第1章 緒論 1
1.1 電弧的定義 1
1.2 故障電弧及其危害 2
1.3 故障電弧檢測技術研究現狀 6
第2章 電弧的特性及電弧模型 10
2.1 電弧的物理特性 10
2.1.1 電弧的組成 10
2.1.2 電弧的溫度 13
2.1.3 電弧的直徑 14
2.1.4 電弧的弧根和斑點 15
2.1.5 電弧的等離子流 16
2.1.6 電弧的能量平衡 17
2.1.7 弧隙電壓的恢復 20
2.2 電弧的伏安特性 21
2.2.1 電弧的電壓方程 22
2.2.2 氣體放電時的伏安特性 23
2.2.3 直流電弧的伏安特性 25
2.2.4 交流電弧的伏安特性 29
2.3 電弧數學模型 31
2.4 本章小結 36
第3章 不同負載下交流故障電弧對線路電流的影響 37
3.1 交流故障電弧相關電氣特性分析 37
3.2 純阻性負載下故障電弧對線路電流及電壓和電流關繫的
影響分析 39
3.3 整流電路 電容濾波類負載下故障電弧對 線路電流及電壓
和電流關繫的影響分析 41
3.4 感性負載下故障電弧對線路電流及電壓和 電流關繫的
影響分析 44
3.5 故障電弧對幾種民用負載下的電流波形影響分析 47
3.6 本章小結 55
第4章 基於線路電流高頻分量及隨機性的故障電弧檢測 56
4.1 故障電弧檢測的硬件原理 56
4.2 電弧特征的檢測 58
4.2.1 線路電流高頻分量及其隨機性特征的檢測 58
4.2.2 電流脈衝特征檢測 61
4.2.3 負載切換與電弧特征的辨別 66
4.2.4 故障電弧的檢測算法實現 68
4.3 基於電流信號頻譜數字化處理的檢測方法 70
4.4 本章小結 77
第5章 基於小波變換和奇異值分解的串聯故障電弧檢測方法 78
5.1 小波變換和奇異值分解 79
5.1.1 小波變換的基本原理 79
5.1.2 奇異值分解的基本理論 81
5.2 串聯故障電弧的特征提取算法 82
5.2.1 數據預處理 82
5.2.2 特征矩陣的構造 83
5.2.3 特征參數的定義 83
5.3 串聯故障電弧模擬實驗 84
5.4 實驗驗證結果與分析 90
5.5 本章小結 98
第6章 基於線路電流和供電電壓的直流串聯故障電弧檢測方法 99
6.1 直流串聯故障電弧檢測方法分析 99
6.2 不同電弧間隙下電弧伏安特性對線路電流 影響分析 102
6.2.1 電弧的伏安特性對線路電流有效值的影響 102
6.2.2 電弧的伏安特性對線路電流動態變化的影響 108
6.3 電弧的伏安特性對電源電壓交流分量的影響 109
6.3.1 DC-DC變換器 109
6.3.2 光伏電源 111
6.4 直流故障電弧檢測方法 114
6.5 實驗與分析 116
6.5.1 DC-DC變換器實驗 117
6.5.2 恆功率負載實驗 123
6.5.3 光伏電源實驗 125
6.6 本章小結 130
第7章 典型交直流故障電弧的檢測方法分析 131
7.1 小波變換能量與神經網絡結合的串聯型故障電弧檢測方法 131
7.2 基於電流信號及支持向量機的負載識別和故障電弧檢測方法 134
7.2.1 故障電弧電流特征提取 134
7.2.2 負載識別和故障電弧檢測 137
7.3 基於供電電壓波形分析的故障電弧檢測方法 138
7.4 基於信息維數和零休時間的故障電弧檢測方法 141
7.5 基於時域和頻域特性分析及人工神經網絡的故障
電弧檢測方法 144
7.6 一種針對光伏繫統的直流故障電弧檢測方法 149
7.7 基於時域和時頻域分析的小波變換直流故障 電弧檢測方法 154
7.8 一種基於機器學習的直流串聯故障電弧診斷方案 158
7.9 本章小結 161
第8章 故障電弧檢測與保護產品標準分析 162
8.1 相關標準的報警或保護時間要求 163
8.2 相關標準對故障電弧檢測的主要實驗方法 165
8.2.1 串聯故障電弧實驗 165
8.2.2 並聯故障電弧實驗 172
8.2.3 誤報警實驗 178
8.2.4 抑制性負載屏蔽實驗 183
8.2.5 EMI濾波器抑制及線路阻抗抑制屏蔽實驗 187
8.3 本章小結 192
參考文獻 193

故障電弧是引起低壓電氣火災的重要誘因之一。為了降低因故障電弧導致的電氣火災數量，提高供電安全，在電氣線路中安裝可靠的故障電弧保護裝置——故障電弧斷路器是必不可少的手段。因此，我國、國際電工委員會及美國先後頒布了故障電弧斷路器的產品標準。而故障電弧檢測技術是故障電弧斷路器的核心，目前已成為電氣工程領域的研究熱點之一。
我國自2014年至今已頒布了兩個與交流故障電弧相關的產品標準。可以預見，隨著我國對電氣安全、電氣火災的重視，故障電弧檢測與保護產品將有廣闊的應用前景。因此，為幫助相關工程技術人員和學生更好地了解故障電弧及其檢測技術，並在此基礎上進一步提出更好的故障電弧檢測方法，作者撰寫了此書。
本書總結了電弧的相關物理特性、伏安特性，並結合不同負載類型對電弧在線路中對電流的影響進行了深入分析，在此基礎上，介紹了一些經典的和新興的故障電弧檢測方法，同時對三個主流的故障電弧相關產品標準的技術要求和實驗方法進行了對比分析。當前，關於故障電弧檢測的書籍還很少，希望此書能夠拋磚引玉，在推動故障電弧檢測技術的傳播，以及提高我國故障電弧檢測與保護技術水平方面發揮積極作用。
故障電弧檢測方法很多，涉及內容非常廣，因作者水平和能力有限，書中難免存在一些錯誤和介紹不清楚的地方，敬請各位讀者指正。

盧其威  
2020年1月