AFCI（故障電弧斷路器）的研制.pdf

1、故障電弧斷路器(Arc Fault Circuit Interrupters，簡稱AFCI)技術(shù)是一項最新的電路保護技術(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，由于電流強度較小，低于目前電力系統(tǒng)特別是低壓配電領(lǐng)域廣泛安裝的過電流保護的設(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，保護220V/AC線路和負荷設(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，本項目主要的研究工作的有：搭建電弧試驗平臺，建立電弧數(shù)據(jù)庫，設(shè)計AFCI的硬件系統(tǒng)以及編寫軟件系統(tǒng)。本項目所研制的電子式AFCI基于大量的電弧實驗數(shù)據(jù)，針對國內(nèi)低壓220V交流單相配電系統(tǒng)，采用嵌入式系統(tǒng)數(shù)字電路控制和獨創(chuàng)性的電弧特征識別算法，體積小功能強，集成漏電流保護功能，實現(xiàn)故障電弧和漏電流的自動監(jiān)測和防護，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的發(fā)展背景，研究現(xiàn)狀和前景，以及立項意義。說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)和故障電弧檢測的基本原理和我們研制的AFCI的技術(shù)路線。 電弧試驗平臺由電弧發(fā)生器，錄波設(shè)備和負荷設(shè)備構(gòu)成。文中詳細介紹了實驗設(shè)備的使用方法，監(jiān)測軟件的設(shè)定程序，和電弧試驗的操作過程和標(biāo)準(zhǔn)。基于該實驗平臺進行大量的電弧實驗，可以收集正常負荷電路和電弧電流的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和處理之后

4、，為故障電弧檢測檢測提供依據(jù)。 AFCI的硬件系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)，采用51系列單片機柞為控制芯片。本文說明了整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理：采用開關(guān)電源模塊作為供電電源，電壓同步信號采樣電路產(chǎn)生的脈沖方波以檢測電網(wǎng)頻率，電流互感器以及配套的外圍電路實現(xiàn)電流信號輸入放大，ADC0809芯片及外圍電路將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號提供給單片機進行信號處理，然后對脫扣驅(qū)動電路和執(zhí)行機構(gòu)進行了詳細的介紹。 本項目的軟件采用C語言編寫，開發(fā)平

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