低壓故障電弧特性在阻性負載下的分析

摘 要隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和進步，生活水平也逐漸提高，隨著生活水平一起提高的還有用電量。由于現(xiàn)如今人民的用電需求逐漸增加，用電負荷一直在持續(xù)增加，而因為電弧故障引起的火災(zāi)也越來越多，所以用電安全的問題成為了社會及居民都非常關(guān)注的問題。本文通過對串聯(lián)電弧進行檢測是實驗，通過采集不同功率的電流數(shù)據(jù)進行分析和整理，最后對低壓故障電弧特性在阻性負載下的變化率進行了判據(jù)。

【關(guān)鍵詞】抵押故障電弧特性 阻性負載 分析

電弧故障其實大部分原因都是因為用電負荷，所以如果想從真正意義上杜絕用電事故，就必須要對故障電弧進行有效的控制，電弧故障斷路器能夠及時的檢測出線路中所有問題電路，在非常短的時間內(nèi)對故障電路進行切斷，并且及時做出相應(yīng)的對策，從而有效的防范火災(zāi)的發(fā)生。

1 實驗理論和設(shè)備

本次討論的電路為串聯(lián)電弧電路，并且每一個周期都會有一個瞬間電流值為0，具體串聯(lián)電弧圖如圖1所示。

1.1 時域指標計算

故障電弧其實就是由兩個電勢不同的導(dǎo)體不停的接近，最終會發(fā)聲、發(fā)熱和發(fā)光的空氣電離現(xiàn)象。而串聯(lián)故障的電弧指的則是原線路和故障電弧呈現(xiàn)串聯(lián)關(guān)系的電路存在。

1.1.1 零休時間

由于串聯(lián)電弧的重燃性和熄滅性，所以串聯(lián)電弧每一個周期都會出現(xiàn)一段電流值為0的期間，這種情況被稱之為“零休”或者是“平肩部”。統(tǒng)計“平肩部”的方法有很多，其中最為快捷有效的方法就是：將抽樣的數(shù)據(jù)根據(jù)周期的方式進行分組劃分，將每組中的絕對值電流判斷成設(shè)定值下的零休電流，從而統(tǒng)計出每一個周期中零休的總時長，再除以周期總額就可以得出這個周期的電流零休具體時間。

1.1.2 上升速度

故障電弧其實就是由兩個電勢不同的導(dǎo)體不停的接近，最終會發(fā)聲、發(fā)熱和發(fā)光的空氣電離現(xiàn)象。而串聯(lián)故障的電弧指的則是原線路和故障電弧呈現(xiàn)串聯(lián)關(guān)系的電路存在，將串聯(lián)電弧周期內(nèi)的離散數(shù)據(jù)兩個相鄰值做差，取得的最大值表征電流數(shù)據(jù)就是該串聯(lián)電弧的電流上升速度。

1.1.3 電流平均值

一般的串聯(lián)電弧電流信號都是離散數(shù)據(jù)，所以將每個周期的采樣點數(shù)設(shè)定為N，那么串聯(lián)電弧電流的平均值計算公式就應(yīng)該是：

1.2 頻域指標計算

1.2.1 快速傅里葉變換

通過對串聯(lián)電弧信號的采樣來進行傅里葉變換，并且還可以根據(jù)頻域信號指標來分析該信號的特性。其實在計算機中，采集的串聯(lián)電弧數(shù)據(jù)就是屬于離散狀態(tài)的，所以經(jīng)常需要利用離散的傅里葉變換來進行求解，其實快速傅里葉變換是屬于DFT快速運算的一種方法，并且還有一個優(yōu)點就是其能夠?qū)⑦\算時間縮短到兩個數(shù)量級。

1.3 實驗平臺搭建

現(xiàn)在還沒有一種平臺搭建可以完全的將串聯(lián)電弧進行模型搭建，但是用軟件進行模擬串聯(lián)電弧的波形會存在一定程度上的誤差，所以要想最大程度上模擬真實平臺運行情況，那么就必須根據(jù)實際情況，最大程度上的減小誤差，從而實現(xiàn)對串聯(lián)電弧的多次采集，從而保證串聯(lián)電弧電流的分析和比較。

