專利名稱:電力電容器的分相開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種電力電容器,尤其是一種電力電容器的分相投切開關(guān)。
背景技術(shù):
在供配電系統(tǒng)中,為了減少損耗,節(jié)約電能,充分利用變壓器等設(shè)備的容量,提高 電網(wǎng)的功率因數(shù),配置了大量的并聯(lián)電力電容器裝置,用以補償無功功率。目前對電力電容 器進行投切有以下幾種方式 第一、采用交流接觸器作為并聯(lián)電容器的投切開關(guān),迄今仍有沿用。其缺點是① 投入電容時產(chǎn)生倍數(shù)較高的涌流,容易在接觸器的觸點處產(chǎn)生火花,燒損觸頭;②切斷電容 時,容易粘住觸頭,造成拉不開;③涌流過大對電容器本身有害,會影響使用壽命; 由于 投入時線圈長期供電,不僅會使線圈發(fā)熱影響其使用的壽命,同時線圈消耗的功率很大。 第二、采用雙向晶閘管的無觸點開關(guān)電路取代交流接觸器用于投切電容器。其優(yōu) 點是過零觸發(fā),無拉弧,動作時間短,可大幅度地限制電容器合閘涌流,特別適合于繁投切 的場合。主回路如示意圖1所示。但也存在以下缺點 ①采用雙向晶閘管制造成本高,晶閘管開關(guān)電路的補償柜價格要比采用接觸器的 補償柜貴70% 80%左右; ②晶閘管開關(guān)電路運行時有較大的壓降,運行中的電能損耗和發(fā)熱問題不可忽
視。有功消耗的發(fā)熱量還會增加整個補償裝置的溫升,而需采用相應(yīng)的散熱降溫的措施; ③晶閘管電路的本身也是諧波源,大量的應(yīng)用對低壓電網(wǎng)的波形不利。 第三、采用復(fù)合開關(guān)實現(xiàn)對電力電容起的投切,能夠?qū)崿F(xiàn)等電壓投入零電流切除,
其運行操作順序說明如下當(dāng)投入電容器時,先由微電腦控制器發(fā)出信號給開關(guān)電路,使之
在等電壓時投入電容器,微電腦的控制器緊接著又發(fā)信號給機械開關(guān),使其觸點也閉合,將
晶閘管開關(guān)電路短路,由于機械開關(guān)閉合后的接觸電阻遠(yuǎn)小于開關(guān)電路導(dǎo)通時的電阻,達
到了節(jié)能和延長開關(guān)電路使用壽命的目的。當(dāng)需要切除電容器時控制器先發(fā)信號給機械開
關(guān),使機械開關(guān)觸點斷開,此時開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài),并由開關(guān)電路在電流過零時,將電
容器切除。主回路如示意圖2所示。優(yōu)點是運行功耗低、涌流小。但也存在一下缺點 ①目前復(fù)合開關(guān)中的機械開關(guān)普遍采用磁保持繼電器,在開關(guān)閉合的過程中通過
可控硅能夠?qū)崿F(xiàn)電壓過零點閉合,但是在磁保持繼電器觸點閉合時存在嚴(yán)重的彈跳現(xiàn)象,
而且不會一定在電流過零點附近, 一旦磁保持繼電器觸點閉合可控硅便會自行關(guān)斷,當(dāng)磁
保持繼電器觸點彈開時,可控硅因為是過零導(dǎo)通這時可控硅不會重新導(dǎo)通,就會出現(xiàn)磁保
