低压故障电弧特性在阻性负载下的分析

时间：2024-05-04

摘要随着我国经济的不断发展和进步，生活水平也逐渐提高，随着生活水平一起提高的还有用电量。由于现如今人民的用电需求逐渐增加，用电负荷一直在持续增加，而因为电弧故障引起的火灾也越来越多，所以用电安全的问题成为了社会及居民都非常关注的问题。本文通过对串联电弧进行检测是实验，通过采集不同功率的电流数据进行分析和整理，最后对低压故障电弧特性在阻性负载下的变化率进行了判据。

【关键词】抵押故障电弧特性阻性负载分析

电弧故障其实大部分原因都是因为用电负荷，所以如果想从真正意义上杜绝用电事故，就必须要对故障电弧进行有效的控制，电弧故障断路器能够及时的检测出线路中所有问题电路，在非常短的时间内对故障电路进行切断，并且及时做出相应的对策，从而有效的防范火灾的发生。

1 实验理论和设备

本次讨论的电路为串联电弧电路，并且每一个周期都会有一个瞬间电流值为0，具体串联电弧图如图1所示。

1.1 时域指标计算

故障电弧其实就是由两个电势不同的导体不停的接近，最终会发声、发热和发光的空气电离现象。而串联故障的电弧指的则是原线路和故障电弧呈现串联关系的电路存在。

1.1.1 零休时间

由于串联电弧的重燃性和熄灭性，所以串联电弧每一个周期都会出现一段电流值为0的期间，这种情况被称之为“零休”或者是“平肩部”。统计“平肩部”的方法有很多，其中最为快捷有效的方法就是：将抽样的数据根据周期的方式进行分组划分，将每组中的绝对值电流判断成设定值下的零休电流，从而统计出每一个周期中零休的总时长，再除以周期总额就可以得出这个周期的电流零休具体时间。

1.1.2 上升速度

故障电弧其实就是由两个电势不同的导体不停的接近，最终会发声、发热和发光的空气电离现象。而串联故障的电弧指的则是原线路和故障电弧呈现串联关系的电路存在，将串联电弧周期内的离散数据两个相邻值做差，取得的最大值表征电流数据就是该串联电弧的电流上升速度。

1.1.3 电流平均值

一般的串联电弧电流信号都是离散数据，所以将每个周期的采样点数设定为N，那么串联电弧电流的平均值计算公式就应该是：

1.2 频域指标计算

1.2.1 快速傅里叶变换

通过对串联电弧信号的采样来进行傅里叶变换，并且还可以根据频域信号指标来分析该信号的特性。其实在计算机中，采集的串联电弧数据就是属于离散状态的，所以经常需要利用离散的傅里叶变换来进行求解，其实快速傅里叶变换是属于DFT快速运算的一种方法，并且还有一个优点就是其能够将运算时间缩短到两个数量级。

1.3 實验平台搭建

现在还没有一种平台搭建可以完全的将串联电弧进行模型搭建，但是用软件进行模拟串联电弧的波形会存在一定程度上的误差，所以要想最大程度上模拟真实平台运行情况，那么就必须根据实际情况，最大程度上的减小误差，从而实现对串联电弧的多次采集，从而保证串联电弧电流的分析和比较。

2 实验和结果分析

2.1 实验方法

在实验过程中，可以通过对电极的移动和距离来产生串联故障电弧，再通过示波器将电流波形的数据采集出来，由于串联电弧产生的电流存在非常大的随机性，所以在实验时也要考虑到线路电流的大小，要将电流分别在800W和4000W的功率下进行多次的实验，从而通过这两种功率状态下进行电流波形的分析和整理。现在还没有一种平台搭建可以完全的将串联电弧进行模型搭建，但是用软件进行模拟串联电弧的波形会存在一定程度上的误差，所以要想最大程度上模拟真实平台运行情况，那么就必须根据实际情况，最大程度上的减小误差，从而实现对串联电弧的多次采集，从而保证串联电弧电流的分析和比较。

2.2 时域对比性

故障电弧其实就是由两个电势不同的导体不停的接近，最终会发声、发热和发光的空气电离现象。而串联故障的电弧指的则是原线路和故障电弧呈现串联关系的电路存在。如果想从实质性上分析低压故障串联电弧在阻性负载下的特征和数据，就必须要采集连续50个周期的数据，并且要按照上文提到的计算方法进行计算，并且由于电弧燃烧的随机性特点，为了更好的显示时域指标的波动性，还要经过连续50个周期的数据指标进行采样，从而计算出来的最终数据来进行集中计算。

2.3 频域分析

在实验过程中，要通过对电极的移动和电流数据来产生串联故障电弧，再通过示波器将谐波因数的数据采集出来，由于串联电弧产生的电流存在非常大的随机性，所以在实验时也要考虑到线路电流的大小，要将电流分别在800W和4000W的功率下进行多次的实验，从而通过这两种功率状态下进行电流波形的分析和整理。通过10次的谐波因数数据，根据高次谐波的波形来分析得出2、4、6、8等偶数次波动较小，而3、5、7奇数的波动较大，具体情况如图2所示。

2.4 统计结果分析

通过上文可以得出，当线路的状态相同时，两种功率的电流指标波动频率差距较小，而当时域指标出现在大电流的情况下，波动就会较为剧烈。发生串联故障电弧之后的高次波动因数会发生范围很大的波动，也就是说串联故障电弧电流的频域特征在受到线路负载时的影响较小。

3 结束语

通过对时域和频域的这两个角度中对于纯阻性负载串联故障电弧电流进行了详细的分析和统计，通过这笔检测可以得出告辞谐波因数的含量是随着串联故障电弧因数而变化的，从而为了编写更可靠、稳定的串联故障电弧数据，必须要应用电弧检测算法进行计算。

参考文献

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作者简介

冯汉江（1963-），男，毕业于武汉理工大学电气技术专科。

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