故障电弧探测装置实现方案
故障电弧探测装置安装使用说明书
01 02 位置，当故障电弧探测装置发生故障电弧报警时，01 02 将输出一个闭合 信号，01 02 位置将接通，可以将外部的分励机构或设备导通以切断电路故障电 路，实现消防联动的作用。
第五章 操作说明
4.2 复位功能
故障电弧探测装置具有复位测试功能， 如果故障电弧探测装置出现故障或者 故障电弧探测装置出现电弧报警后， 可以通过按复位按钮来对故障电弧探测装置 进行复位操作，来消除故障或者恢复正常检测状态。
4.3 报警上传功能
故障电弧探测装置具有信号上传功能，可以通过两种方式与上端电弧中继模
第七章 故障分析与排除
对于以下几种情况，值班人员或用户的专门管理人员可以进行故障排除和处理 1） 如果运行指示灯出现故障，包括灭掉或者不规则闪烁等现象，请检测供电电 路是否出现断电情况，如果供电电路断电，对故障电弧探测装置可以不进行 处理，供电电路上电后，将会恢复正常；如果供电电路为发生断电或者供电 电路上电后，运行灯故障依旧存在的，请按“复位”按钮，对故障进行排除， 如复位后依旧不能解决情况的，请及时联系厂家，或专业技术维修人员。 2） 如果在正常连接上位监控设备的情况下，通讯灯出现故障，包括长灭或者闪 烁不规律等现象，直接按“复位”按钮，对故障进行排除，如复位后依旧不 能解决情况的，请及时联系厂家或专业技术维修人员。
第六章 安装 调试 接线方式
故障电弧探测装置为导轨式安装在柜体内。 接线方式如下图 2 所示，故障电弧探测装置为串联接入电路中，由故障电弧 探测装置上端接输入端，下端输出，火线 L 接在面向故障电弧探测装置的左侧。 故障电弧探测装置下端上部为串口接线端， 从左至右依次为 O1 O2 NC B A 其中 A 、B 为 RS485 串口接线口，O1 O2 为继电器输出，上端中继模块连接，实现通 讯功能。 故障电弧探测装置示意图如上图：Lin 为 L 输入、Nin 为 N 输入，Lout 为 L 输 出、Nout 为 N 输出，接下端负载电路。A、B 为串口信号接线端。 调试：故障电弧探测装置按照上面接线方法装入线路中，对应面板，运行灯 会规律闪烁，说明故障电弧探测装置检测功能正常
故障电弧检测技术与应用
故障电弧检测技术与应用
故障电弧检测技术是一种用于检测电力系统中的电弧故障的技术。
在电力系统中，电弧故障是一种常见的故障类型，它会导致电力设备的损坏、电力线路的故障等问题，甚至会引发火灾和爆炸。
故障电弧检测技术主要通过检测电力系统中的电弧故障产生的电弧电流和电弧光辐射等信号，来判断是否存在电弧故障，并及时采取相应的措施进行处理。
故障电弧检测技术的应用范围非常广泛。
它可以用于电力系统中的各种设备和线路，如变电站、配电柜、电缆线路等。
在这些设备和线路中，不同类型的电弧故障可能会产生不同的电弧电流和电弧光辐射信号，因此需要采用不同的检测技术来进行检测。
故障电弧检测技术在电力系统中的应用可以提供以下几个方面的好处：
1. 可以及时发现电力系统中的电弧故障，提前采取措施进行处理，避免发生设备损坏、线路故障等问题。
2. 可以防止电弧故障引发火灾和爆炸等安全事故，保障人员和设备的安全。
3. 可以提高电力系统的可靠性和稳定性，减少停电和故障对用户的影响。
总之，故障电弧检测技术在电力系统中的应用具有重要的意义，它可以提高电力系统的安全性和可靠性，减少事故的发生，保障电力供应的正常运行。
电弧故障探测器工作原理
电弧故障探测器工作原理
电弧故障探测器是一种电力设备，用于检测和识别电力系统中的电弧故障。
它的工作原理主要通过检测电弧故障产生的电流、电压和光强等信号来实现。
通常，电弧故障探测器会安装在电力系统中，在电器设备或电路上监测电弧故障信号。
