专利名称：电力电容器的分相开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力电容器，尤其是一种电力电容器的分相投切开关。
背景技术：
在供配电系统中，为了减少损耗，节约电能，充分利用变压器等设备的容量，提高 电网的功率因数，配置了大量的并联电力电容器装置，用以补偿无功功率。目前对电力电容 器进行投切有以下几种方式 第一、采用交流接触器作为并联电容器的投切开关，迄今仍有沿用。其缺点是① 投入电容时产生倍数较高的涌流，容易在接触器的触点处产生火花，烧损触头；②切断电容 时，容易粘住触头，造成拉不开；③涌流过大对电容器本身有害，会影响使用寿命； 由于 投入时线圈长期供电，不仅会使线圈发热影响其使用的寿命，同时线圈消耗的功率很大。 第二、采用双向晶闸管的无触点开关电路取代交流接触器用于投切电容器。其优 点是过零触发，无拉弧，动作时间短，可大幅度地限制电容器合闸涌流，特别适合于繁投切 的场合。主回路如示意图1所示。但也存在以下缺点 ①采用双向晶闸管制造成本高，晶闸管开关电路的补偿柜价格要比采用接触器的 补偿柜贵70% 80%左右； ②晶闸管开关电路运行时有较大的压降，运行中的电能损耗和发热问题不可忽
视。有功消耗的发热量还会增加整个补偿装置的温升，而需采用相应的散热降温的措施； ③晶闸管电路的本身也是谐波源，大量的应用对低压电网的波形不利。 第三、采用复合开关实现对电力电容起的投切，能够实现等电压投入零电流切除，
其运行操作顺序说明如下当投入电容器时，先由微电脑控制器发出信号给开关电路，使之
在等电压时投入电容器，微电脑的控制器紧接着又发信号给机械开关，使其触点也闭合，将
晶闸管开关电路短路，由于机械开关闭合后的接触电阻远小于开关电路导通时的电阻，达
到了节能和延长开关电路使用寿命的目的。当需要切除电容器时控制器先发信号给机械开
关，使机械开关触点断开，此时开关电路处于导通状态，并由开关电路在电流过零时，将电
容器切除。主回路如示意图2所示。优点是运行功耗低、涌流小。但也存在一下缺点 ①目前复合开关中的机械开关普遍采用磁保持继电器，在开关闭合的过程中通过
可控硅能够实现电压过零点闭合，但是在磁保持继电器触点闭合时存在严重的弹跳现象，
而且不会一定在电流过零点附近， 一旦磁保持继电器触点闭合可控硅便会自行关断，当磁
保持继电器触点弹开时，可控硅因为是过零导通这时可控硅不会重新导通，就会出现磁保
持继电器触点带负载开闭的现象，这时触点间的电弧经常导致磁保持继电器的触点粘在一起。 ②可控硅虽然有很多优点，但是其承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的 过电压和过电流就会被损坏，并且不可修复.使用于低压电力电容器零投切控制的晶闸管 又工作于低压电力网，其因操作、谐波、雷击等原因工况复杂多变.因此，为了使晶闸管能 够可靠地长期运行，除了充分留有余地合理选择晶闸管元件外，必须针对过电压、过电流发生的原因采取行之有效的保护措施.现有的使用于低压电力电容器零投切控制的复合开 关中的可控硅的保护措施可能限于设计水平、经济和装置体积等因素，普遍存在保护不全、 针对性差、有效性差等情况.因此在瞬息万变的电网条件中易损坏.需要IT较大、Uked大 于2500V以上的晶闸管，同时要配置良好的保护电路，这对于低压电力电容器的开关电器 来说，经济上显得相当昂贵
发明内容为了克服已有的电力电容器投切开关的不能兼顾性能和成本的不足，本实用新型
提供一种在保证良好性能的同时、大大降低成本的电力电容器的分相开关。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 —种电力电容器的分相开关，所述分相开关设置在电力电容器的单相电路上，所 述分相开关为磁保持继电器，所述磁保持继电器包括线圈和开关触点，所述线圈与稳压电 源连接，所述开关触点的闭合动作或开关动作时间为四分之一的市电周期，在所述分相开 关对应的单相电路上设有电流检测装置和电压检测装置，所述开关触点连接用以控制电压 过零闭合和电流过零分断的单片机。 作为优选的一种方案电力电容器的接线采用三相共补方式，三个磁保持继电器 设置在三相进线上，其中两相进线上带有电流检测装置和电压检测装置。 或者是电力电容器的接线采用三相分补方式，三个磁保持继电器设置在三相进 线上，三相进线上带有电流检测装置和电压检测装置。 所述电流检测装置为电流互感器或电流传感器；所述电压检测装置为电压互感器 或电压传感器。 