煤礦串聯(lián)型故障電弧的研究現(xiàn)狀課件

煤礦串聯(lián)型故障電弧的研究現(xiàn)狀

郭鳳儀教授

2013.10.29太原煤礦串聯(lián)型故障電弧的研究現(xiàn)狀郭鳳儀教授故障電弧的基本概念主要內(nèi)容1243故障電弧的研究成果亟需解決的關(guān)鍵問題故障電弧研究的發(fā)展趨勢故障電弧的基本概念主要內(nèi)容1243故障電弧的研究成果

故障電弧：除了正常電弧以外的非正常電弧。分為串聯(lián)電弧和并聯(lián)電弧。它是一種氣體電離現(xiàn)象，通過不同電位、電極間(相與相，相與地之間)的高溫導(dǎo)電等離子氣體保持著。如果將故障電弧看作是電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中一種元件的話，它則是一種隨時間變化的非線性電阻元件。故障電弧定義故障電?。撼苏ｋ娀∫酝獾姆钦ｋ娀?。分為串聯(lián)故障電弧效應(yīng)故障電弧效應(yīng)近年來，煤礦發(fā)生多起因故障電弧引發(fā)的電氣火災(zāi)事故。據(jù)資料顯示，煤礦井下由故障電弧引起的電纜失火、電連接器接觸故障、開關(guān)接線箱燒蝕等問題引起的火災(zāi)事故占50%以上。供電線路上的電弧按操作形式可分為兩種，一種是正常操作電??；另一種是指非正常操作產(chǎn)生的電弧，即故障電弧。煤礦井下的故障電弧近年來，煤礦發(fā)生多起因故障電弧引發(fā)的電氣火災(zāi)事故。據(jù)人身觸電傷害瓦斯爆炸故障電弧設(shè)備損壞電氣火災(zāi)煤礦井下故障電弧的危害人身觸電傷害瓦斯爆炸故障電弧設(shè)備損壞電氣火災(zāi)煤礦井下故障電弧

經(jīng)調(diào)查研究，串聯(lián)型故障電弧已成為影響煤礦安全的重要因素。為了避免故障電弧引起火災(zāi)和人身傷害，需要在故障電弧引起火災(zāi)和人身傷害前迅速切斷電路。因而對串聯(lián)型故障電弧特性及其變化規(guī)律進行深入研究，尋找準(zhǔn)確、有效的串聯(lián)型故障電弧檢測方法，研制煤礦故障電弧檢測裝置，對于提高供電質(zhì)量，保證煤礦系統(tǒng)的安全性具有重要意義。研究煤礦井下故障電弧的意義經(jīng)調(diào)查研究，串聯(lián)型故障電弧已成為影響煤故障電弧接地或短路接觸不良而引起的空氣放電故障電弧產(chǎn)生的原因絕緣碳化或外力損傷故障電弧接地或短路接觸不良而引起故障電弧產(chǎn)生的原因絕緣碳化或

當(dāng)導(dǎo)線的絕緣層破損老化或者因外力損傷時，導(dǎo)線之間就可能產(chǎn)生泄漏電流或火花放電，它們產(chǎn)生的熱量有可能使絕緣裂解，在導(dǎo)線之間形成導(dǎo)電的碳化通道。對于煤礦井下鋪設(shè)巷道內(nèi)的電纜，由于長期處于陰暗潮濕的環(huán)境下運行，周圍的潮氣極易入侵到電纜內(nèi)部，從而產(chǎn)生絕緣下降并擊穿絕緣層，當(dāng)線路產(chǎn)生短時過電流等故障時極易產(chǎn)生故障電弧。絕緣碳化或外力損傷：當(dāng)導(dǎo)線的絕緣層破損老化或者因外力損傷時故障電弧引起的接線柱損壞絕緣層破損普通導(dǎo)線和碳化導(dǎo)線

故障電弧引起的接線柱損壞絕緣層破損普通導(dǎo)線和碳化導(dǎo)線當(dāng)兩個載流導(dǎo)體接觸不良時，接觸處的電場強度很大，從而發(fā)生接觸處的氣體電離和導(dǎo)體材料的發(fā)射，當(dāng)接觸處的電離度足夠大時，絕緣強度下降而發(fā)生擊穿，就會噴出大量的電離氣體并形成故障電弧。燃燒是產(chǎn)生故障電弧引起火災(zāi)最普遍的原因。接觸不良而引起的氣體電離：當(dāng)兩個載流導(dǎo)體接觸不良時，接觸處的電場強度很大，接地或短路是并聯(lián)電弧，如下圖所示。接地或短路接地或短路是并聯(lián)電弧，如下圖所示。接地或短路

