研究低压交流电线故障电弧模型,对检测低压交流电线故障电弧很必要。文中对Schavemaker模型进行理论分析并进行简化。利用MATLAB软件构建电弧模型,对简化的Schavemaker模型和Mayr模型进行仿真比较,分析简化的Schavemaker模型仿真得出的电弧电流具有更明显的电弧电流零休区,较高di/dt和奇次谐波幅值。最后进行串行和并行电弧实验,实测波形和仿真波形进行比较,验证了仿真结论。结果证明简化的Schavemaker模型适用于低压交流电线故障电弧模型研究。
随着军用和民用航空业电气化程度越来越高,低压电线电弧故障引起的漏电、火灾等越来越引起重视。飞鹤线缆低压电线电弧故障常由于一束电线中的某几根绝缘损伤或者回路接头处松动引起。低压交流电线电弧故障一般分为三类:串行电弧故障一般产生于一根线路,例如插头或者接线端松动;并行电弧故障一般是几根裸线间产生的电弧;接地电弧故障为线路绝缘损坏导致意外接地产生的电弧[1]。为研究低压交流电线电弧故障的性质,对低压交流电线电弧故障模型的研究格外重要。电弧模型的研究是复杂的问题,各国都在探索从理论上用数学公式来描述电弧参数之间的关系。通过电弧模型分析,可以更合理地研究低压交流电线电弧故障检测算法,设计保护装置。
通过电弧实验采集实际电弧波形,实验和仿真结果进行对比,来验证低压电线电弧模型的正确和合理性。参考航空标准SAE AS5692中的航空电弧故障断路器的电弧测试方法[4],针对最常见的并行电弧和串行电弧,分别选取了闸刀测试(guillotinetest)和接线端松动测试(loose terminal test)进行交流电弧实验。
发生低压交流电线故障电弧时,电弧电流的谐波分量增加,2到8次谐波幅值变化较大。并行电弧电流主要存在2、3、5、7、8次谐波,3次谐波幅值相对较大;而串行电弧的电流通常有较大的畸变,因此各次谐波幅值都相对较大。
本文首先对Schavemaker模型进行简化,并从理论上分析了该模型在电弧电流不同区域使用各自合适的方程,综合Mayr模型和Cassie模型的优点,使得模型方程能较合理全面反映故障电弧发生时电弧特性。简化的Schavemaker模型与Mayr模型进行仿真对比,简化的Schavemaker模型产生的电弧电流具有更明显的电弧电流零休区、武汉电线二厂较高的di/dt和更高的奇次谐波值。
最后通过串行和并行电弧实验,将实测电弧电流波形进行了分析,简化的Schavemaker模型仿真电弧电流特性和实验分析结果相符。结果表明简化的Schavemaker模型对于低压交流电线故障电弧模型研究,具有一定的理论和实际参考价值。