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项目基本信息 项目名称 AFCI电弧故障断路器 项目作者 吴晶莹 项目大类 科技发明制作B类 项目小类 机械与控制 项目简介 AFCI（ARC FAULT CIRCUIT INTERRUPTER）技术是一项必威体育精装版的电路保护技术，其主要作用是为了在发生故障电弧时及时切断电路，避免负荷损坏，并降低火灾的可能性。本课题小组将故障电弧检测和保护的功能集成到电路保护装置中，同时运用了独创性的故障判断方式，采用复合信号判断，在控制芯片中内置大量检测逻辑，提高故障电弧的识别率。采用高性能嵌入式芯片和嵌入式控制技术，保证高效完成信号采集、处理和动作控制。 项目介绍 AFCI（ARC FAULT CIRCUIT INTERRUPTER）技术是一项必威体育精装版的电路保护技术，其主要作用是为了防止一些由错误电弧而引起的火灾。这些危险的电弧可能发生在家庭用的布线上、插头和插座连接时、以及家用电器内部的线束上或电器的电源线上等。引发错误电弧主要原因是电线绝缘层的磨损或不良的电气连接。美国消费品安全协会（CPSC）和美国国家消防协会的众多资料显示，由电弧导致的危险事件包括了火灾以及由此引起的死亡。 AFCI技术可以感应到由错误电弧引起的电流中不正常的现象。 由于许多正常工作中的瞬时现象或在实际运行过程中都会产生一些“好的”电弧 ( 如：触头连续性的断开和闭合，或马达起动瞬间)，因此，AFCI技术必需能够区别“好的”电弧和“坏的”电弧, 这样才不会导致失误或误动作。有时许多负载运行时的电流信号也很容易被误认为是错误电弧，事实上它们是正常的电流波行（如调光器开关）。因此，除了能分辨出“好的”电弧和“坏的”电弧外，AFCI 技术还需要能够在正常和非正常情况下迅速、有效地提供保护，同时防止误动作的发生。 而我们率先将故障电弧检测和保护的功能集成到电路保护装置中，同时运用了独创性的故障判断方式，采用复合信号判断，在控制芯片中内置大量检测逻辑，提高故障电弧的识别率。采用高性能嵌入式芯片和嵌入式控制技术，保证高效完成信号采集、处理和动作控制。在目前国内还未有深入研究的情况下，克服了技术上的难点，目前主要针对空调负载，完成了工程样机的制作，随着国内对低压电气安全和电弧故障保护的重视程度逐渐提高，和新消防法的颁布，其中特别强调：国家鼓励、支持消防科学研究和技术创新，推广使用先进的消防和应急救援技术、设备；鼓励、支持社会力量开展消防公益活动。对在消防工作中有突出贡献的单位和个人，应当按照国家有关规定给予表彰和奖励。而其无疑对我们项目的开展起着强大的推动作用。AFCI技术的市场潜力巨大。 作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标 故障电弧保护是一项必威体育精装版的电路保护技术，其主要作用是为了在发生故障电弧时及时切断电路，避免负荷损坏，并降低火灾的可能性。 基本研究思路： 1.开发合适的电流电压信号检测装置； 2.研究基于单片机或DSP分析电弧信号的最优算法，在满足时效性的同时有效辨别故障电弧的特征； 3.将信号检测，分析，控制，输出等线路集成为合适工业应用的封装，和现有的断路器装置进行结合，满足节约成本，增强通用性等要求。 创新点： 1.采用CK510系列微控制芯片。该芯片与常用的8位单片微机相比，精度高、速度快（CK510为32位微机，正常工作频率400MHz）。通过该芯片进行嵌入式控制，可以高效完成信号采集、处理和动作控制。 2.采用电流幅值、电流变化率（波形陡峭、di/dt）、平肩部、正负波形对称程度多个指标进行故障电弧判别，在控制芯片中内置复合检测逻辑，减小装置误动率。 3.对于负载为阻性的交流电弧，故障电弧电流的谐波含量明显增多。为此可采用基于高频分量的故障电弧检测方法 其技术关键在于： 1.收集实验数据，研究故障电弧的概率特征； 2.寻找具有时效性和有效性的辨别故障电弧最优算法； 3.采用具有自主知识产权的32位高性能芯片； 主要技术指标： 名称 参数 工作电压 AC220V 电压频率 50Hz或60Hz 切断电流能力 15A 动作时间 35ms 作品的科学性、先进性 该产品具有以下特点和进步： ⒈将故障电弧检测和保护的功能集成到电路保护装置中。本项目创新性是将故障电弧保护与传统过电流和漏电流集成在一个装置中，可以全面保障公共电网和人民生活环境，提高整个电力系统的安全性和稳定性。 ⒉采用高性能嵌入式芯片和嵌入式控制技术，保证高效完成信号采集、处理和动作控制。在该项目中我们采用浙江大学超大规模集成电路研究中心和杭州中天微系统有限公司开发的高性能嵌入式控制芯片CK510系列(专利号：Z4)，该MCU是具有自主产权的32位微控制器、具备高性能、低成本、成熟的应用环境等优点。与现在常用的8位51系列单片微机相比，精度高、速度快（CK510正常工作频