導(dǎo)體松弛連接產(chǎn)生的電弧造成的損壞

配電柜中持續(xù)電弧造成的損壞導(dǎo)體松弛連接配電柜中持續(xù)母線連接點的串聯(lián)故障電弧

電開關(guān)中真空開關(guān)管被電弧燒穿造成對地短路故障電弧引起的破壞母線連接點的電開關(guān)中真空開關(guān)管故障電弧引起的破壞電弧消失后不能熄滅的弧電弧消失后不能熄滅的弧1）電壓和電流波形中存在高頻噪聲分量；2）電弧電流上升速率一般比正常電流快；3）電弧的形態(tài)極易改變,是一個高度非線性的時變過程,電弧的電流基本為正弦波形,電弧的電壓和電流同時過零點；4）電弧的等效電阻不是常數(shù),在零區(qū)較大；5）電弧電壓變化率在零區(qū)較其它時間大,在電流過零時最大。故障電弧特性研究故障電弧的研究現(xiàn)狀1）電壓和電流波形中存在高頻噪聲分量；故障電弧特性研究故障電故障電弧實驗裝置的研究電弧發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖故障電弧實驗裝置的研究電弧發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖電弧發(fā)生器電弧發(fā)生器串聯(lián)型故障電弧實驗裝置電路圖串聯(lián)型故障電弧實驗裝置電路圖電弧發(fā)展過程電弧發(fā)展過程故障電弧檢測方法的研究物理效應(yīng)弧光壓力振動弧聲溫度預(yù)警檢測電流電壓故障電弧檢測方法的研究物理效應(yīng)弧光壓力振動弧聲溫度預(yù)警檢測電1、以弧聲幅值、短路電流作為判據(jù)，設(shè)定合適的幅值閥值，建立報警系統(tǒng)。2、檢測裝置對電流信號進行采樣，在電流信號滿足幅值小于正常工作電流的幅值或者波形在過零點處有平肩部現(xiàn)象,并且滿足波形正負(fù)半周不對稱或波形陡峭的情況下,認(rèn)為有故障電弧產(chǎn)生。檢測方法1、以弧聲幅值、短路電流作為判據(jù)，設(shè)定合適的幅值閥值，建立報3、弧聲出現(xiàn)前后能量變化明顯的頻帶，可以作為識別早期弧聲的特征參數(shù)。通過在線監(jiān)測信號特征子頻帶能量的變化即可判斷早期故障弧聲是否存在，從而實現(xiàn)故障電弧的早期預(yù)測預(yù)警。4、利用了大電流情況下電弧發(fā)生時劇烈的弧光效應(yīng)，通過對這一明顯物理特征的檢測進而分析其頻譜特征，提取電弧識別參數(shù)，結(jié)合對電弧電流的檢測，實現(xiàn)雙判據(jù)進而提供對母線、配電柜等系統(tǒng)的有效保護。3、弧聲出現(xiàn)前后能量變化明顯的頻帶，可以作為識別早期弧聲的特AFCI的應(yīng)用已十分廣泛，從家用到汽車、航空航天等領(lǐng)域，產(chǎn)品種類也多種多樣，下圖所示為國外電氣公司已開發(fā)出的若干種用于支線保護的AFCI產(chǎn)品。伊頓電氣生產(chǎn)的家庭用AFCIAFCI的應(yīng)用已十分廣泛，從家用到汽車、航空航天等領(lǐng)域，產(chǎn)德州儀器生產(chǎn)的飛機用AFCI通用電氣生產(chǎn)的AFCI德州儀器生產(chǎn)的飛機用AFCI通用電氣生產(chǎn)的AFCI1.實驗裝置不精確

2.故障電弧特征點捕捉不統(tǒng)一

3.不同電壓等級下的檢測

4.故障斷路器誤動作亟需解決的關(guān)鍵問題1.實驗裝置不精確

2.故障電弧特征點捕捉不統(tǒng)一

3.不同電故障電弧研究的發(fā)展趨勢（1）對故障電弧檢測應(yīng)做到電弧發(fā)生之前作出預(yù)警，將故障電弧消失在萌芽中。（2）對串聯(lián)型故障電弧特性研究沒有形成具體的統(tǒng)一的