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什么是直流电弧，起因和破坏力如何?
直流电弧是一种气【qì】体【tǐ】放电现象，可以理解为绝缘情【qíng】况下产生的高强【qiáng】度【dù】瞬时电流。根据文献报【bào】道：当用【yòng】电开【kāi】关【guān】断开【kāi】电流或接触不良【liáng】时，如果电路电压不【bú】低于【yú】20 伏，电流不小于80~100mA，电【diàn】器【qì】的触头【tóu】间便会产生直流电弧。
跟交流电弧【hú】不一样的是，直【zhí】流电弧没有过零点，意【yì】味着如果发生【shēng】了直流电【diàn】弧，触【chù】发部位会维持相当长一段时间稳定燃【rán】烧【shāo】而不【bú】熄灭。
在【zài】光伏电站中【zhōng】，电缆接头没【méi】有拧紧，会导致接触不【bú】良;接插【chā】件或者【zhě】直接开【kāi】关的可靠性;绝缘层长时间老【lǎo】化，由【yóu】于外力导致绝缘【yuán】层破损等问题，都会造成【chéng】直流电弧。随着电站运【yùn】行【háng】时间增加【jiā】，出现直【zhí】流电【diàn】弧的【de】概率也会增加。
直流电弧产【chǎn】生的高温轻易超过3000℃，能够【gòu】直接导致起火【huǒ】。综合国【guó】内【nèi】外的【de】案例和数【shù】据，直流电弧【hú】俨然已经成为引发电站火【huǒ】灾【zāi】的头号杀手。
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直流电弧的发生概率有多大?
不考虑其他接触件【jiàn】以及【jí】绝【jué】缘部【bù】位，在一【yī】个10MW的分布【bù】式电【diàn】站中，光接触点便超过了【le】80,000个，它们时刻存【cún】在【zài】发生直流【liú】电弧的可能性。即便【biàn】在25年的电站【zhàn】运行时间中只【zhī】有【yǒu】1/1000的接触点发生直流电弧，这个电站也会发生80次直流电弧【hú】事件【jiàn】，引起火灾的概率非【fēi】常【cháng】之高【gāo】。
若不【bú】采取及时有效地【dì】防护措施，会产【chǎn】生3000℃以【yǐ】上的【de】高温现象，引发火灾【zāi】，某些物质熔化甚至蒸发产【chǎn】生大量的有毒气体，进而危【wēi】及人身【shēn】生【shēng】命安全和国家的经济【jì】遭受【shòu】重大【dà】损失。因此2011年美国电工法NEC690.8规定光【guāng】伏系统中直【zhí】流电压【yā】大于80V必须配备【bèi】检测故障电弧的检【jiǎn】测【cè】装【zhuāng】置【zhì】和断路【lù】器，而UL也制【zhì】定相应标准UL1699B用以检【jiǎn】测评估光伏直流【liú】电弧的有效方【fāng】法。
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电弧故障类型
电弧故【gù】障主要是由于电缆导线电气绝缘【yuán】性【xìng】能【néng】老化、破【pò】损，污染及空【kōng】气【qì】潮湿引起的空气击穿，或者电气连接松动等原【yuán】因造成的，是一种穿【chuān】过【guò】绝缘介质【zhì】的连【lián】续发光和【hé】放电过程，是一个时变的非线性过程。电弧在【zài】放电的过程【chéng】中，主要特性【xìng】有【yǒu】强光、热【rè】、噪声、电磁辐射、电压电流的【de】高突变率以及电弧电【diàn】流【liú】在某些频带内的变化【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：
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串【chuàn】行电弧，是一条电流导线在未预期【qī】的情况【kuàng】下【xià】扯断或断【duàn】裂，在其【qí】断裂处即会产生【shēng】串联故【gù】障电弧。这种不佳的接【jiē】触点发生于【yú】太阳【yáng】组件与组件之间、快速接头之间【jiān】、接线与接线【xiàn】盒之【zhī】间，或是断裂【liè】的连接在线。光伏系统因为有成【chéng】千上【shàng】万个接点，因此【cǐ】，串行电弧是引【yǐn】起火灾危险的主要潜在因【yīn】素【sù】。
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并行电弧，是【shì】一个未预期的路径刚好【hǎo】通过两个极性相反的导体之间发生的意【yì】外【wài】即为【wéi】并行故障电弧。此类故【gù】障【zhàng】电【diàn】弧的【de】成因常是小动物咬破【pò】电【diàn】线、外力造成电线破损等，电线失【shī】去既有【yǒu】的绝缘【yuán】功效，并让正负【fù】两极的金属【shǔ】互【hù】相接触产【chǎn】生了故障电弧状【zhuàng】况。
