低压电弧故障断路器的研究与实现

一般住宅内的电路和设备、长期过载操作或不良电气连接等情况下，电线的绝缘层老化或破损，绝缘效果降低，可能会出现故障电弧。用电线发生电弧故障时，负载电流一般很小，但燃烧的电弧温度达到几千度，可以点燃周围的物质，引起电气火灾。故障电弧已经成为电气火灾的重要诱因之一。 电弧故障断路器技术是一种新的电路保护技术，在电路故障电弧发生时，为了避免电气火灾，及时分离电路。在配电线路终端安装AFCI是及时发现电弧、切断电路、减少电气火灾造成的电气火灾损失的有效措施。但是，目前广泛安装在电力系统，特别是低压配电领域的传统断路器大多没有故障电弧检测功能。 本论文研究故障电弧检测技术，设计适合我国低压配电系统环境的电弧故障断路器(AFCI)。论文的主要工作是： 从故障电弧断路器研究的课题背景、研究现状和发展前景、物理和电路理论的角度阐述电弧形成的基本原因和过程，并对基本电弧电路进行动态电路分析。

故障电弧保护器

参照美国UL1699标准，建立故障电弧仿真实验平台，进行故障电弧实验，收集故障电弧电流和0序列电流信号数据，建立故障电弧数据库，详细分析数据库中的故障电弧数据，挖掘故障电弧信号的一般特征。通过对故障电弧电流信号的分析，总结了故障电弧电流信号在时间段内出现“电流零点休息”现象、“电流零点休息”后的电流突变、峰值附近高频波形、连续周期破坏、波形不对称等典型特征。同时探讨了分析故障电弧零序电流信号的特性。 通过对故障电弧电流信号的频域分析和小波分析方法的比较，“小波分析方法可以更有效地提取故障电弧电流突变和波动的特征，同时对时域和频域进行定位。反映了误差电弧电流中包含的高频波。”的结论。基于线路电流增强波分析，提出了故障电弧检测方法。 采用线路电流时域一般特征检测与线路电流提升波分析相结合的故障电弧综合检测方法，基于嵌入式系统技术设计了低压交流配电系统AFCI产品实现方案，完成了AFCI产品样品的软硬件设计。我们测试了根据UL1699标准设计的AFCI产品样本。特别是进行了各种负载的误操作测试实验。实验结果表明，AFCI产品样品在低压配电线路发生故障时可以快速切断线路，有效减少AFCI的误操作。

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