当电系统中发生电弧故障时，电弧将产生一系列特征信号，如电流变化、频率特征、短时过电压和光辐射等。
电弧故障探测器会通过传感器收集这些特征信号，并将其传输到处理单元进行分析和判别。
处理单元使用算法和模型来检测和识别电弧故障的特征，确定是否为真正的电弧故障，并及时报警。
具体的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 传感器感知：电弧故障探测器使用传感器来感知电弧故障产生的信号，包括电流、电压和光强等。
2. 信号采集：探测器将传感器感知到的信号采集并传输给处理单元，通常通过模拟电路进行信号转换和处理。
3. 信号分析：处理单元对采集到的信号进行分析和处理，包括特征提取、频率分析和波形识别等。
4. 故障判别：利用算法和模型，处理单元对分析得到的信号进
行比对和判断，确定是否为真正的电弧故障。
5. 报警信号：若识别为真正的电弧故障，处理单元将触发报警信号，通知相关人员。
电弧故障探测器的工作原理基于电弧故障的物理特性和特征信号，高效准确地发现电力系统中的电弧故障，帮助提高电力系统的安全性和可靠性。
故障电弧
1 2
电弧的特性 平肩部检测
3.轮询对25个周波中每个 波进行检查，首先计算出 该周期内若干个电流值当 中在0附近的值的个数或 者变化幅度平缓的点个数， 来表征该周期的电流是否 存在平肩部，得到个数的 参数N；N大于5个点则对 进行不对称判断、幅值越 限等进一步判断。如果没 有平肩部，则对下一个周 波进行判断。左边的图示 是一个比较典型的平肩部。 如果对实时要求比较高也 可以将轮询的周波数减小。 每5个周波进入一次软终 端进行判断，最后集合 25个周波的数据。
故障电弧检测解决方案
目
1 2 3 4 5 6
录
简述 故障电弧特性 检测方案 方案演示 需要的支持 结语
3
1
电弧的特性
从上面的截图可以看 出电弧波形的几个特 点。 1.平肩 2.有效值越限 3.正负半周波不对称 4.奇次谐波含量比较 高 针对以上的这些特性， 利用合理的嵌入式采 集平台和算法可以准 确检测出线路上是否 有故障电弧的存在。
1 2 3
电弧的特性 平肩部检测 其他特性检测
4
统计判断
7. Iaver*K1+ Ioffset*K2 +Ihar>2则认为波形充分满 足电弧要求，该周波为电 弧周波。 8.25个周波内连续出现8个 或者不连续有15个波形符 合故障电弧的波形都认为 是线路存在电弧隐患，立 刻上传报警事件。
4
其他支持
1.我在dsp上对算法做过验 证。单个模块的运行耗时 都不长。整个运行的时间 大概是40us，考虑到dsp 的主频是300Mhz，如果用 低端一些的mcu，200us之 内应该可以处理完。 2.选用的片子最好片内资 源多一，带浮点计算库。 3.实验的波形是从标准上 摘下来数字化处理后转换 成的实际的波形是怎么样 的不清楚。有条件可以在 研发时用电弧发生器采集 实际波形进行测试。 4.检测回路的个数，计算 负荷和测量的回路数是成 正比的，需要确定检测的 最大回路数。
故障电弧断路器如何进行故障电弧的检测和识别
故障电弧断路器如何进行故障电弧的检测和识别
家辉电气科技（深圳）-打造中国最专业故障电弧防控平台
故障电弧断路器如何进行故障电弧的检测和识别
家辉电气故障电弧断路器采用电子技术识别电弧状态，故障电弧检测是电弧故障保护的关键环节。
关于电弧及故障电弧检测的研究始于20世纪80年代末和90年代初的美国。