持繼電器觸點帶負(fù)載開閉的現(xiàn)象,這時觸點間的電弧經(jīng)常導(dǎo)致磁保持繼電器的觸點粘在一起。 ②可控硅雖然有很多優(yōu)點,但是其承受過電壓和過電流的能力較差,很短時間的 過電壓和過電流就會被損壞,并且不可修復(fù).使用于低壓電力電容器零投切控制的晶閘管 又工作于低壓電力網(wǎng),其因操作、諧波、雷擊等原因工況復(fù)雜多變.因此,為了使晶閘管能 夠可靠地長期運行,除了充分留有余地合理選擇晶閘管元件外,必須針對過電壓、過電流發(fā)生的原因采取行之有效的保護措施.現(xiàn)有的使用于低壓電力電容器零投切控制的復(fù)合開 關(guān)中的可控硅的保護措施可能限于設(shè)計水平、經(jīng)濟和裝置體積等因素,普遍存在保護不全、 針對性差、有效性差等情況.因此在瞬息萬變的電網(wǎng)條件中易損壞.需要IT較大、Uked大 于2500V以上的晶閘管,同時要配置良好的保護電路,這對于低壓電力電容器的開關(guān)電器 來說,經(jīng)濟上顯得相當(dāng)昂貴
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的電力電容器投切開關(guān)的不能兼顧性能和成本的不足,本實用新型
提供一種在保證良好性能的同時、大大降低成本的電力電容器的分相開關(guān)。 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 —種電力電容器的分相開關(guān),所述分相開關(guān)設(shè)置在電力電容器的單相電路上,所 述分相開關(guān)為磁保持繼電器,所述磁保持繼電器包括線圈和開關(guān)觸點,所述線圈與穩(wěn)壓電 源連接,所述開關(guān)觸點的閉合動作或開關(guān)動作時間為四分之一的市電周期,在所述分相開 關(guān)對應(yīng)的單相電路上設(shè)有電流檢測裝置和電壓檢測裝置,所述開關(guān)觸點連接用以控制電壓 過零閉合和電流過零分?jǐn)嗟膯纹瑱C。 作為優(yōu)選的一種方案電力電容器的接線采用三相共補方式,三個磁保持繼電器 設(shè)置在三相進線上,其中兩相進線上帶有電流檢測裝置和電壓檢測裝置。 或者是電力電容器的接線采用三相分補方式,三個磁保持繼電器設(shè)置在三相進 線上,三相進線上帶有電流檢測裝置和電壓檢測裝置。 所述電流檢測裝置為電流互感器或電流傳感器;所述電壓檢測裝置為電壓互感器 或電壓傳感器。 本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為采用磁保持繼電器作為投切開關(guān),就是采用機械式觸 點來對電力電容器進行投切,實現(xiàn)投切開關(guān)的每相觸點,其動作與該相的電壓或電流同步, 即在電壓過零點投入電流過零點切除。投入時根據(jù)實際測得得的每相電壓信號,準(zhǔn)確控制 該相的磁保持繼電器的觸點在電壓過零點閉合。切除時根據(jù)實際測得的每相電流信號,準(zhǔn) 確控制該每相的磁保持繼電器的觸點在電流過零點處分?jǐn)啵@樣就保證了分相開關(guān)在投入 時,無涌流和拉弧;在切除時,零電流切除。 通常通過測量開關(guān)觸點的動作延時,然后根據(jù)延時時間控制開關(guān)觸點的動作并不 能夠保證分相過零投切功能的實現(xiàn)。因為開關(guān)觸點在實際閉合動作過程中會產(chǎn)生電弧的預(yù) 燃現(xiàn)象,在實際斷開動作過程中會產(chǎn)生電弧的重燃現(xiàn)象。所謂電弧預(yù)燃現(xiàn)象就是在觸點閉 合過程中,由于觸點距離不斷減小以至于絕緣強度不足產(chǎn)生電弧擊穿的現(xiàn)象。所謂電弧重 燃現(xiàn)象就是在觸點斷開過程中,觸點距離還沒有增加到足夠的絕緣強度而產(chǎn)生電弧重新燃 燒的現(xiàn)象。電弧預(yù)燃與重燃現(xiàn)象導(dǎo)致電路的導(dǎo)通與切斷與觸點的機械接觸狀態(tài)不一致,因 此導(dǎo)致分相過零投切功能不能實現(xiàn)。 