專利名稱：電力電容器的分相開關的制作方法
技術領域：
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。
背景技術：
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，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，大量的應用對低壓電網(wǎng)的波形不利。 第三、采用復合開關實現(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投入電容器時，先由微電腦控制器發(fā)出信號給開關電路，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，使其觸點也閉合，將
晶閘管開關電路短路，由于機械開關閉合后的接觸電阻遠小于開關電路導通時的電阻，達
到了節(jié)能和延長開關電路使用壽命的目的。當需要切除電容器時控制器先發(fā)信號給機械開
關，使機械開關觸點斷開，此時開關電路處于導通狀態(tài)，并由開關電路在電流過零時，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目前復合開關中的機械開關普遍采用磁保持繼電器，在開關閉合的過程中通過
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斷，當磁
保持繼電器觸點彈開時，可控硅因為是過零導通這時可控硅不會重新導通，就會出現(xiàn)磁保
持繼電器觸點帶負載開閉的現(xiàn)象，這時觸點間的電弧經(jīng)常導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.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合開 關中的可控硅的保護措施可能限于設計水平、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電器 來說，經(jīng)濟上顯得相當昂貴

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的電力電容器投切開關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。 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是 —種電力電容器的分相開關，所述分相開關設置在電力電容器的單相電路上，所 述分相開關為磁保持繼電器，所述磁保持繼電器包括線圈和開關觸點，所述線圈與穩(wěn)壓電 源連接，所述開關觸點的閉合動作或開關動作時間為四分之一的市電周期，在所述分相開 關對應的單相電路上設有電流檢測裝置和電壓檢測裝置，所述開關觸點連接用以控制電壓 過零閉合和電流過零分斷的單片機。 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。 本實用新型的技術構思為采用磁保持繼電器作為投切開關，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 確控制該每相的磁保持繼電器的觸點在電流過零點處分斷，這樣就保證了分相開關在投入 時，無涌流和拉??；在切除時，零電流切除。 通常通過測量開關觸點的動作延時，然后根據(jù)延時時間控制開關觸點的動作并不 能夠保證分相過零投切功能的實現(xiàn)。因為開關觸點在實際閉合動作過程中會產(chǎn)生電弧的預 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。電弧預燃與重燃現(xiàn)象導致電路的導通與切斷與觸點的機械接觸狀態(tài)不一致，因 此導致分相過零投切功能不能實現(xiàn)。 產(chǎn)生電弧預燃與重燃現(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 的標準周期是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)生電弧預燃與重燃現(xiàn)象。觸點的運動速度越慢，發(fā)生電弧預燃與重燃現(xiàn)象的可能性 就越大。 為了消除電弧預燃與重燃現(xiàn)象，最有效的手段是提高開關觸點的動作速度。如果 開關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)電弧預燃現(xiàn)象。在觸點分斷的過程中，因為選擇為電流過零分斷所以驅(qū) 動信號要提前，如果觸點的分斷過程為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觸點的動作時間，以至于影響分相過零點分合操作的準確 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)有技術中可控硅作為投切開關主回路示意圖。圖2是現(xiàn)有技術中復合開關作為投切開關主回路示意圖。圖3是為三相共補分相開關主回路示意圖。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是磁保持繼電器分斷示意示意圖。
具體實施方式
以下結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，所述分相開關設置在電力電容器的單相電路上，所述分相開關為磁保持繼電器，所述磁保持繼電器包括線圈和開關觸點，所 述線圈與穩(wěn)壓電源連接，所述開關觸點的閉合動作或開關動作時間為四分之一的市電周 期，在所述分相開關對應的單相電路上設有電流檢測裝置和電壓檢測裝置，所述開關觸點 的動作受控于用以控制電壓過零閉合和電流過零分斷的單片機。 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 電壓檢測裝置檢測到電壓處于峰值時發(fā)出驅(qū)動開關觸點開始閉合的指令；峰值分斷動作啟 動模塊，用于接收到上位機的分斷動作命令，當電流檢測裝置檢測到電流處于峰值時發(fā)出 驅(qū)動開關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斷動作之前檢測市 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AT為正時，投入或切除啟動時刻延后AT;當AT為負時， 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為例進行說明如圖3所示為三相共補分相開關的示意圖， PTA為A相開關電壓信號采集的互感器，PTC為C相開關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。 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 電器的分斷時間，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相的電流過零點分斷。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相的電流過零點分斷。如示意圖10所示。A、C相分斷后 就可以在任意時刻分斷B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為例進行說明如圖7所示為三相分補分相開關的示意 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。 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斷時 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相的電流過零點分斷。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相的電流過零點分斷，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 分斷，如示意圖10所示。
權利要求一種電力電容器的分相開關，所述分相開關設置在電力電容器的單相電路上，其特征在于所述分相開關為磁保持繼電器，所述磁保持繼電器包括線圈和開關觸點，所述線圈與穩(wěn)壓電源連接，所述開關觸點的閉合動作或開關動作時間為四分之一的市電周期，在所述分相開關對應的單相電路上設有電流檢測裝置和電壓檢測裝置，所述開關觸點連接用以控制電壓過零閉合和電流過零分斷的單片機。
2. 如權利要求1所述的電力電容器的分相開關，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. 如權利要求1所述的電力電容器的分相開關，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. 如權利要求1-3之一所述的電力電容器的分相開關，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，分相開關設置在電力電容器的單相電路上，分相開關為磁保持繼電器，磁保持繼電器包括線圈和開關觸點，線圈與穩(wěn)壓電源連接，開關觸點的閉合動作或開關動作時間為四分之一的市電周期，在分相開關對應的單相電路上設有電流檢測裝置和電壓檢測裝置，開關觸點連接用以控制電壓過零閉合和電流過零分斷的單片機。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