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：故障电弧断路器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：故障电弧断路器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：故障电弧断路器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。
故障电弧探测器—GB14287.4-2014电气火灾监控系统第四部分
故障电弧探测器—GB14287.4-2014乐鸟电气火灾监控系统第四部分故障电弧探测器电气火灾是由电气安全隐患、故障和违章安装、使用不当等引发的，而造成的故障包括过欠电压、过电流、短路、接点过热、击穿放电、漏电等等。
多年电气火灾研究和火灾调查的实践证明，电气故障引发火灾主要有三种表现形式，即电接触引发火灾、电弧放电引发火灾和电热引发火灾；每次电气火灾是电接触、电弧放电和电发热单独或综合因素的结果。
为了加强电气火灾事故预防工作，有关部门相继制订或修改了有关标准规范，要求设置电气火灾监控系统。
如在修订后的《高层民用建筑设计防火规范》9.5.1规定高层建筑内火灾危险LN6A故障电弧探测器依据国家标准GB14287.4-2014、GB50045-95（2014版）、GB13955-2014，同时参考国际电工标准呢IEC62020，IEC60755、IEC60364。
电气火灾监控系统的基本组成包括：电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器以及测温式电气火灾监控探测器。
该系统能够对被保护线路中的电流、剩余电流、温度进行监视，并及时发现电气火灾隐患，预防电气火灾发生。
但许多严重的火灾事故仅仅是由线路中低于额定电流或预期短路电流的故障电弧引起的。
这些危险的电弧可能发生在设计不合理或者老化的供电线路、电器插头以及家用电器的电源线、内部线束或零部件绝缘。
当故障电弧发生时，线路上的漏电、过流和短路等保护装置，可能无法检测到或者无法迅速动作切断电源，极易引发火灾现有电气火灾监控系统的不足电气火灾监控系统主要有多功能漏电开关型、分离配置型、分离配置整合型等三种类型；基本组成包括：电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器以及测温式电气火灾监控探测器；该系统能够对被保护线路中的电流、剩余电流、温度进行监视，并及时发现电气火灾隐患，预防电气火灾发生。
许多严重的火灾事故是由线路中低于额定电流或预期短路电流的故障电弧引起的。
分体式故障电弧探测器设计规范与施工说明V1.4(有线至中继)
用电安全智能系统主机设计规范与施工说明书（V1.4）2018年09月技术部目录1.产品概述 (01)2.安装位置 (02)3.故障电弧产品接线3.1强电接线 (04)3.2通讯接线 (05)3.3上传通讯接线 (06)4.产品使用说明 (07)5.用电安全智能系统主机与故障电弧中继模块接线说明 (10)故障电弧探测系统设计规范与施工说明书1.产品概述故障电弧探测器依据GB14287.4-2014《电气火灾监控系统第4部分：故障电弧探测器》(2015年6月1日实施)设计，依据GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》应用。
本公司产品用电安全智能系统主机XYF-32i和分体式故障电弧探测器如下图：设计规范依据中国建筑标准设计院《火灾自动报警系统设计规范图示》14X505-1：注明：根据设计规范，故障电弧探测器（AFD）应该安装在末端配电箱的支路上，安装位置在支路断路器的下方，负载的上方。
末端配电箱支路是单相，电压为220V，电流为6安培～32安培，所以故障电弧探测器产品额定电流值小于等于32安培即可满足需求。
