当断路开关、保险丝和断路器等控制、保护并隔离电力系统中电气设备的功能发生故障时，有可能会危及整个电力系统的运行，以及使用相同电源的设备和邻近人员，对于短路更是如此。

　　两种经常面临的短路类型分别为金属接触短路和电弧短路，其中后者的危险性最高，如果没有及时检出并进行响应，电弧可能引起火灾，造成设备的损坏，甚至带来实际的伤害，典型的破坏包括导线过热和铝接点熔毁，甚至溢出有毒气体，过热也可能带来压力升高的危险，甚至造成配电盘爆炸。

　　配电盘中使用的保护方法有几种，包括快速母线保护、后备过电流保护和电弧闪光保护等，快速母线保护仅限于高电压配电盘，后备过电流保护则需要耗费太多时间切换断路器，因此在低电压和中级电压配电盘中需要一个较为快速的检测系统。

　　响应时间是关键

　　电弧可以在数毫秒(ms)的时间内产生并造成破坏，如果没有及时启动断路器则可能会造成巨大的损失，请参考图1。电弧意外造成的损失结果基本上直接相关于流经短路路径的电流大小和时间长度，然而在这两个参数中，时间长度是较为关键的因素，因此，要最大限度的提供保护，无论是电弧闪光检测器或者是整个配电盘系统都必须具有快速的响应时间。

　　图1：电弧时间和可能造成伤害的相对关系图

　　电弧闪光检测方法

　　电弧故障瞬间会释放出大量的辐射能量，包括光能和热能，由电弧产生的光强度会比正常的环境光高上数千倍，电弧闪光检测继电器利用这个现象来达到快速的响应时间，因此相较于传统继电器可以提供大幅度提高的破坏保护，因此电弧闪光检测已经成为所有配电盘的关键要求，然而，光只是电弧闪光发生的许多个指标之一。

　　电弧会大幅度提高光度、压力、热度、电流甚至声音，而这些都可以在配电盘系统的设计上进行监控和检测，虽然光的检测可能是最简单和最快速的方法，但许多系统会同时检测两个甚至三个或更多参数的组合，如光、电流和声音。虽然后者更加全面，但这个方法的额外成本和复杂性可以避免，其中最为有效、成本最低并且最常受到采用的方法结合了光和电流的检测，目前这个方法已经快速成为实现可靠电弧闪光检测系统的解决方案选择。

　　电弧闪光检测系统

　　包含光和电流检测器的电弧闪光检测系统主要零组件为电弧监测单元、控制单元、光检测器、电流检测器和电流互感器，控制单元由高灵敏度光检测器和前方的电流互感器接收信号，使得它能够快速决定是否触发断路器，非常明显地，这个信号处理程序必须快速并且可靠以便把危险性和破坏降至最低，也因此，光纤">光纤所具备的速度和抗电磁干扰(EMI)能力使得它成为这类环境中电弧闪光检测系统的完美媒介。

图2：常见的电弧监测系统框图

　　光检测器单元包含一个光发射器和接收器、以裸光纤环形式存在的光传感器和光纤电缆，其中光传感器采集闪光并通过光纤电缆传送到光接收器，接着把光学信号转换为电信号，并在电弧闪光发生时通知控制系统。在这类系统中常用的光传感器有两种形式，分别为定点传感器和环路传感器，定点传感器使用了光传感器和光接收器来检测特定区域的光线，而环路传感器则使用特别安排遍及设备的裸光纤环，请参考图3。

图3：环路传感器

　　[图说]

　　emitter = 发射器

　　detector = 接收器

　　Jacketed fiber, two fibers = 内含两条光纤的套层光纤

　　Bare fiber = 裸光纤

　　loop sensor = 环路传感器

　　相较于定点传感器，环路传感器技术提供了几个好处，首先它可以大幅度降低安装的成本，单一光纤传感器可能长达200英尺，可以覆盖大约相同于传统母线差分保护的保护区域，但成本却比定点感测器低了许多，其次，环路形式可以消除内部结构阴影可能屏蔽直接暴露于电弧闪光的问题，最后，如果光传感器采用环路配置形式，就可提供传感器完整性和连续性的定期自我检查，并在检测到问题时发出警告。

　　波长和照明

　　一般来说，电弧闪光的波长范围为300-1500nm的复合光波，因此，我们可以使用650nm或850nm的光纤接收器来检测电弧闪光，在这个波长范围可以使用的两种不同形式光纤分别为塑料光纤(POF, Plastic Optical Fiber)和多模玻璃光纤(Multimode Glass Fiber)。

　　因为在这个波长拥有最低的衰减，因此塑料光纤(POF)最适合650nm波长，相较于其他光纤形式，塑料光纤的成本最低并且更易于安装，多模玻璃光纤则在820nm时具有比塑料光纤在650nm更低的衰减。

表1：不同的光源和照明

　　表1列出了多种不同光源的照明能力，电弧闪光照明通常由5K到50K lux，因此非常容易分辨电弧闪光和环境光。

　　安华高科技(Avago Technologies)公司提供有许多光纤相关产品，包括发射器和接收器，波长分别为650nm、820nm和1300nm，其中最适合电弧闪光检测器应用的为无连接器通用链路(Versatile Link)系列和微型链路(Miniature Link)系列，这些产品提供的线性度、良好灵敏度和快速响应时间非常适合电弧闪光检测系统应用。

　　总结

　　短路为配电盘中最常见的故障之一，如果配电盘没有配备检测和保护能力，那么付出的代价就可能会大幅高于金钱损失甚至造成人员伤亡，因此，无可避免地必须要确保每个系统能够尽快检出故障以避免灾害，无论在成本或性能上，本文所提供的电弧闪光检测系统是目前最有效的检测方法之一，而光纤相关零组件则带来了建立电弧闪光检测系统最简单也最可靠的解决方案。