近几年来电气故障严重影响了供电的可靠性及人民的生命财产安全,其中故障电弧是引发电气故障的重要因素,其容易发生在住宅,商场,矿井,飞机,汽车等配电系统的任意位置。线缆及配电设备的破损、老化、连接松动等都易导致电火花和电弧的产生。由于串联电弧电流有效值往往小于正常电流使得现有保护装置不动作,电弧持续发展将产生局部高温易损坏配电设备,引发火灾事故。突变理论是研究连续发展过程中出现的突变现象。线路由正常运行到电弧产生也是一种突变现象。因此,突变理论是研究故障电弧所适用的理论。基于此,本文提出了基于突变理论的故障电弧检测方法。本文主要研究低压配电线路及配电设备内的串联故障电弧,并设计了电弧断路器,意在用于配电柜,配电盘等的内部,保护柜内开关设备及线路。首先,为了深入研究低压故障电弧的特性,本文搭建了故障电弧实验平台,开展了多种典型负载的电弧故障模拟实验,采集了大量数据。根据电弧电流的突变特点,通过积分、均方根运算,小波分析和傅里叶分析对电流时域、时频域和频域突变特征进行提取。定义了积分值变化系数,相邻周期均方根,高频变化系数和高次谐波分量变化量四个特征量表征电流突变。其次建立故障电弧评价模型,采用突变理论评价指标的研究方法对提取的多个特征量的突变隶属度综合评价,评价值作为故障电弧的评价指标。结果表明电弧故障前后两个周期的电流特征量及故障电弧评价指标相比正常运行时明显增大。通过设定阈值和多次检测能有效判别不同类型负载电弧故障及区分负载启动和改变时的电流,有很好的泛化性和鲁棒性。最后,基于dsPIC30f2010数字信号处理器进行了故障电弧断路器的软硬件设计,完成了电流的检测、故障显示、按键测试、断路器脱扣驱动等功能。