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电弧故障断路器是如何实现电气防火功能的?【发表日期:2017/11/13】

配电智能化技术的发展及应用使得电弧检测、故障信号识别得以实现的电弧故障断路器依靠保护算法可以达到电弧故障保护要求,避免电气火灾发生。
电弧故障断路器包括操作机构、触头系统、脱扣机构、测试按钮、接线端子、壳架等一般结构,其特征结构还包括电弧检测电路、电弧故障电子识别电路(含微处理器),其基于PCB硬件及预设的保护算法,实现智能化的电弧检测、故障电弧识别。
 
  电弧故障断路器实施保护的流程:(1)电弧检测。通过先进的电子技术监测电路中的电弧。(2)电弧特性识别。针对检测到的电弧,分析其特性,识别是否为故障电弧。在电弧故障断路器制造中,需测试数以百计可能的运行状态,并编程存入电弧特性筛选器,用以识别“正常”和“危险”电弧。(3)保护特性匹配分析。保护特性满足UL1699标准规定:在交流供电线路上,当电弧故障断路器在0.5s内检测到8个半周波的故障电弧时,电弧故障断路器执行脱扣切断电路,且脱扣时间应小于0.2s。(4)切断电路,实现故障保护。当满足电弧故障保护特性时,发出脱扣信号,切断电路。
 
  电弧故障断路器检测到故障电弧,经保护算法分析,满足保护特性时即触发脱扣。典型方式:检测负载电流,将电流信号放大并传送至电弧特性筛选器,判定电流信号频率是否大于供电频率并小于电力线通信频率。筛选器输出的信号与设定的电弧电流门槛值比较,大于该电流门槛值时即加入累加器。电弧故障断路器定期检查累加器的输出,超过阈值时即触发脱扣。
 
  电弧故障断路器与GFCI(或RCCB)配合使用,可提供电弧和漏电两种故障保护兼有的家居电气故障保护,通常是电弧故障断路器-GFCI插座方式。美国EATON公司已开发出在电弧故障断路器壳体内集成接地故障(漏电)保护功能的终端产品。
利用电弧放电的光、热、声和电磁等特性,主要的电弧检测及故障识别方法:
 
  (1)依据电弧波形特性:通过判断电流波形导数以及累积电弧周期是否均超过设定阀值来识别电弧故障。
 
  (2)依据电弧高频能量突变:通过检测电流信号高频部分的能量突变识别电弧,并通过检测电弧次数来识别电弧故障。
 
  (3)采用高频小波变换:对负载电流高频取样,计算非过零离散小波系数,连同低频电流过零信号确定是否满足阈值。
 
  (4)采用傅式变换:采用短时傅利叶变换分析采样信号的基波分量、奇次和偶次谐波分量的变化,提取和判断串联电弧故障特征。
 
  (5)采用时频分析:基于反映电流突变的高低脉冲经延时衰减时间的差异,以高于和低于阈值的时域作为判断依据。
 
  (6)采用高频信号对比:通过判断周期性产生的高频电流是否区别于正常的开关电弧,并检测频谱范围是否区别于由于电力电子器件等应用产生的普通高频谐波。
 
  (7)采用弧光波长切换:将所接收到的电弧光中的紫外光变换为可见光,由光电转换器转换成触发信号。


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