產(chǎn)生電弧預(yù)燃與重燃現(xiàn)象的主要原因是觸點的運動速度過慢。在觸點閉合的過程 中,觸點間的距離不斷縮小,絕緣強度不斷減弱,如果在這個過程中觸點間的電壓升高至超 過觸點間隙的絕緣電壓,那么就會出現(xiàn)電弧預(yù)燃現(xiàn)象。同樣,在觸點斷開的過程中,動觸點 與靜觸點間的距離逐漸增加,絕緣強度逐漸增加,如果在這個過程中觸點間的電壓升高至 超過觸點間隙的絕緣電壓,那么就會出現(xiàn)電弧重燃現(xiàn)象。經(jīng)過實際的測試現(xiàn)有的磁保持繼電器的在額定電壓下的投入時間在15 20ms,切除時間在12 18ms,由于工頻交流電源 的標(biāo)準(zhǔn)周期是20毫秒,在一個工頻周期里,電源電壓會出現(xiàn)兩次峰值和兩次過零點,過零 時刻與峰值時刻的間隔只有5毫秒,如果觸點閉合或者斷開的過程在現(xiàn)有的動作時間內(nèi), 在觸點閉合或者斷開的過程中,觸點間的電壓就有若干次達到電源電壓的峰值,因此就有 可能發(fā)生電弧預(yù)燃與重燃現(xiàn)象。觸點的運動速度越慢,發(fā)生電弧預(yù)燃與重燃現(xiàn)象的可能性 就越大。 為了消除電弧預(yù)燃與重燃現(xiàn)象,最有效的手段是提高開關(guān)觸點的動作速度。如果 開關(guān)觸點閉合或者斷開的動作時間小于5毫秒,那么就可以避免電弧預(yù)燃與重燃現(xiàn)象。在 觸點閉合的過程中,因為選擇為電壓過零閉合所以驅(qū)動信號要提前,如果觸點的閉合過程 為5毫秒,那么就要在電壓的峰值時發(fā)出驅(qū)動信號,在觸點動作的過程中,觸點距離在不斷 減小,絕緣強度也在不斷地減小,但是觸點間的電壓也在不斷地減小,直至電壓為零時觸點 閉合,因此不會出現(xiàn)電弧預(yù)燃現(xiàn)象。在觸點分?jǐn)嗟倪^程中,因為選擇為電流過零分?jǐn)嗨则?qū) 動信號要提前,如果觸點的分?jǐn)噙^程為5毫秒,那么就要在電流的峰值發(fā)出驅(qū)動信號,那么 在觸點開始斷開時,由于電流為零因此沒有電弧,斷開以后,觸點距離在不斷增加,絕緣強 度也在不斷地增加,觸點間的電壓也在不斷地增加,由于觸點的斷開距離與觸點間的電壓 升高速度一致,當(dāng)電壓升高至峰值時,觸點已經(jīng)完成斷開動作到位,有足夠的絕緣強度,因 此不會出現(xiàn)電弧重燃現(xiàn)象。 磁保持繼電器的動作是由線圈來驅(qū)動的,驅(qū)動電壓可以影響到觸點動作速度,因 此電源電壓的波動就會影響開關(guān)觸點的動作時間,以至于影響分相過零點分合操作的準(zhǔn)確 性。為了消除電源電壓波動的影響,采用穩(wěn)壓電源來提供線圈的驅(qū)動電壓。也樣就避免了 在市電波動等因素對線圈驅(qū)動電壓的影響。 本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、在投入時,無涌流和拉??;在切除時,零電 流切除;2、由于采用了磁保持繼電器,大大降低了制造成本。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中可控硅作為投切開關(guān)主回路示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合開關(guān)作為投切開關(guān)主回路示意圖。圖3是為三相共補分相開關(guān)主回路示意圖。圖4是磁保持繼電器投入和切除時間檢測示意圖。圖5是磁保持繼電器投入時間檢測波形圖。圖6是磁保持繼電器切除時間檢測波形圖。