一般住宅內(nèi)電氣線(xiàn)路和設(shè)備,在長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷運(yùn)行或不良電氣連接等情況下,電線(xiàn)的絕緣層會(huì)出現(xiàn)老化或破損,造成絕緣效果降低,可能發(fā)生故障電弧。用電線(xiàn)路發(fā)生故障電弧時(shí),負(fù)荷電流一般會(huì)很小,但燃燒的電弧溫度卻可達(dá)幾千度,可引燃周?chē)奈镔|(zhì),從而引起電氣火災(zāi)。故障電弧已經(jīng)成為電氣火災(zāi)的重要誘因之一。
電弧故障斷路器(Arc Fault Circuit Interrupter,AFCI)技術(shù)是一項(xiàng)新的用電線(xiàn)路保護(hù)技術(shù),其主要功能是在線(xiàn)路發(fā)生故障電弧時(shí)及時(shí)斷開(kāi)線(xiàn)路避免發(fā)生電氣火災(zāi),在配電線(xiàn)路終端安裝AFCI是及時(shí)發(fā)現(xiàn)電弧并切斷電路、減小電弧造成電氣火災(zāi)損失的有效措施。但目前電力系統(tǒng)中特別是低壓配電領(lǐng)域廣泛安裝的傳統(tǒng)斷路器,大多不具有故障電弧檢測(cè)功能。
本論文研究故障電弧檢測(cè)技術(shù),設(shè)計(jì)適用于我國(guó)低壓配電系統(tǒng)環(huán)境的電弧故障斷路器(AFCI)。論文主要工作包括:
介紹故障電弧斷路器研究的課題背景,研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景,從物理學(xué)角度和電路理論角度敘述電弧形成的基本原因和過(guò)程,對(duì)基本電弧電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)電路分析。
參照美國(guó)UL1699標(biāo)準(zhǔn),搭建故障電弧模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行故障電弧實(shí)驗(yàn),采集故障電弧線(xiàn)電流和零序電流信號(hào)數(shù)據(jù),建立故障電弧數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的故障電弧數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析,挖掘故障電弧信號(hào)的典型特征。通過(guò)對(duì)故障電弧線(xiàn)電流信號(hào)的分析,總結(jié)歸納出故障電弧線(xiàn)電流信號(hào)在時(shí)域內(nèi)具有“電流零休”現(xiàn)象、“電流零休”后的電流突變、峰值附近的高頻諧波、連續(xù)周期性破壞、波形不對(duì)稱(chēng)等典型特征。同時(shí)探討分析故障電弧零序電流信號(hào)的特征。
比較故障電弧線(xiàn)電流信號(hào)的頻域分析和小波分析方法,得出“小波分析方法可以更加有效提取故障電弧線(xiàn)電流突變和波動(dòng)的特征、實(shí)現(xiàn)時(shí)域和頻域同時(shí)定位,體現(xiàn)故障電弧電流中包含的高頻諧波”的結(jié)論,提出基于線(xiàn)電流提升小波分析的故障電弧檢測(cè)方法。
采用線(xiàn)電流時(shí)域典型特征檢測(cè)與線(xiàn)電流提升小波分析相結(jié)合的故障電弧綜合檢測(cè)方法,基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù),設(shè)計(jì)針對(duì)低壓交流配電系統(tǒng)AFCI產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)方案,完成AFCI產(chǎn)品樣品的硬件和軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)UL1699標(biāo)準(zhǔn),對(duì)設(shè)計(jì)的AFCI產(chǎn)品樣品進(jìn)行了測(cè)試,特別是進(jìn)行了多種負(fù)載的誤動(dòng)作測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo),AFCI產(chǎn)品樣品可以在低壓配電線(xiàn)路發(fā)生故障電弧時(shí)快速切斷線(xiàn)路,并能夠有效減少AFCI的誤動(dòng)作。