2 實驗和結(jié)果分析

2.1 實驗方法

在實驗過程中，可以通過對電極的移動和距離來產(chǎn)生串聯(lián)故障電弧，再通過示波器將電流波形的數(shù)據(jù)采集出來，由于串聯(lián)電弧產(chǎn)生的電流存在非常大的隨機性，所以在實驗時也要考慮到線路電流的大小，要將電流分別在800W和4000W的功率下進行多次的實驗，從而通過這兩種功率狀態(tài)下進行電流波形的分析和整理。現(xiàn)在還沒有一種平臺搭建可以完全的將串聯(lián)電弧進行模型搭建，但是用軟件進行模擬串聯(lián)電弧的波形會存在一定程度上的誤差，所以要想最大程度上模擬真實平臺運行情況，那么就必須根據(jù)實際情況，最大程度上的減小誤差，從而實現(xiàn)對串聯(lián)電弧的多次采集，從而保證串聯(lián)電弧電流的分析和比較。

2.2 時域?qū)Ρ刃?/p>

故障電弧其實就是由兩個電勢不同的導(dǎo)體不停的接近，最終會發(fā)聲、發(fā)熱和發(fā)光的空氣電離現(xiàn)象。而串聯(lián)故障的電弧指的則是原線路和故障電弧呈現(xiàn)串聯(lián)關(guān)系的電路存在。如果想從實質(zhì)性上分析低壓故障串聯(lián)電弧在阻性負載下的特征和數(shù)據(jù)，就必須要采集連續(xù)50個周期的數(shù)據(jù)，并且要按照上文提到的計算方法進行計算，并且由于電弧燃燒的隨機性特點，為了更好的顯示時域指標的波動性，還要經(jīng)過連續(xù)50個周期的數(shù)據(jù)指標進行采樣，從而計算出來的最終數(shù)據(jù)來進行集中計算。

2.3 頻域分析

在實驗過程中，要通過對電極的移動和電流數(shù)據(jù)來產(chǎn)生串聯(lián)故障電弧，再通過示波器將諧波因數(shù)的數(shù)據(jù)采集出來，由于串聯(lián)電弧產(chǎn)生的電流存在非常大的隨機性，所以在實驗時也要考慮到線路電流的大小，要將電流分別在800W和4000W的功率下進行多次的實驗，從而通過這兩種功率狀態(tài)下進行電流波形的分析和整理。通過10次的諧波因數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)高次諧波的波形來分析得出2、4、6、8等偶數(shù)次波動較小，而3、5、7奇數(shù)的波動較大，具體情況如圖2所示。

2.4 統(tǒng)計結(jié)果分析

通過上文可以得出，當(dāng)線路的狀態(tài)相同時，兩種功率的電流指標波動頻率差距較小，而當(dāng)時域指標出現(xiàn)在大電流的情況下，波動就會較為劇烈。發(fā)生串聯(lián)故障電弧之后的高次波動因數(shù)會發(fā)生范圍很大的波動，也就是說串聯(lián)故障電弧電流的頻域特征在受到線路負載時的影響較小。

3 結(jié)束語

通過對時域和頻域的這兩個角度中對于純阻性負載串聯(lián)故障電弧電流進行了詳細的分析和統(tǒng)計，通過這筆檢測可以得出告辭諧波因數(shù)的含量是隨著串聯(lián)故障電弧因數(shù)而變化的，從而為了編寫更可靠、穩(wěn)定的串聯(lián)故障電弧數(shù)據(jù)，必須要應(yīng)用電弧檢測算法進行計算。

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作者簡介

馮漢江（1963-），男，畢業(yè)于武漢理工大學(xué)電氣技術(shù)專科。

作者單位

武漢理工大學(xué)后勤保障處水電中心 湖北省武漢市 430070