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故障电弧断路器 （AFCI）简介 一、引言 二、相关理论介绍 三、故障电弧检测 四、已有研究成果 五、相关讨论问题 一、引言 火灾是发生频繁且极具毁灭性的灾害。 引起电气火灾的原因主要有两个： 1、由电流因素引起的电气火灾。电流在导线上产生大量的热，致使绝缘损坏，从而引起火灾。如短路过载引起的电气火灾。 2、由故障电弧引起的电气火灾。电气故障产生温度较高的故障电弧或电火花引燃周围的可燃物或导线绝缘，从而引起电气火灾。如电气部件接触不良接地故障产生电弧或电火花引起的电气火灾。 二、相关理论介绍 1.电弧定义及其特点 2.故障电弧定义及其特点 3.AFCI和传统断路器 4.UL1699标准 1.电弧定义及其特点 电弧：一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。 电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场作用下移动的结果，其中电子的移动构成电流的主要部分。 电弧的特点：温度很高，电流很小，持续时间短，一旦出现击穿点则会频繁出现。电弧放电时，会产生大量的热，能引燃周围的易燃易爆品，造成火灾甚至爆炸。 电弧 2.故障电弧定义及其特点 根据电弧产生的机理，电弧可以分为两类： 1.好弧（插拔电器时产生的电弧等） 2.坏弧（故障电弧） 故障电弧产生的主要原因是电线等电气绝缘老化、破损，空气潮湿引起的空气击穿，或者电气连接松动等。 根据电弧电流的强度，故障电弧可以分为两类： 1.高水平电弧 2.低水平电弧。 根据电弧产生的位置又可分为三类： 1.串型电弧 2.对地电弧 3.线线电弧 有数据显示： 仅 2-l0 A的电弧电流就可以产生 2000-4000℃的局部高温 ， 0.5 A 的电弧电流就足以引起火灾。 下图是故障电弧引起的电气损坏： 故障电弧电流的波形大致为正弦波形。 故障电弧电压波形则较为复杂。* 低压故障电弧的典型特征 1、电流波形中含有丰富的高频噪声。 2、故障电弧上有电压降。 3、电流上升速度通常比正常状态要大 4、每半个周期都存在电流接近零的区域，称“电流零区”。 5、电压波形接近矩形 ，在电流零区变化率较其他时间大，在电流过零时最大。 6、故障电弧经常是零星的、间歇的。 7、电流波形具有很强的随机性。 3.AFCI和传统断路器 AFCI：Arc-Fault Circuit-Interrupter 电弧故障断路器 /故障电弧断路器 常见的断路器为低压断路器，又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载和短路保护的电器。 传统的断路器只对过流、短路起保护作用，而这里所说的AFCI，是在这基础上添加了对故障电弧起保护作用的功能，以防范电弧引发的火灾。它是一种电路保护装置，主要作用是为了防止由故障电弧引起的火灾。它有检测并区别电器启停或开关时产生的正常电弧和故障电弧的能力，在发现故障电弧时及时切断电源。 传统断路器——过流、短路保护* 4.UL1699标准 UL1699标准是用于规范AFCI的，该标准发展于上世纪90年代，用以识别由过电流产生的电弧而造成的家庭火灾。 现在该标准可用于规范AFCI技术在家用断路器、墙式安装插座，以及便携式AFCI插座的应用。 AFCI如何工作：根据UL1699标准，在交流线路上，当AFCI在0.5秒内察觉到8个半周的故障电弧，断路器执行脱口，切断交流线路。 在实际的应用中，AFCI不仅仅要符合UL1699这个安全标准，更加要满足于“产品适用性”要求。 三、故障电弧检测 1.利用物理特性检测 Lyapunov指数法 关联维数的应用 Duffing振子信号探测 2.频域中的检测 基于小波分析的故障电弧伴生弧声特征提取 3.LabWindows/CVI在线检测系统 1.利用物理特性检测 利用电弧放电时光、热、声音、电磁辐射等特性作为检测依据。 局限性： 检测电弧用的传感器有其特定的安装位置，不适用于线路稍长的设备中。此外，该设备需要增加的设备较多。因此此类检测装置一般适用于开关电源柜等场合。 Lyapunov指数法（华侨大学 08.4） 弧前早期声音信号可以作为故障电弧的早期特征信号,利用混沌系统对初值的敏感性,以Lyapunov指数为混沌振子运动状态的判据能准确地检测出故障电弧的早期特征信号,在未形成故障电弧的早期阶段加入声音预警机制,从而可以避免燃弧发生和误判。给出了未形成故障电弧之前早期定量探测分析的标准,该判断方法能很容易实现在ARM、DSP中编程。 关联维数的应用（华侨大学 08） 故障电弧的弧声产生可分成两个阶段: 第1阶段有弧声产生,但没有燃弧现象; 第2阶段既