本实用新型的技术构思为采用磁保持继电器作为投切开关，就是采用机械式触 点来对电力电容器进行投切，实现投切开关的每相触点，其动作与该相的电压或电流同步， 即在电压过零点投入电流过零点切除。投入时根据实际测得得的每相电压信号，准确控制 该相的磁保持继电器的触点在电压过零点闭合。切除时根据实际测得的每相电流信号，准 确控制该每相的磁保持继电器的触点在电流过零点处分断，这样就保证了分相开关在投入 时，无涌流和拉弧；在切除时，零电流切除。 通常通过测量开关触点的动作延时，然后根据延时时间控制开关触点的动作并不 能够保证分相过零投切功能的实现。因为开关触点在实际闭合动作过程中会产生电弧的预 燃现象，在实际断开动作过程中会产生电弧的重燃现象。所谓电弧预燃现象就是在触点闭 合过程中，由于触点距离不断减小以至于绝缘强度不足产生电弧击穿的现象。所谓电弧重 燃现象就是在触点断开过程中，触点距离还没有增加到足够的绝缘强度而产生电弧重新燃 烧的现象。电弧预燃与重燃现象导致电路的导通与切断与触点的机械接触状态不一致，因 此导致分相过零投切功能不能实现。 产生电弧预燃与重燃现象的主要原因是触点的运动速度过慢。在触点闭合的过程 中，触点间的距离不断縮小，绝缘强度不断减弱，如果在这个过程中触点间的电压升高至超 过触点间隙的绝缘电压，那么就会出现电弧预燃现象。同样，在触点断开的过程中，动触点 与静触点间的距离逐渐增加，绝缘强度逐渐增加，如果在这个过程中触点间的电压升高至 超过触点间隙的绝缘电压，那么就会出现电弧重燃现象。经过实际的测试现有的磁保持继电器的在额定电压下的投入时间在15 20ms，切除时间在12 18ms，由于工频交流电源 的标准周期是20毫秒，在一个工频周期里，电源电压会出现两次峰值和两次过零点，过零 时刻与峰值时刻的间隔只有5毫秒，如果触点闭合或者断开的过程在现有的动作时间内， 在触点闭合或者断开的过程中，触点间的电压就有若干次达到电源电压的峰值，因此就有 可能发生电弧预燃与重燃现象。触点的运动速度越慢，发生电弧预燃与重燃现象的可能性 就越大。 为了消除电弧预燃与重燃现象，最有效的手段是提高开关触点的动作速度。如果 开关触点闭合或者断开的动作时间小于5毫秒，那么就可以避免电弧预燃与重燃现象。在 触点闭合的过程中，因为选择为电压过零闭合所以驱动信号要提前，如果触点的闭合过程 为5毫秒，那么就要在电压的峰值时发出驱动信号，在触点动作的过程中，触点距离在不断 减小，绝缘强度也在不断地减小，但是触点间的电压也在不断地减小，直至电压为零时触点 闭合，因此不会出现电弧预燃现象。在触点分断的过程中，因为选择为电流过零分断所以驱 动信号要提前，如果触点的分断过程为5毫秒，那么就要在电流的峰值发出驱动信号，那么 在触点开始断开时，由于电流为零因此没有电弧，断开以后，触点距离在不断增加，绝缘强 度也在不断地增加，触点间的电压也在不断地增加，由于触点的断开距离与触点间的电压 升高速度一致，当电压升高至峰值时，触点已经完成断开动作到位，有足够的绝缘强度，因 此不会出现电弧重燃现象。 磁保持继电器的动作是由线圈来驱动的，驱动电压可以影响到触点动作速度，因 此电源电压的波动就会影响开关触点的动作时间，以至于影响分相过零点分合操作的准确 性。为了消除电源电压波动的影响，采用稳压电源来提供线圈的驱动电压。也样就避免了 在市电波动等因素对线圈驱动电压的影响。 本实用新型的有益效果主要表现在1、在投入时，无涌流和拉弧；在切除时，零电 流切除；2、由于采用了磁保持继电器，大大降低了制造成本。
图1是现有技术中可控硅作为投切开关主回路示意图。图2是现有技术中复合开关作为投切开关主回路示意图。图3是为三相共补分相开关主回路示意图。图4是磁保持继电器投入和切除时间检测示意图。图5是磁保持继电器投入时间检测波形图。图6是磁保持继电器切除时间检测波形图。图7是三相分补分相开关主回路示意图。图8是市电周期检测电路示意图。图9是磁保持继电器闭合示意示意图。图10是磁保持继电器分断示意示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。 参照图1 图IO，一种电力电容器的分相开关，所述分相开关设置在电力电容器的单相电路上，所述分相开关为磁保持继电器，所述磁保持继电器包括线圈和开关触点，所 述线圈与稳压电源连接，所述开关触点的闭合动作或开关动作时间为四分之一的市电周 期，在所述分相开关对应的单相电路上设有电流检测装置和电压检测装置，所述开关触点 的动作受控于用以控制电压过零闭合和电流过零分断的单片机。 