圖7是三相分補分相開關(guān)主回路示意圖。圖8是市電周期檢測電路示意圖。圖9是磁保持繼電器閉合示意示意圖。圖10是磁保持繼電器分?jǐn)嗍疽馐疽鈭D。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。 參照圖1 圖IO,一種電力電容器的分相開關(guān),所述分相開關(guān)設(shè)置在電力電容器的單相電路上,所述分相開關(guān)為磁保持繼電器,所述磁保持繼電器包括線圈和開關(guān)觸點,所 述線圈與穩(wěn)壓電源連接,所述開關(guān)觸點的閉合動作或開關(guān)動作時間為四分之一的市電周 期,在所述分相開關(guān)對應(yīng)的單相電路上設(shè)有電流檢測裝置和電壓檢測裝置,所述開關(guān)觸點 的動作受控于用以控制電壓過零閉合和電流過零分?jǐn)嗟膯纹瑱C。 所述單片機包括峰值閉合動作啟動模塊,用于接收到上位機的閉合動作命令,當(dāng) 電壓檢測裝置檢測到電壓處于峰值時發(fā)出驅(qū)動開關(guān)觸點開始閉合的指令;峰值分?jǐn)鄤幼鲉?動模塊,用于接收到上位機的分?jǐn)鄤幼髅?,?dāng)電流檢測裝置檢測到電流處于峰值時發(fā)出 驅(qū)動開關(guān)觸點開始分段的指令。 所述單片機還包括市電頻率檢測模塊,用于在閉合動作和分?jǐn)鄤幼髦皺z測市 電周期,檢測四分之一的市電周期的變化量AT ;投入或切除時刻修正模塊,用以根據(jù)變化 量修正投入或切除啟動時刻,當(dāng)AT為正時,投入或切除啟動時刻延后AT;當(dāng)AT為負(fù)時, 投入或切除啟動時刻提前AT。 電力電容器的接線采用三相共補方式,三個磁保持繼電器設(shè)置在三相進線上,其 中兩相進線上帶有電流檢測裝置和電壓檢測裝置。 或者是電力電容器的接線采用三相分補方式,三個磁保持繼電器設(shè)置在三相進 線上,三相進線上帶有電流檢測裝置和電壓檢測裝置。 所述電流檢測裝置為電流互感器或電流傳感器;所述電壓檢測裝置為電壓互感器 或電壓傳感器。 經(jīng)過對磁保持繼電器大量的測試,發(fā)現(xiàn)的磁保持繼電器的觸發(fā)電壓在18. 5V,觸發(fā) 時間為20ms,單只磁保持繼電器每次的投入、切除時間變化很小.基本在5ms左右上下差不 大于0.2ms.但是不同的磁保持繼電器的投入和切除時間卻存在差異,差異都在lms以內(nèi), 因此要想保證產(chǎn)品中的磁保持繼電器都能在過零點投入和切除,就必須把每只磁保持繼電 器的時間的投入和切除時間測試出來,作為控制繼電器投入和切除時刻的依據(jù)。因此本產(chǎn) 品設(shè)計了一個出廠自動測試程序,測試出每個磁保持的投入和切除時間,然后將該值存到 E2PR0M中作為正常工作時投切用。從而保證每只磁保持繼電器都能在電壓過零點投入,電 流過零點切除。 市電的頻率也不是固定的,會在一個小的范圍內(nèi)變化,因此在投入和切除時刻前 要測量出市電的頻率,用以修正磁保持繼電器的投入和切除時刻。 磁保持繼電器觸點在接通的時刻存在彈跳的現(xiàn)象,彈跳的時間在0. 2 0. 6ms之 間,因為保證了磁保持繼電器的觸點在電壓過零處閉合,這樣即使存在觸點彈跳的現(xiàn)象,也 不會出現(xiàn)拉弧的現(xiàn)象。 以三相共補分相開關(guān)為例進行說明如圖3所示為三相共補分相開關(guān)的示意圖, PTA為A相開關(guān)電壓信號采集的互感器,PTC為C相開關(guān)電壓信號采集的互感器,CTA為A 相電流信號采集的互感器,CTC為C相電流信號采集的互感器,Relay_A, Relay_B, Relay_C 分別為A,B,C相的投切開關(guān)。 