低壓故障電弧特性在阻性負(fù)載下的分析

摘 要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)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(fù)荷一直在持續(xù)增加，而因?yàn)殡娀」收弦鸬幕馂?zāi)也越來越多，所以用電安全的問題成為了社會(huì)及居民都非常關(guān)注的問題。本文通過對(duì)串聯(lián)電弧進(jìn)行檢測(cè)是實(shí)驗(yàn)，通過采集不同功率的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，最后對(duì)低壓故障電弧特性在阻性負(fù)載下的變化率進(jìn)行了判據(jù)。

【關(guān)鍵詞】抵押故障電弧特性 阻性負(fù)載 分析

電弧故障其實(shí)大部分原因都是因?yàn)橛秒娯?fù)荷，所以如果想從真正意義上杜絕用電事故，就必須要對(duì)故障電弧進(jìn)行有效的控制，電弧故障斷路器能夠及時(shí)的檢測(cè)出線路中所有問題電路，在非常短的時(shí)間內(nèi)對(duì)故障電路進(jìn)行切斷，并且及時(shí)做出相應(yīng)的對(duì)策，從而有效的防范火災(zāi)的發(fā)生。

1 實(shí)驗(yàn)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(gè)周期都會(huì)有一個(gè)瞬間電流值為0，具體串聯(lián)電弧圖如圖1所示。

1.1 時(shí)域指標(biāo)計(jì)算

故障電弧其實(shí)就是由兩個(gè)電勢(shì)不同的導(dǎo)體不停的接近，最終會(huì)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(shí)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(gè)周期都會(huì)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(jì)“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(jìn)行分組劃分，將每組中的絕對(duì)值電流判斷成設(shè)定值下的零休電流，從而統(tǒng)計(jì)出每一個(gè)周期中零休的總時(shí)長(zhǎng)，再除以周期總額就可以得出這個(gè)周期的電流零休具體時(shí)間。

1.1.2 上升速度

故障電弧其實(shí)就是由兩個(gè)電勢(shì)不同的導(dǎo)體不停的接近，最終會(huì)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(gè)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(hào)都是離散數(shù)據(jù)，所以將每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)定為N，那么串聯(lián)電弧電流的平均值計(jì)算公式就應(yīng)該是：

1.2 頻域指標(biāo)計(jì)算

1.2.1 快速傅里葉變換

通過對(duì)串聯(lián)電弧信號(hào)的采樣來進(jìn)行傅里葉變換，并且還可以根據(jù)頻域信號(hào)指標(biāo)來分析該信號(hào)的特性。其實(shí)在計(jì)算機(jī)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(jìn)行求解，其實(shí)快速傅里葉變換是屬于DFT快速運(yùn)算的一種方法，并且還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是其能夠?qū)⑦\(yùn)算時(shí)間縮短到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

1.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

現(xiàn)在還沒有一種平臺(tái)搭建可以完全的將串聯(lián)電弧進(jìn)行模型搭建，但是用軟件進(jìn)行模擬串聯(lián)電弧的波形會(huì)存在一定程度上的誤差，所以要想最大程度上模擬真實(shí)平臺(tái)運(yùn)行情況，那么就必須根據(jù)實(shí)際情況，最大程度上的減小誤差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)過程中，可以通過對(duì)電極的移動(dòng)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(jī)性，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)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(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)，從而通過這兩種功率狀態(tài)下進(jìn)行電流波形的分析和整理。現(xiàn)在還沒有一種平臺(tái)搭建可以完全的將串聯(lián)電弧進(jìn)行模型搭建，但是用軟件進(jìn)行模擬串聯(lián)電弧的波形會(huì)存在一定程度上的誤差，所以要想最大程度上模擬真實(shí)平臺(tái)運(yùn)行情況，那么就必須根據(jù)實(shí)際情況，最大程度上的減小誤差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)域?qū)Ρ刃?/p>

故障電弧其實(shí)就是由兩個(gè)電勢(shì)不同的導(dǎo)體不停的接近，最終會(huì)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(shí)質(zhì)性上分析低壓故障串聯(lián)電弧在阻性負(fù)載下的特征和數(shù)據(jù)，就必須要采集連續(xù)50個(gè)周期的數(shù)據(jù)，并且要按照上文提到的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，并且由于電弧燃燒的隨機(jī)性特點(diǎn)，為了更好的顯示時(shí)域指標(biāo)的波動(dòng)性，還要經(jīng)過連續(xù)50個(gè)周期的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行采樣，從而計(jì)算出來的最終數(shù)據(jù)來進(jìn)行集中計(jì)算。

2.3 頻域分析

在實(shí)驗(yàn)過程中，要通過對(duì)電極的移動(dòng)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(jī)性，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)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(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)，從而通過這兩種功率狀態(tài)下進(jìn)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(dòng)較小，而3、5、7奇數(shù)的波動(dòng)較大，具體情況如圖2所示。

2.4 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

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

3 結(jié)束語

通過對(duì)時(shí)域和頻域的這兩個(gè)角度中對(duì)于純阻性負(fù)載串聯(lián)故障電弧電流進(jìn)行了詳細(xì)的分析和統(tǒng)計(jì)，通過這筆檢測(cè)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(cè)算法進(jìn)行計(jì)算。

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作者簡(jiǎn)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