低压电弧故障断路器的研究与实现

一般包括住宅内电气控制线路和设备,在长时间过负荷进行运行或不良影响电气系统连接等情况下,电线的绝缘层会出现不同老化或破损,造成绝缘效果可以降低,可能没有发生一些故障电弧。用电线路问题发生故障电弧时,负荷电流通过一般会很小,但燃烧的电弧温度却可达几千度,可引燃周围的物质,从而能够引起我们电气火灾。故障电弧已经发展成为我国电气火灾的重要诱因之一。

电弧故障断路器(AFDD)是一种新型的电力线路保护技术，其主要功能是在发生电弧时及时断开线路以避免发生电气火灾，在配电线路终端安装电弧故障断路器是及时检测电弧并切断电路，减少电弧引起的电气火灾损失的有效措施。然而，目前电力系统中广泛使用的传统断路器，尤其是低压配电网中的断路器，大多不具备电弧故障检测功能。

本文研究了电弧故障检测技术，设计了适合我国低压配电系统环境的电弧故障断路器。 本文的主要工作包括：

介绍了故障断路器研究的背景、现状和发展前景，从物理和电路理论的角度阐述了电弧形成的基本原因和过程，并对基本电弧电路进行了动态电路分析。

根据美国UL1699标准，搭建故障电弧模拟实验平台，进行故障电弧实验，采集故障电弧电流和零序电流信号数据，建立故障电弧数据库，对数据库中的故障电弧数据进行详细分析，挖掘故障电弧信号的典型特征。通过对故障电弧电流信号的分析，总结出故障电弧电流信号在时域中的典型特征，如电流过零现象、电流过零后电流突变、峰值附近的高频谐波、连续周期性破坏、波形不对称等。同时，对故障电弧零序电流信号的特征进行了讨论和分析。

比较系统故障电弧线电流控制信号的频域数据分析和小波分析研究方法,得出“小波分析教学方法我们可以通过更加科学有效信息提取故障电弧线电流突变和波动的特征、实现时域和频域同时发展定位,体现故障电弧电流中包含的高频谐波”的结论,提出一种基于线电流提升小波分析的故障电弧检测工作方法。

采用结合线电流时域典型特征检测和线电流提升小波分析的故障弧综合检测方法，基于嵌入式系统技术，设计了低压交流配电系统AFCI产品的实现方案，完成了AFCI产品样品的硬件和软件设计。设计的AFCI产品的样品根据UL1699标准进行了测试，特别是对于多重负载的错位试验实验。实验结果表明，该设计达到了预期的目标，AFCI产品样品可以快速切断低压配电线故障弧，有效减少AFCI的误作用。