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电弧故障断路器检测技术及相关标准
时间：2014-01-0609:37来源：低压电器杂志编辑：魏志娟
作考一周积刚/刘金琰上海电器科字研究院
摘要：本文在对电弧故障检测技术分析及相关标准研究的基｛出上，提出了终端电路用电弧故障断路器的形，在阻性和感性负载时，由于电感的作用，在电压突变的地方电流的突变和平眉部更为明显。
电弧故障断路器是根据故障电弧的持点来检测，并及时排除电弧故障。但实际上在正常电气线路中，会存在大呈正常电弧，例如开关电器操作产生的电弧、电动机电刷产生的电弧、弧焊机产生的电弧、插头插拔过程中产生的电弧等。此外，许多电子设备也会产生类似于故障电弧的电流波形和电压波形，例如由开关电源供电的计算机负载波形，也呈现类似于故隐电弧平坦的眉部。因此，电弧故障断路器必需要能区别正常电弧和故障电弧，这样才能迅速、有效地提供保护,同时防止误动作的发生，这是电弧故障断路器的技术关犍。
图1电阻电感混合负载电弧故障的电流电压波形

终端电路用电弧故障断路器主要采用基于电压电流波形的电弧检测方法。在出现电弧故障时，电网中故障电压和故隐电流的波形会呈现不同的特性。综上所述，故障电弧的电流电压波形具有以下特征:
1）每个周期在电弧熄灭过零和重燃期间，电弧电流波形会出现两个电流短暂为零的"平眉部"；
2）故障电弧电压和电流的波形是不稳定的和随机的;
3）电压和电流的波形包含有高频噪声;
4）电弧电流di/t高于正常电流波形；
5）除电訥熄灭和重燃部分外f电弧电压波形近似于矩形。
因此，电弧故障断路的检测技术就是如何提取电弧波形的持征，芥识别正常电弧和故障电弧的差异,确保
AFDD正确动作。电弧故障检测方式，首先采用电流传感器检测电路中的电压或电流信号f将检测到的信
号进行变换放大、滤波，经滤波器处理后的高频信号或低频信号，输入微处理器，由微处理器按预先设走
的算法进行计算和判断，并和存贮器的芟
进行对比，如判断为电弧故障，则发出脱扣信号，使电弧故障断路器分断。这种方式可以检测其下端电路和用电设备中发生的电弧故障，比较适合于在终揣电路中使用。

从国内外公司的硏究成果来看，根据电弧特征的提取方式和数据处理方式不同，电弧故障断路器的主要工作原理如下：
（1）检测故障电弧典型频谱的电弧故障检测系统
图2是施耐德公司电弧故障检测系统工作原理框图，原理框图的左边表示电气装置，右边虚线框内的部分是电弧检测系统展开示意图。电弧故障检测系统安装在电气装置中,用以监视电气装置中的接地故障和电弧故障。
图2施耐德公司电弧故障检测系统原理框图
电弧故障检测系统由di/dt传感器、帝通滤波器和信号检测器（电弧故障检测电路）、积分器（电流测呈电路）、电压过零检测电路、接地故障传感器、接地故障放大处理电路、微处理器（包括A/D转换和运算器）等组成。
di/dt传感器用来检测电气装置中的电流变化率，传感器铁心由磁性材料制成，例如铁;金氧或导磁粉末模压制成，以便感应快速变化的磁通。传感器铁心的导磁率应适当减小，以便在较大的电弧电流通过时不会使铁心饱和，确保其能检测电呱di/dt传感器二欠回路输出的感应电压与与一次回路电流的瞬时变化率成正t匕。调整传感器的参数使冥输出的信号的范围和频谱，可将电细从负载中区分出来。di/dt传感器的输出信号分二路，一路提供给由帝通滤波器和信号检测器组成的电弧故障检测电路,另一路提供给测量电流
的积分器。帝通滤波器是一个竟频噪声检测器，由一个或几个帝通滤波器组成。选择帝通滤波器的频率范围，以便检测代表电弧故障典型频谱的频段噪声，帝通滤波器将通过滤波器的频段信号1专送给信号检测器，与基准电平相比较，如达到足够的电平，则输出一个脉冲。帯通滤波器的信号送入一个与门，如果几个帝通滤波器同时输出脉冲，则与门送出一个脉冲至微处理器，由微处理器计数并用于电弧检测运算。传感器的另一路信号送入积分电路测量电流积分电路的输出与电路的交流电流成正t匕。积分器的输出信号由A/D最大值亀言号贮存于每半周期电压。
转换器采样,A/D转换至少输出一组8位字节的采样芟
0采样电流被转换成电流峰值、电流区域、di/dt
为防止频率漂移的影响，通过电压过零电路检测电压过零点，开通过内置走时器测量电压过零点之间的时间，修正采样频率，确保每个周期的采样数,叵走。
微处理器接收帝通滤波器的脉冲信号，每半周期的电流峰值、电流区域、最大di/dt、电流波动等信号,根据预走的方式进行运算和判别，确定是否发生电弧故障。如确定发生电弧故障，发出脱扣指令使断路器断开电路。
采用"三周期算法"判断的电弧故障检测系统
图3所示是德州仪器公司检测电弧故障设备的原理