測特定區(qū)域的光線，而環(huán)路傳感器則使用特別安排遍及設備的裸光纖環(huán)，請參考圖3。

圖3：環(huán)路傳感器

　　[圖說]

　　emitter = 發(fā)射器

　　detector = 接收器

　　Jacketed fiber, two fibers = 內含兩條光纖的套層光纖

　　Bare fiber = 裸光纖

　　loop sensor = 環(huán)路傳感器

　　相較于定點傳感器，環(huán)路傳感器技術提供了幾個好處，首先它可以大幅度降低安裝的成本，單一光纖傳感器可能長達200英尺，可以覆蓋大約相同于傳統(tǒng)母線差分保護的保護區(qū)域，但成本卻比定點感測器低了許多，其次，環(huán)路形式可以消除內部結構陰影可能屏蔽直接暴露于電弧閃光的問題，最后，如果光傳感器采用環(huán)路配置形式，就可提供傳感器完整性和連續(xù)性的定期自我檢查，并在檢測到問題時發(fā)出警告。

　　波長和照明

　　一般來說，電弧閃光的波長范圍為300-1500nm的復合光波，因此，我們可以使用650nm或850nm的光纖接收器來檢測電弧閃光，在這個波長范圍可以使用的兩種不同形式光纖分別為塑料光纖(POF, Plastic Optical Fiber)和多模玻璃光纖(Multimode Glass Fiber)。

　　因為在這個波長擁有最低的衰減，因此塑料光纖(POF)最適合650nm波長，相較于其他光纖形式，塑料光纖的成本最低并且更易于安裝，多模玻璃光纖則在820nm時具有比塑料光纖在650nm更低的衰減。

表1：不同的光源和照明

　　表1列出了多種不同光源的照明能力，電弧閃光照明通常由5K到50K lux，因此非常容易分辨電弧閃光和環(huán)境光。

　　安華高科技(Avago Technologies)公司提供有許多光纖相關產品，包括發(fā)射器和接收器，波長分別為650nm、820nm和1300nm，其中最適合電弧閃光檢測器應用的為無連接器通用鏈路(Versatile Link)系列和微型鏈路(Miniature Link)系列，這些產品提供的線性度、良好靈敏度和快速響應時間非常適合電弧閃光檢測系統(tǒng)應用。

　　總結

　　短路為配電盤中最常見的故障之一，如果配電盤沒有配備檢測和保護能力，那么付出的代價就可能會大幅高于金錢損失甚至造成人員傷亡，因此，無可避免地必須要確保每個系統(tǒng)能夠盡快檢出故障以避免災害，無論在成本或性能上，本文所提供的電弧閃光檢測系統(tǒng)是目前最有效的檢測方法之一，而光纖相關零組件則帶來了建立電弧閃光檢測系統(tǒng)最簡單也最可靠的解決方案。