2.安装位置用电安全智能系统主机采用标准导轨安装，常安装于PZ30配电箱或配电柜中。
尺寸图如下图所示。
分体式故障电弧探测器采用穿孔式安装在断路器下端，尺寸图如下图所示。
以故障电弧探测器（型号XYF-32i）为例，安装详情如下图示：3.故障电弧产品安装接线3.1强电接线用电安全智能系统主机应用于单相220V电源环境，不可安装于380V电源环境，强电端子为标准断路器接线端子，其强电接线规范符合GB13955-92标准。
以用电安全智能系统主机（型号XYF-32i）为例：产品上面为进线N（零线）和进线L（火线）。
下端为通讯线端口,采用星形接法和树状接法，从通讯端口拉出一组总线，分体式故障电弧探测器通过卡扣接入总线，将所接收到的信息传入用电安全智能系统主机。
1台用电安全智能系统主机最多可连接32个分体式故障电弧探测器，并且32个分体式故障电弧探测器地址不能重复。
开关设备电弧故障检测及定位装置
年代初 开始研 究 电弧 故 障 的物 理 特 性 、 生 机 制及 产
探 测方法 Ｉ ， ４ 如今 比较 常用 的是 电流 检测 法 、 电压
（ ） 障 电流检 测模 块 完 成 故 障 电流 的采 集 和 １故 辨识 ， 开关设 备 的动作 提供 依据 。 为 （ ） 障 电弧采 集模 块 完 成对 弧 光 信 号产 生 的 ２故 研判 和故 障 电弧信 号 的采 集 功能 。 （ ） 能 电 弧监 控 器 ， 成 对 故 障 电 流检 测 法 ３智 完 和弧光 探测 法上 传信 号 的分析 和研 判 。在 满 足条件 的情况 下 ， 出开关设 备 动作信 号 ， 输 确定故 障 电弧 的
收 稿 日期 ：００—１ —２ ２１ １ ５
采 用 电流 检 测 法 ， 于故 障 电流 检 测模 块 对 开 基 关设 备 电路 中的故 障 电流 进 行 实 时检 测 ， 模 块包 该
括如 下 ６项 功 能 。
（ ） 装 在 开关 设 备 进 线 线 路 中 的互 感 器 ， １安 它 是用来 检测 相 导线 流过 的 电流变化 量并输 出电流检 测信 号 。 （ ） 流分 压 电路 单 元 与互 感 器 相 连 接 ， 是 ２整 它 用 来将 电流 检测 信号进 行 整流并 通过 电阻分压 电路
（ ） 障 电弧定 位模 块 。故 障 电弧 采 集模 块 通 ２故 过 对弧 光信号 的采 集 ， 用 液 晶屏 对 应 二维 感 光 元 利
故 障 电 流 检 测 模 块
开 关 设 备
动 作 信 号
生． 模 块
点 间隙 中产生 的一 团 温 度极 高 、 出强 光 且 能 够导 发
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目录一、引言 (2)二、产品概述 (3)2.1现有电气火灾监控系统的组成 (3)2.2现有电气火灾监控系统的不足 (3)2.3故障电弧检测技术开始被重视 (3)2.4国家标准加快出台 (3)2.5家和物联在电气火灾监控领域的现状............................................ 错误!未定义书签。
三、故障电弧分析 (5)3.1故障电弧的起因 (5)3.2电弧的基本性质 (5)四、故障电弧的检测原理 (12)4.1故障电弧的试验设备 (12)4.2故障电弧数据库的建立 (13)4.3硬件设计 (13)4.4软件设计 (14)一、引言在我国经济高速发展的过程中，火灾的频繁发生给社会和公共安全造成了极大的危害，据国家权威部门统计，我国每都有30%以上的火灾是由电气火灾引起的，其中2012年1-10月份全国共发生火灾11万起，其中电气引起火灾共33385起，占总数的30.3%。