投切時間檢測在正常工作前,通過如圖4所示的電路,線圈電壓為18. 5V,吸和時 間為30ms可以測得每只磁保持繼電器的投入時間。如圖5所示,T1為第一次閉合的時間, T2為真正閉合的時間,T2-T1的時間為觸點閉合時的彈跳時間,那么可以認(rèn)為(Tl+T2)/2為 該磁保持繼電器的投入時間,經(jīng)過50此測試,將50次的測試結(jié)果求出個均值存到E2PR0M中作為該磁保持繼電器的投入時間?;驹?ms士lms。同樣通過該電路可以測得磁保持繼 電器的分?jǐn)鄷r間,如圖6所示T3為磁保持繼電器的切除時間,經(jīng)過50此測試,將50次的測 試結(jié)果求出個均值存到E2PR0M中作為該磁保持繼電器的切除時間?;驹?ms士lms。這 個工作只在產(chǎn)品出廠調(diào)試時做。 市電周期測試通過如圖9所示電路時時測試市電的周期。作為投入和切除時刻 的延時之用。 投入動作先投入B相,因為回路中沒有電流在任意時刻投入都可以,然后通過采 集的A相電壓過零點,根據(jù)該磁保持繼電器的投入時間和市電的周期,延時一個時間發(fā)出 觸發(fā)信號(基本在電壓信號的峰值),保證A相磁保持繼電器的觸點在電壓的過零點閉合。 如示意圖9所示。然后通過采集的C相電壓過零點,根據(jù)該磁保持繼電器的投入時間和市 電的周期,延時一個時間發(fā)布觸發(fā)信號(基本在電壓信號的峰值),保證C相磁保持繼電器 的觸點在電壓的過零點閉合。如示意圖9所示。 切除動作先切除A相,根據(jù)采集的A相電流過零點,根據(jù)該磁保持繼電器的投入 時間和市電的周期,延時一個時間發(fā)布觸發(fā)信號(基本在電流的峰值),保證A相磁保持繼 電器的觸點在A相的電流過零點分?jǐn)?。如示意圖10所示。然后采集的C相電流過零點,根 據(jù)該磁保持繼電器的投入時間和市電的周期,延時一個時間觸發(fā)(基本在電流的峰值),保 證C相磁保持繼電器的觸點在C相的電流過零點分?jǐn)?。如示意圖10所示。A、C相分?jǐn)嗪?就可以在任意時刻分?jǐn)郆相了,因為沒有了電流回路,便不會產(chǎn)生拉弧的現(xiàn)象。 再以三相分補分相開關(guān)為例進行說明如圖7所示為三相分補分相開關(guān)的示意 圖,PTA為A相電壓信號采集的互感器,PTB為B相電壓信號采集的互感器,PTC為C相電壓 信號采集的互感器,CTA為A相電流信號采集的互感器,CTB為B相電流信號采集的互感器, CTC為C相電流信號采集的互感器,Relay_A, Relay_B, Relay_C分別為A, B, C相的投切開 關(guān)。 投切時間檢測在正常工作前,通過如圖4所示的電路,線圈電壓為18. 5V,吸和時 間為30ms可以測得每只磁保持繼電器的投入時間,如圖5所示,他T1為第一次閉合的時 間,T2為真正閉合的時間,T2-T1為觸點閉合時的彈跳時間,(Tl+T2)/2為該磁保持繼電器 的投入時間,經(jīng)過50此測試,將50次的測試結(jié)果求出個均值存到E2PR0M中作為該磁保持 繼電器的投入時間?;驹?ms士lms。同樣通過該電路可以測得磁保持繼電器的分?jǐn)鄷r 間,如圖6所示T3為磁保持繼電器的切除時間,經(jīng)過50此測試,將50次的測試結(jié)果求出個 均值存到E2PR0M中作為該磁保持繼電器的切除時間?;驹?ms士lms。這個工作只在產(chǎn) 品出廠調(diào)試時做。 市電周期測試通過如圖8所示電路時時測試市電的周期。作為投入和切除時刻 的延時之用。 