一般住宅內電氣線路和設備,在長時間過負荷運行或不良電氣連接等情況下,電線的絕緣層會出現(xiàn)老化或破損,造成絕緣效果降低,可能發(fā)生故障電弧。用電線路發(fā)生故障電弧時,負荷電流一般會很小,但燃燒的電弧溫度卻可達幾千度,可引燃周圍的物質,從而引起電氣火災。故障電弧已經(jīng)成為電氣火災的重要誘因之一。
電弧故障斷路器(Arc Fault Circuit Interrupter,AFCI)技術是一項新的用電線路保護技術,其主要功能是在線路發(fā)生故障電弧時及時斷開線路避免發(fā)生電氣火災,在配電線路終端安裝AFCI是及時發(fā)現(xiàn)電弧并切斷電路、減小電弧造成電氣火災損失的有效措施。但目前電力系統(tǒng)中特別是低壓配電領域廣泛安裝的傳統(tǒng)斷路器,大多不具有故障電弧檢測功能。
本論文研究故障電弧檢測技術,設計適用于我國低壓配電系統(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,從物理學角度和電路理論角度敘述電弧形成的基本原因和過程,對基本電弧電路進行動態(tài)電路分析。
參照美國UL1699標準,搭建故障電弧模擬實驗平臺,進行故障電弧實驗,采集故障電弧線電流和零序電流信號數(shù)據(jù),建立故障電弧數(shù)據(jù)庫,對數(shù)據(jù)庫中的故障電弧數(shù)據(jù)進行詳細分析,挖掘故障電弧信號的典型特征。通過對故障電弧線電流信號的分析,總結歸納出故障電弧線電流信號在時域內具有“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、波形不對稱等典型特征。同時探討分析故障電弧零序電流信號的特征。
比較故障電弧線電流信號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電流突變和波動的特征、實現(xiàn)時域和頻域同時定位,體現(xiàn)故障電弧電流中包含的高頻諧波”的結論,提出基于線電流提升小波分析的故障電弧檢測方法。
采用線電流時域典型特征檢測與線電流提升小波分析相結合的故障電弧綜合檢測方法,基于嵌入式系統(tǒng)技術,設計針對低壓交流配電系統(tǒng)AFCI產(chǎn)品實現(xiàn)方案,完成AFCI產(chǎn)品樣品的硬件和軟件設計。根據(jù)UL1699標準,對設計的AFCI產(chǎn)品樣品進行了測試,特別是進行了多種負載的誤動作測試實驗。實驗結果表明,設計達到了預期的目標,AFCI產(chǎn)品樣品可以在低壓配電線路發(fā)生故障電弧時快速切斷線路,并能夠有效減少AFCI的誤動作。