在数量和危害程度上占据其它火灾之首。
电气火灾，对人身及财产造成了巨大损失。
电弧故障是造成电气火灾的主要原因之一，而传统的断路器只能保护剩余电流、过流和短路的情况，而许多严重的火灾事故往往是由低于额定电流的故障电弧引起的。
因此，对故障电弧的起因及监控探测进行研究具有十分重要的意义。
本文主要对故障电弧探测装置的工作原理, 故障电弧检测的硬件和软件的技术实现进行了阐述。
二、产品概述2.1现有电气火灾监控系统的组成电气火灾监控系统基本组成包括：电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器以及测温式电气火灾监控探测器；该系统能够对被保护线路中的电流、剩余电流、温度进行监视，并及时发现电气火灾隐患，预防电气火灾发生。
电气火灾监控系统集监视、报警、控制、集中管理与一体，监控探测器一般挂接在总线上的支路上，接受主控制器的命令，并传送全部信息；主控制器处理接收来的数据，监控被探测电气线路单相、三相电流，剩余电流，温度等参数的变化。
当参数异常时，剩余电流互感器、温度传感器等终端检测元件对信息进行采集，并送到监控探测器里，超出设定值时即发出报警信号，同时输送到监控设备中，经进一步识别判定，当确认可能会发生火灾时，监控设备发出火灾报警信号，报警指示灯亮，发出报警音响，并在液晶显示屏上显示报警信息。
2.2现有电气火灾监控系统的不足许多严重的火灾事故是由线路中低于额定电流或预期短路电流的故障电弧引起的。
这些危险的电弧可能发生在设计不合理的或者老化的供电线路上、电器插头以及家用电器的电源线，内部线束或零部件绝缘上。
当故障电弧发生时，线路上的漏电、过流和短路等保护装置，可能无法检测到故障电弧或者无法迅速动作切断电源，极易引发火灾。
2.3故障电弧检测技术开始被重视故障电弧检测技术，最初被国内研究院所和厂家所认知，多是通过AFCI （故障电弧断路器）和UL 1699标准。
然而美国电网与中国电网的实际情况却相差很多，无论从电压，频率，配电系统结构等方面都有所不同，照搬UL 1699标准必然无法适应中国的实际情况。
近些年来，国内研究院所和厂家，投入了大量的人力物力，在故障电弧引发火灾的机理，故障电弧模拟仿真，故障电弧检测方法，故障电弧试验平台，故障电弧检测产品实际工程应用等方面，都做了大量的研究和尝试，为故障电弧检测技术在国内的发展和应用奠定了坚实的基础。
2.4国家标准加快出台2011年12月，在全国消防标准化技术委员会第六分技术委员会会议上，完成了对 GB 14287.4《电气火灾监控系统第4部分：故障电弧探测装置》征求意见稿的讨论。
国家标准的加快出台，势必对故障电弧检测技术在电气防火领域中的推广和应用起到积极的促进作用，国家标准的实施更可大幅度降低由故障电弧导致电气火灾发生的数量和几率。
三、故障电弧分析当两电极间的电场强度足够大 , 极间自由电子的运动能量撞击空气中的中性分子或原子并足以使其游离出更多带负电的自由电子和带正电的正离子时 ,电场强度会进一步加强。
在该电场中 ,电子撞向阴极 , 而正离子撞向阳极。
若正离子的能量能使阴极游离出新的电子 , 辉光放电就转化为弧光放电 ,即形成电弧。
由此可见 ,电弧是一种气体游离放电现象 , 也是一种等离子体。
GERM2ER 等的研究表明 : 接通过程产生的电弧与触头材料及电路电压有关 , 而分断电路过程产生的电弧还取决于电路的电流。
交流电弧也有类似特性。
3.1故障电弧的起因引起电弧故障的原因很多种，但主要可以概括为以下三点：(1)绝缘碳化在很多情况下都能形成碳化路径，例如：将两个电极放在电缆绝缘层上，对电极通以高电压，就可以直接在电缆表面形成电弧;潮湿的绝缘表面和污染物综合作用导致绝缘表面有漏电流流通，逐渐形成碳化路径，最终使绝缘碳化。
