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电弧故障断路器(AFCI)的使命介绍
发布时间:2021-12-22 15:10
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预防和处理火灾风险最高的电气火灾很重要,我们正在更加注意防止未燃尽的火灾。 —— 电弧故障断路器(AFCI) 是一种最初用于防止电气火灾的电弧保护开关设备。

使命“为什么”

电气火灾主要是由于(1)由于电路接触不良或绝缘损坏(主要是电路老化形成碳化)导致的“串联电弧”或“并联电弧”短路,以及(2)电路对地损坏接地(电弧)故障(3) 电路接触不良、电气设备布局不当、过载导致温升异常。其中,电弧短路隐蔽性不易被发现,成为电气火灾的首要保护措施。每当电弧温度超过5500C 时,高强度热电弧发出的热粒子会随着时间的推移而积聚,很容易点燃电路周围的绝缘材料,从而引起电气火灾。

串联故障电弧的电流值小于回路的额定电流,并联故障电弧的电流值可大于额定电流,家用电器的启动浪涌电流大于额定电流。针对两种类型的电弧故障实施保护,必须绕过设备启动浪涌电流。传统的热磁系统(例如端子过电流保护或漏电保护装置)可以检测故障电弧电流并防止电气火灾。无法识别缺失的电弧故障。必要的。据统计,2005年至2009年,电弧故障引起的火灾占全部电气火灾的51%,直接经济损失占全部火灾的36%。

智能配电技术的开发和应用,实现了电弧检测和故障信号识别,AFCI依靠保护算法满足电弧故障保护要求,防止电气火灾。美国国家电气规范(NEC) 将其定义为:通过识别电弧的性质并在检测到电弧时断开电路来提供电弧故障保护的设备。

电弧故障断路器

使命的“如何”

AFCI 包括执行机构、触点系统、脱扣机构、测试按钮、接线端子、外壳框架等常见结构。特征结构还包括基于PCB的电弧检测电路、电弧故障电子识别电路(带微处理器)。通过硬件和预设保护算法,实现智能电弧检测和故障电弧识别。

AFCI 实施保护程序。 (1)电弧检测。电路中的电弧采用先进的电子技术进行监控。 (2)电弧特性的识别。分析检测到的电弧特性,判断是否为故障电弧。在AFCI 制造中,必须测试数百种可能的操作条件并将其存储在电弧特性过滤器中,以识别“正常”和“危险”电弧。 (3)保护特性匹配分析。防护性能符合UL1699标准要求。如果AFCI 在0.5 秒内在交流电源线上检测到8 个半周期故障电弧,AFCI 将跳闸并断开电路,跳闸时间必须小于0.2。 s。 (4)断开电路,实现故障保护。当满足电弧故障保护特性时,发出跳闸信号以断开电路。

AFCI 检测故障电弧并通过保护算法进行分析,并在满足保护特性时触发跳闸。常用方法:检测负载电流,将电流信号放大后送至电弧特性滤波器,判断电流信号的频率是否大于电源频率,小于电力线通信频率。滤波器输出的信号与设置的电弧电流阈值进行比较,如果大于电流阈值,则将其添加到累加器中。 AFCI 定期检查累加器的输出并在超过阈值时触发跳闸。

AFCI 与GFCI(或RCCB)结合使用以提供电弧和漏电故障保护,通常是带有AFCI-GFCI 插座的家用电气故障保护。美国伊顿公司开发了一种将接地故障(漏电)保护集成到AFCI 外壳中的终端产品。任务“什么”

技术现状

AFCI采用电子技术识别电弧状况,故障电弧检测是电弧故障保护的关键环节。电弧和故障电弧检测研究始于1980 年代末和1990 年代初的美国。使用电弧放电的光、热、声和电磁特性进行初级电弧检测和故障识别的方法:

(1)根据电弧波形特性:通过判断电流波形的微分和累计电弧周期是否超过设定阈值来识别电弧故障。

(2)基于电弧高频能量的快速变化:在电流信号的高频部分,检测能量的快速变化来识别电弧,检测电弧的数量来识别电弧缺点。

(3)采用高频小波变换:对负载电流进行高频采样,结合低频电流过零信号计算非过零离散小波系数,判断是否满足阈值。

(4)采用傅里叶变换:短时傅里叶变换用于分析采样信号的基波分量、奇偶谐波分量的变化,提取和判断串联电弧缺陷的特征。

(5)使用时频分析:根据反映当前突变的高低脉冲延迟衰减时间的差异,以阈值上下的时域作为判断标准。

(6)利用高频信号比较:判断周期性发生的高频电流是否与正常的开关电弧不同,检测频谱范围是否与电力电子等应用产生的典型高频谐波不同。设备。

(7)采用电弧波长转换:将接收到的电弧光的紫外光转换为可见光,经光电转换器转换为触发信号。

行业竞争

AFCI作为有效防止电弧故障引起的电气火灾的终端保护电气产品在北美迅速普及和推广,AFCI在中国的研究和应用尚处于起步阶段,重要的创新课题包括伊顿和西门子。通用电气、施耐德、ABB、德州仪器、立维腾制造、西安交通大学、上海交通大学、浙江大学、福州大学、华侨大学、福建君豪电子、宁波西宇电子、天津宏源电气、黄华道等。上海电气由设备研究所起草的2011年机械工业标准《电弧故障检测装置(AFDD)》和沉阳消防局起草的GB14287.4 《故障电弧探测装置》标准均进入审批阶段。在建筑电气防火领域,电弧故障保护技术将具有广阔的市场前景和发展潜力。

任务“哪里”

根据电弧放电的各种物理化学特性和电弧波形特性,将各种新的检测技术应用于电弧检测和电弧故障识别,进一步提高电弧保护水平。采用新算法改进电弧动态模型,模拟电弧特性,加快故障信息处理速度,是电弧故障保护领域的重要研究课题。

(1) 电弧检测和故障识别

将成熟的智能控制理论和模式识别技术应用于电弧检测和故障识别判断,大大提高了电弧故障识别的速度和准确性。

(2)多重保护整合与协调

用AFCI解决配电系统中各节点开关的协调协调,为电路提供全面的故障保护。将过载、短路、接地故障、电弧故障等多重保护集成到一个复合断路器中,优化各保护功能的协调配合。

(3)太阳能系统电弧故障保护

充分发挥太阳能清洁能源的作用,开发太阳能直流系统专用AFCI,涉及太阳能逆变器、汇流箱和太阳能组件的串联直流电弧故障保护。

(4)满足智能电网对开关设备的新要求

AFCI的通信、网络、智能化及相关总线技术的实现,通信和网络技术将发挥更大的作用。

(5)AFCI产品系列化和标准化

AFCI 的系列化、标准化和配件模块化将大大增加终端配电的应用范围。

结束语

AFCI作为低压配电系统特别是建筑物供配电的重要终端消防设备,在AFCI技术的发展和产品应用方面,我国与国外仍有较大差距。外资企业启动国内AFCI战略布局,中国专利申请量逐年增加。中国高校要注重AFCI专利推广,从专有技术中谋取利益,本土企业要加强AFCI技术研发和专利,拥有长期发展所必需的战略资产,向国外学习。 ——着力培育被投资企业的市场战略和核心竞争力。随着人们对家庭消防安全产品需求的不断增加和国内AFCI技术标准的实施,AFCI技术的研究和应用将不断深化,创造巨大的社会经济效益。


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