AFCI（故障電弧斷路器）的研制.pdf

1、故障電弧斷路器(Arc Fault Circuit Interrupters，簡(jiǎn)稱AFCI)技術(shù)是一項(xiàng)最新的電路保護(hù)技術(shù)，主要作用是防止由故障電弧引起的火災(zāi)。發(fā)生電弧故障時(shí)，由于電流強(qiáng)度較小，低于目前電力系統(tǒng)特別是低壓配電領(lǐng)域廣泛安裝的過(guò)電流保護(hù)的設(shè)定值，在配電線路終端安裝故障電弧斷路器(AFCI)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)電弧并切斷電路，有效減小電弧造成損失的措施。 目前國(guó)內(nèi)低壓AFCI技術(shù)領(lǐng)域尚處于起步階段，還未建立起完整的低壓故障電弧數(shù)據(jù)

2、庫(kù)，保護(hù)220V/AC線路和負(fù)荷設(shè)備的AFCI產(chǎn)品領(lǐng)域還是空白。在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目主要的研究工作的有：搭建電弧試驗(yàn)平臺(tái)，建立電弧數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)AFCI的硬件系統(tǒng)以及編寫軟件系統(tǒng)。本項(xiàng)目所研制的電子式AFCI基于大量的電弧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)國(guó)內(nèi)低壓220V交流單相配電系統(tǒng)，采用嵌入式系統(tǒng)數(shù)字電路控制和獨(dú)創(chuàng)性的電弧特征識(shí)別算法，體積小功能強(qiáng)，集成漏電流保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)故障電弧和漏電流的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和防護(hù)，有效的保障低壓配電線路和用電設(shè)備以及人身

3、的安全。 本文首先介紹了故障電弧保護(hù)的發(fā)展背景，研究現(xiàn)狀和前景，以及立項(xiàng)意義。說(shuō)明了電弧的基本性質(zhì)，產(chǎn)生原因和故障電弧的危害，AFCI的結(jié)構(gòu)和故障電弧檢測(cè)的基本原理和我們研制的AFCI的技術(shù)路線。 電弧試驗(yàn)平臺(tái)由電弧發(fā)生器，錄波設(shè)備和負(fù)荷設(shè)備構(gòu)成。文中詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法，監(jiān)測(cè)軟件的設(shè)定程序，和電弧試驗(yàn)的操作過(guò)程和標(biāo)準(zhǔn)?；谠搶?shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行大量的電弧實(shí)驗(yàn)，可以收集正常負(fù)荷電路和電弧電流的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理之后

4、，為故障電弧檢測(cè)檢測(cè)提供依據(jù)。 AFCI的硬件系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)，采用51系列單片機(jī)柞為控制芯片。本文說(shuō)明了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理：采用開關(guān)電源模塊作為供電電源，電壓同步信號(hào)采樣電路產(chǎn)生的脈沖方波以檢測(cè)電網(wǎng)頻率，電流互感器以及配套的外圍電路實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)輸入放大，ADC0809芯片及外圍電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)提供給單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，然后對(duì)脫扣驅(qū)動(dòng)電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 本項(xiàng)目的軟件采用C語(yǔ)言編寫，開發(fā)平

5、臺(tái)為基于Keil C編譯器的Wave6000。軟件主要包括信號(hào)采集、信號(hào)處理、故障檢測(cè)和脫扣控制等模塊。信號(hào)采集包括信號(hào)同步采樣和A/D變換，信號(hào)處理包括FFT變換和電流參數(shù)計(jì)算，故障檢測(cè)是軟件最重要的部分，包括電弧發(fā)現(xiàn)、電弧特征識(shí)別和漏電流檢測(cè)。文章的總結(jié)部分首先針對(duì)某具體的低壓配電系統(tǒng)故障電弧波形的仿真，采用本項(xiàng)目的電弧特征檢測(cè)算法分析了仿真波形，證明了該策略的可行性。然后總結(jié)了項(xiàng)目下一步可以改善的問題和措施，最后對(duì)未來(lái)AFCI的發(fā)