投入動作通過采集的A相電壓過零點,根據(jù)該磁保持繼電器的投入時間和市電 的周期,延時一個時間觸發(fā)(基本在電壓信號的峰值),保證A相磁保持繼電器的觸點在電 壓的過零點閉合。如示意圖9所示。然后通過采集的B相電壓過零點,根據(jù)該磁保持繼電 器的投入時間和市電的周期,延時一個時間觸發(fā)(基本在電壓信號的峰值),保證B相磁保 持繼電器的觸點在電壓的過零點閉合。如示意圖9所示。通過采集的C相電壓過零點,根據(jù) 該磁保持繼電器的投入時間和市電的周期,延時一個時間觸發(fā)(基本在電壓信號的峰值),保證C相磁保持繼電器的觸點在電壓的過零點閉合。如示意圖9所示。 切除動作先切除A相,根據(jù)采集的A相電流過零點,根據(jù)該磁保持繼電器的投入 時間和市電的周期,延時一個時間觸發(fā)(基本在電流信號的峰值),保證A相磁保持繼電器 的觸點在A相的電流過零點分?jǐn)?。如示意圖10所示。然后切除B相,根據(jù)采集的B相電流 過零點,根據(jù)該磁保持繼電器的投入時間和市電的周期,延時一個時間觸發(fā)(基本在電流 信號的峰值),保證B相磁保持繼電器的觸點在B相的電流過零點分?jǐn)?,如示意圖10所示。 最后根據(jù)采集的C相電流過零點,根據(jù)該磁保持繼電器的投入時間和市電的周期,延時一 個時間觸發(fā)(基本在電流信號的峰值),保證C相磁保持繼電器的觸點在C相的電流過零點 分?jǐn)啵缡疽鈭D10所示。
權(quán)利要求一種電力電容器的分相開關(guān),所述分相開關(guān)設(shè)置在電力電容器的單相電路上,其特征在于所述分相開關(guān)為磁保持繼電器,所述磁保持繼電器包括線圈和開關(guān)觸點,所述線圈與穩(wěn)壓電源連接,所述開關(guān)觸點的閉合動作或開關(guān)動作時間為四分之一的市電周期,在所述分相開關(guān)對應(yīng)的單相電路上設(shè)有電流檢測裝置和電壓檢測裝置,所述開關(guān)觸點連接用以控制電壓過零閉合和電流過零分?jǐn)嗟膯纹瑱C。
2. 如權(quán)利要求1所述的電力電容器的分相開關(guān),其特征在于電力電容器的接線采用 三相共補方式,三個磁保持繼電器設(shè)置在三相進線上,其中兩相進線上帶有電流檢測裝置 和電壓檢測裝置。
3. 如權(quán)利要求1所述的電力電容器的分相開關(guān),其特征在于電力電容器的接線采用 三相分補方式,三個磁保持繼電器設(shè)置在三相進線上,三相進線上帶有電流檢測裝置和電 壓檢測裝置。
4. 如權(quán)利要求1-3之一所述的電力電容器的分相開關(guān),其特征在于所述電流檢測裝 置為電流互感器或電流傳感器;所述電壓檢測裝置為電壓互感器或電壓傳感器。
專利摘要一種電力電容器的分相開關(guān),分相開關(guān)設(shè)置在電力電容器的單相電路上,分相開關(guān)為磁保持繼電器,磁保持繼電器包括線圈和開關(guān)觸點,線圈與穩(wěn)壓電源連接,開關(guān)觸點的閉合動作或開關(guān)動作時間為四分之一的市電周期,在分相開關(guān)對應(yīng)的單相電路上設(shè)有電流檢測裝置和電壓檢測裝置,開關(guān)觸點連接用以控制電壓過零閉合和電流過零分?jǐn)嗟膯纹瑱C。本實用新型在保證良好性能的同時、大大降低成本。
文檔編號H02J3/18GK201541130SQ200920195879
公開日2010年8月4日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者劉 東, 季小龍, 張弛, 陳勝勇 申請人:溫州市億德科技有限公司