虽然并【bìng】行故障电【diàn】弧【hú】的发生机率远小于串行故【gù】障【zhàng】电弧，但是其【qí】带来的危【wēi】险【xiǎn】性确是远远超过【guò】后者。另外，接地【dì】故【gù】障也是一种并行故障电弧的【de】典型型态。
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直流电弧故障的检测方法
在光伏【fú】系统中产【chǎn】生的电【diàn】弧可分为正常【cháng】电弧和非【fēi】正【zhèng】常电弧两种。断路【lù】器的正常【cháng】关断等操作【zuò】所引【yǐn】起的电弧属正常电弧;而电线老化、接触不良等故障引起的【de】电弧属【shǔ】于【yú】不正常【cháng】电弧，这就代表着电弧【hú】检测要正确地分辨【biàn】好弧和坏弧;因【yīn】为存在着这样复杂的【de】因素【sù】，往往【wǎng】给故障电弧检【jiǎn】测带【dài】来了较大的挑战，同时也给【gěi】检测方式和算法提出更高的要求【qiú】。
故障电【diàn】弧的检【jiǎn】测就【jiù】是在电弧产【chǎn】生【shēng】的初始阶段【duàn】，通过传感器检【jiǎn】测电弧在物理上和电气上的各种参【cān】数【shù】变化，加以分析来判断是否有【yǒu】电弧【hú】产生。
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基于电压电流变化的检测
故障电【diàn】弧发生【shēng】时候必然会导致电压和电流的【de】变化，在故障电弧发生时，电压会【huì】瞬【shùn】间【jiān】升高【gāo】，而【ér】电【diàn】流【liú】值会瞬间下降，这样就可以【yǐ】利用【yòng】电压和电流的【de】变化来判断是否产【chǎn】生电弧。
但是这样的检测也【yě】有其【qí】局限性，第一是需要判定电弧产生的具【jù】体位置才能更好的【de】检测电【diàn】压和电流波形【xíng】，第二【èr】在发生并联【lián】故障电【diàn】弧时【shí】，逆【nì】变器【qì】的输入端电流波【bō】形【xíng】只出现较小【xiǎo】的【de】跌落，电压【yā】波形略有下降【jiàng】，这就【jiù】要求检【jiǎn】测设备必须具有较【jiào】高的【de】精【jīng】度，不然会引起频繁的误判报警，同时也因为光伏系统受光照和【hé】温【wēn】度变化的影响，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。
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基于故障电流特性的检测
该方法是通过电【diàn】流检测的【de】方式对高通滤【lǜ】波得到的【de】高【gāo】频信号、低通滤波得到【dào】的【de】低频信号进行特征【zhēng】值统计，目前这种方法得到普【pǔ】遍的运【yùn】用。
在【zài】故障电弧发生时，故障电流中都含有大量的【de】谐波分【fèn】量，幅【fú】值发生变化，通过对【duì】故障电【diàn】流信号时域特【tè】性和频域特【tè】性【xìng】进【jìn】行详细的分析【xī】，依据故障信号各自的共性和个【gè】性【xìng】，利用【yòng】快速傅立叶变【biàn】换和小波变换【huàn】提取故障电流的特征值，提高故【gù】障【zhàng】识别的【de】灵敏性【xìng】和准确性。
在光伏系统中，由于光伏【fú】阵列组成了庞大的系统【tǒng】使得【dé】直流【liú】电弧故障需要较高【gāo】的检测【cè】精度，也由于光伏电【diàn】站的输出【chū】受温度和【hé】日【rì】照强度变【biàn】化，逆【nì】变器本身的拓扑结构【gòu】和【hé】电气设备辐【fú】射等影响，使得故【gù】障【zhàng】电弧的检测容易受到干扰【rǎo】。因此，直流电弧检测未来的发【fā】展【zhǎn】方向是覆盖尽可能多的电弧故障【zhàng】，且不发生误动作。
火灾是光伏电站经济【jì】效益损失【shī】最大的【de】事故【gù】，如果是安装在【zài】厂房或者【zhě】民居屋顶上，还【hái】很【hěn】容易危及【jí】人身安全。光伏电站一【yī】旦发生火灾，不能直接用水来灭火，首先要以最快的【de】速度切断电源，古瑞【ruì】瓦特在多款机型上推出【chū】一种电路保【bǎo】护装【zhuāng】置AFCI(Arc-Fault Circuit-Interrupter)，其主要作【zuò】用是防止【zhǐ】故障电弧引【yǐn】起火【huǒ】灾。它有【yǒu】检【jiǎn】测并区别逆变器在启停或开关时产生的正【zhèng】常电弧和故障电弧的【de】能【néng】力，发【fā】现【xiàn】故障电弧后及时切断电路。这【zhè】个【gè】电路有【yǒu】以下特点：
具备有效的直【zhí】流电弧识别【bié】能力，允【yǔn】许最【zuì】大直流【liú】电流可达60A;具备友好的接口【kǒu】，可遥接控制断路器或连接器等;具备485通信【xìn】功能【néng】，可实时监控模块状【zhuàng】态【tài】;LED、蜂鸣器可作为快速识【shí】别模【mó】块工作状态【tài】，声光报警;功【gōng】能【néng】模【mó】块化，易于移植到各个系列产品中。