(2)空气电离燃烧和预电弧都能电离空气。
如果配电母线发生严重的电弧故障，首先会喷出大量的电离气体，这些电离气体会飞出一定距离，这时遇到另外一条线路，就很容易引起空气分解导致电弧产生。
而且燃烧会使空气介电强度降低，使空气更容易发生电离。
(3)短路短路有两种形式：一种是金属性短路;另一种是电弧性短路。
后者是由于导体暂时性接触引发的，起初触点周围的金属物质逐渐融化，磁场力趋向拉开接触的导线，从而液体桥断开。
3.2电弧的基本性质电弧可分为正常电弧和非正常电弧( 即故障电弧) 两种。
一般认为, 电器的正常开关、插头插拔等操作引起的电弧属正常电弧; 而触头松动、绝缘老化、击穿、接地故障等引起的电弧视为故障电弧.故障电弧分为串弧、并弧和接地弧.电弧的电流和电压波形一般不是简单的正弦波形.经研究发现,并联电弧的性质更具一般性,而串联电弧的性质收到负载类型的影响,特性较为复杂.下面先讨论电弧的普遍性质.经过对大量电弧波形的研究,发现说有电弧都具有一些共同的特性:①电压和电流的波形包含有高频噪声;②沿电弧有电压降;③除有设备进行补偿的情况,由于沿电弧有电压降,对同一条线路的同一点上电弧电流低于非电弧电流;④电弧电流的上升速率一般高于正常电流;⑤电弧电流的每一个半周期波都在正常电流的过零点前熄灭,再过零点后复燃,在每半个周波形成一段几乎是平的零电流区域.把它命名为“平肩部”.⑥电压波形接近于矩形.⑦电弧通常是散布于正常电流之间零星闪波.图3.2.1 一般电弧的特性从图3.2.1中的电流电压波形,还可以看到其他一些电弧普遍特性,下面会详细介绍故障电弧的特性.(1)并联电弧的普遍特性图3.2.2 75安培并联电弧电流曲线图3.2.2表示的是用金属刀片切断NM-B型电缆产生的平行电弧,引起电弧连接的短路故障,断开点的短路电流为75A.从图中可以得到电弧电流的特点包括:①电流幅值小于理想状况;②高频闪络③电流曲线有“平肩部”的存在;④上升的幅度在部分比理想状况陡峭.我们可以注意到:没有两个半周波的波形是相同的;在波形某些局部,可以看到更为明显的电弧的特征.既然电弧是有切断电缆硬气的,发生电弧之前是没有正常电流做参照的条件下识别出电弧电流的特性.图3.2.3是完全相同的电路和条件下进行第二次实验所记录的波形,它与图3.2.2的波形不同,也不存在高频闪,但是其他特性是相同的,这说明电弧的概率特性和电弧保护的检测装置为了能够检测到电弧的产生并与正常负荷区分开,需要同时得到多个特证证实电弧的存在.图3.2.2 75安培并联电弧电流曲线二⑵串联电弧的普遍性质发生串联电弧时,我们可以观察到电流变小,同时受负荷本身的影响出现异常的波形.为了能够检测与负荷串联的电弧,研究电弧发生前后波形的变化与研究电弧的性质同样重要.检测电弧-正常电流的差异最容易,但是发生故障电弧时前后两个半周期波也会变化,如果没有同正常电流相比较,会被认为检测到电弧.一些负荷具有非常类似于故障电弧的特征.因此对于这些情况,需要检测若干个半周波直到确认存在电弧的概率比较大.以图3.2.3-3.2.6为例,故障电弧同正常电弧是存在相当大的差异的,但肉眼一般很难发现,必须通过高精度分析才能辨别.①真空吸尘器图3.2.3 真空吸尘器的电弧电流曲线图3.2.3表示的真空吸尘器的通用点击运转时电线发生串联电弧时的电流波形.可以注意到一下特征:A.存在平肩部分;B.峰值有变化;C.电流增长速率有变化.②个人计算机图3.2.4 个人计算机的电弧电流曲线图3.2.4是个人计算机开启后的电弧电流曲线图.开关电源正常工作时具有异常的波形,表现很多故障电弧的特征.