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解决方案
电弧故障检测

罗氏线圈在电弧故障检测行业(AFDD)的应用

背景

        随着社会的发展和人类安全意识的不断提高,电气线路的安全日益突出,在二十世纪的六十、七十年代,我们的电气安全只是使用简单的保险丝来控制,后来产生了断路器在过载的情况下,实现了保护,早几年前,漏电开关的诞生,更加有效的保护了人身财产的安全,但断路器和漏电保护并不能有效地防止因电弧故障引起的电气火灾的发生,据统计:中国2005至2009年电弧故障导致的火灾占总电气火灾的51%,直接经济损失占总火灾的36%。“电弧”即以“光”的现象展现“从弧光至燃烧”,如短路、接触不良、漏电、故障电弧导致的火灾,电弧是一种气体游离放电现象,也是一种等离子体,电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场作用下移动的结果,其中,电子的移动构成电流的主要部分,根据电弧产生的机理,电弧可以分为两类:好“弧”(插拔电器时产生的弧等)和坏“弧”(故障电弧),故障电弧根据电弧电流的强度,可以分为高水平电弧和低水平电弧,故障电弧根据弧产生的位置又可分为三类,即串型电弧、对地电弧以及并型电弧。
电弧故障引起的电气火灾主要原因为:(1)电气线路接触不良或绝缘受损(多是线路老化形成碳化)导致的“串联电弧”或“并联电弧”短路;(2)电气线路对地绝缘受损导致的接地(电弧)故障;(3)电气线路接触不良、电气设备布置不当、过负荷导致的异常温升。电弧性短路的隐蔽性不易被发现成为电气防火的最大的难题,每次电弧的温度超过5500℃,高强热电弧发射出的热粒子经时间累积易引燃线路周围绝缘层材料,引起电气火灾,其中,串联故障电弧的电流值小于回路额定电流,并联故障电弧的电流值可能大于额定电流,而电气线路中的保护装置的启动涌流大于额定电流,因此传统的热磁系统(如过电流保护或漏电保护装置)无法检测出故障电弧电流并识别出电弧故障,达不到防范电气火灾的要求。
我司研发的罗氏线圈能检测电气线路中的故障电弧电流,并在引发电气火灾以前自动切断电路,有效地防止终端电路的电弧故障引起的电气火灾,解决了电气线路由于电弧故障引起的电气火灾的难题。

 

 

实施方案

1、罗氏线圈

 


微型互感器图片

        电流互感器采用罗氏线圈,罗氏线圈包括骨架、底层漆包线、面层漆包线和绝缘外层,如图9所示,底层漆包线和面层漆包线由内到外依次缠绕在骨架外,绝缘外层缠绕在面层漆包线的外面,罗氏线圈的截面的形状为空心的环形,可以直接套在被测量的导体上,导体中流过的交流电流会在导体周围产生一个交替变化的磁场,从而在线圈中感应出一个与电流变比成比例的交流电压信号,由于罗氏线圈的体积非常小,罗氏线圈的体积最小尺寸为:内径12mm、外径20mm、高度7mm能有效的减少电流互感器的体积,因此电流互感器占用空间小,使得整个电弧故障电流检测系统结构紧凑。

        由于骨架具有良好的机械强度、不易变形、热胀冷缩率低、表面光滑等机械特征,又具有较低的磁导率、不易磁饱和等电气特性,因此该罗氏线圈可以检测电流范围广幅值范围大,带宽范围广,其电流幅值范围在0.02A~630A,其检测的电流的带宽范围在40Hz~5kHz之间;

        电弧故障电弧故障电流检测系统是一种新颖的电弧故障保护电器,它能检测电气线路中的故障电弧电流,并在引发电气火灾以前切断电路,有效地防止终端电路的电弧故障引起的电气火灾,目前电弧故障电流检测系统存在以下问题:
1、当电流幅值范围小时,采用原有的电磁式互感器无法有效的捕捉电弧故障电流的特征信息;
2、带宽不足,对个别电弧故障的尖波电流无法有效的捕捉。
        本产品的基于罗氏线圈的电弧故障电流检测系统包括电流互感器和积分电路,电流互感器采用罗氏线圈,罗氏线圈的骨架为铁硅铝的骨架,骨架上均匀地缠绕两层漆包线,积分电路包括信号处理电路、主体积分电路以及滤波电路,罗氏线圈的输出端与信号处理电路连接,信号处理电路的输出端与主体积分电路的输入端连接,主体积分电路的输出端与滤波电路的输入端连接。基于罗氏线圈的电弧故障电流检测系统如图5所示:
 

图5:基于罗氏线圈的电弧故障电流检测系统

        本产品的基于罗氏线圈的电弧故障电流检测系统融合了空心罗氏线圈的宽量程、高线性度、高带宽、小体积、便于制作的等特点,创造性的提出了在骨架的外面来回密绕两层多匝漆包线。积分电路采用带惯性环节的积分电路,从而实现了能够快速、准确、完整的检测到故障电弧的电流波形。本产品的基于罗氏线圈的电弧故障电流检测系统与国外同类产品相比,本产品的产品体积小,价格为国外同类产品价格的十分之一,下面是本产品应用到LED灯电路与国外产品应用到LED灯电路进行对比,如图6、图7、图8所示:

        图中黄色波形即为我公司生产的RCT9电弧故障监测装置检测的波形,绿色为FLUKE【美国著名公司----福禄克(Fluke)电子仪器仪表公司】生产的80i-110S,幅值100A,带宽1Hz-20kHz。

 

  图6为LED灯负载串联金属接触电弧的特性波形,负载电流8.3A

 

  图7为LED灯负载串联金属接触电弧的特性波形,负载电流8.3A
 

 

图8为LED灯负载串联金属接触电弧的特性波形,负载电流7.4A
 

        从以上波形分析可以得出,我公司生产的RCT9电弧故障监测装置检测无论是带宽方面,还是准确度方面都体现了很高的性能,甚至带宽性能超越FLUKE 80i-110S,而本产品的价格为国外同类产品的百分之一都不到。  

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