但是,通过某些特征能够区分真正的电弧和正常波形:A.电流幅值变化很大;B.振幅不稳定;C.电流脉冲偶尔会发生确实;D.增强的高频抖动.③调光器图3.2.5 1000W调光器电弧电流曲线图3.2.5表示的是1000瓦调光器电弧电流曲线,它的正常波形和故障电弧波形非常类似.我们可以看到,两者之间电流幅度确定不同,电弧电流持续时间不时变化,含有高频分量.检测调光器负载的故障电弧需要较长时间.④压缩机图3.2.6 压缩机的电弧电流曲线图3.2.6 表示的是压缩机的电弧电流曲线.正常电流波形和故障电流波形具有更加类似的性质,高频抖动和幅值变化都不是明确的区别依据.故障电弧能够作为检测特征的有:A.幅值的变化;B.增加速率变化;C.平肩部的存在.四、故障电弧的检测原理电弧具有概率特性,并不是持续不变的,许多负载的特性与串联电弧相似,因此,电弧保护的检测装置为了能够检测到电弧的产生并与正常负荷区分开来,需要同时得到多个证据证明电弧存在的概率很高而正常负荷的概率很低,这个非常重要.4.1故障电弧的试验设备(1)试验平台结构图4.1.1 电弧试验平台结构试验平台结构如图4.1.1所示,包括供电变压器,开关,电弧发生器,负载和数据采集设备.供电变压器按照标准要求能够提供500A电流,电压可调.(2)电弧发生器电弧发生器是人工产生持续电弧的设备,是试验中最重要的设备.将电弧发生器同各种负荷设备连接后,使电弧燃烧,就可以研究各种负荷状态下的电弧特性.该设备的结构如图4.1.2所示:图4.1.2 电弧发生器(a=0.7+0.3英寸)该电弧发生装置的规格按照UL1699标准相关条款的要求,有固定电极和移动电极组成.一个电极有直径0.25英寸(6.4毫米)的碳-石墨电极棒组成,另一个铜杆.其中一个或两个电极的末梢必须是尖锐的.电极相互接触时电路应该完全闭合.4.2 故障电弧数据库的建立由于故障电弧电流波形具有非正弦性和随机性,而且在某些负荷设备环境下,启动和正常工作状况的电流波形与电弧波形具有某些相似性.而目前还没有一种电压电弧数学模型可以精确地仿真各种工作状况下的电弧波形.因此,研发故障电弧探测装置的基础是搭建故障电弧实验平台,通过大量的试验采集各种负荷下故障电弧和正常工作状态的电流数据,然后经过数据处理,研究出故障电弧与正常工作的特性差异. 在此基础上所开发研制的故障电弧探测装置才能准确地检测故障电弧,而不发生误动作.故障电弧数据库的建立是故障电弧探测装置中的难点.4.3 硬件设计硬件结构图如下图4.3.1所示:图4.3.1 硬件原理框图(1)在图中,电流互感器1采用气芯的电互感器,它的特点是无磁滞和磁饱和现象,它有非常好的线性和暂态特性, 1将感应信号送入2一个电压跟随器,以使输出信号强化. 3是一个50-60HZ的低通滤波器, 4是个双路非反相运放,负载电流的信号被放大后送入13处理.(2)7和8是200KHZ和250KHZ的带通滤波器,是一个对电弧电流波形的傅里叶运算,之后,信号将送入9一个1ms的单稳触发电路,之后经过10逻辑与送入13运算处理.(3)5是电压检测电路,当电弧发生时,AC电源的电压是不稳定的.所以要对电压的绝对值进行采样,送入13处理.并且6负责检测电压的过零信号,并将此信号送入13,用于电流采样值的运算.(4)11和12分别是声光报警功能和控制输出,当检测装置检测到电弧发生是通过13控制11发出声光报警,控制12控制输出.(5)14是AC220V转DC5V电源电路.4.4 软件设计(1)故障电弧探测装置软件应具备以下几项基本功能：①准确的电弧检测此项功能要求故障电弧探测装置能够根据对负载电流和电压的A/D采样，在短时间内检测出电弧的产生，这种检测包括对负载运转所产生的正常电弧检测以及负载在非正常状态所产生的电弧检测。