所述单片机包括峰值闭合动作启动模块，用于接收到上位机的闭合动作命令，当 电压检测装置检测到电压处于峰值时发出驱动开关触点开始闭合的指令；峰值分断动作启 动模块，用于接收到上位机的分断动作命令，当电流检测装置检测到电流处于峰值时发出 驱动开关触点开始分段的指令。 所述单片机还包括市电频率检测模块，用于在闭合动作和分断动作之前检测市 电周期，检测四分之一的市电周期的变化量AT ;投入或切除时刻修正模块，用以根据变化 量修正投入或切除启动时刻，当AT为正时，投入或切除启动时刻延后AT;当AT为负时， 投入或切除启动时刻提前AT。 电力电容器的接线采用三相共补方式，三个磁保持继电器设置在三相进线上，其 中两相进线上带有电流检测装置和电压检测装置。 或者是电力电容器的接线采用三相分补方式，三个磁保持继电器设置在三相进 线上，三相进线上带有电流检测装置和电压检测装置。 所述电流检测装置为电流互感器或电流传感器；所述电压检测装置为电压互感器 或电压传感器。 经过对磁保持继电器大量的测试，发现的磁保持继电器的触发电压在18. 5V，触发 时间为20ms，单只磁保持继电器每次的投入、切除时间变化很小.基本在5ms左右上下差不 大于0.2ms.但是不同的磁保持继电器的投入和切除时间却存在差异，差异都在lms以内， 因此要想保证产品中的磁保持继电器都能在过零点投入和切除，就必须把每只磁保持继电 器的时间的投入和切除时间测试出来，作为控制继电器投入和切除时刻的依据。因此本产 品设计了一个出厂自动测试程序，测试出每个磁保持的投入和切除时间，然后将该值存到 E2PR0M中作为正常工作时投切用。从而保证每只磁保持继电器都能在电压过零点投入，电 流过零点切除。 市电的频率也不是固定的，会在一个小的范围内变化，因此在投入和切除时刻前 要测量出市电的频率，用以修正磁保持继电器的投入和切除时刻。 磁保持继电器触点在接通的时刻存在弹跳的现象，弹跳的时间在0. 2 0. 6ms之 间，因为保证了磁保持继电器的触点在电压过零处闭合，这样即使存在触点弹跳的现象，也 不会出现拉弧的现象。 以三相共补分相开关为例进行说明如图3所示为三相共补分相开关的示意图， PTA为A相开关电压信号采集的互感器，PTC为C相开关电压信号采集的互感器，CTA为A 相电流信号采集的互感器，CTC为C相电流信号采集的互感器，Relay_A， Relay_B， Relay_C 分别为A，B，C相的投切开关。 投切时间检测在正常工作前，通过如图4所示的电路，线圈电压为18. 5V，吸和时 间为30ms可以测得每只磁保持继电器的投入时间。如图5所示，T1为第一次闭合的时间， T2为真正闭合的时间，T2-T1的时间为触点闭合时的弹跳时间，那么可以认为(Tl+T2)/2为 该磁保持继电器的投入时间，经过50此测试，将50次的测试结果求出个均值存到E2PR0M中作为该磁保持继电器的投入时间。基本在5ms士lms。同样通过该电路可以测得磁保持继 电器的分断时间，如图6所示T3为磁保持继电器的切除时间，经过50此测试，将50次的测 试结果求出个均值存到E2PR0M中作为该磁保持继电器的切除时间。基本在5ms士lms。这 个工作只在产品出厂调试时做。 市电周期测试通过如图9所示电路时时测试市电的周期。作为投入和切除时刻 的延时之用。 投入动作先投入B相，因为回路中没有电流在任意时刻投入都可以，然后通过采 集的A相电压过零点，根据该磁保持继电器的投入时间和市电的周期，延时一个时间发出 触发信号(基本在电压信号的峰值)，保证A相磁保持继电器的触点在电压的过零点闭合。 如示意图9所示。然后通过采集的C相电压过零点，根据该磁保持继电器的投入时间和市 电的周期，延时一个时间发布触发信号(基本在电压信号的峰值)，保证C相磁保持继电器 的触点在电压的过零点闭合。如示意图9所示。 切除动作先切除A相，根据采集的A相电流过零点，根据该磁保持继电器的投入 时间和市电的周期，延时一个时间发布触发信号(基本在电流的峰值)，保证A相磁保持继 电器的触点在A相的电流过零点分断。如示意图10所示。然后采集的C相电流过零点，根 据该磁保持继电器的投入时间和市电的周期，延时一个时间触发(基本在电流的峰值)，保 证C相磁保持继电器的触点在C相的电流过零点分断。如示意图10所示。A、C相分断后 就可以在任意时刻分断B相了，因为没有了电流回路，便不会产生拉弧的现象。 再以三相分补分相开关为例进行说明如图7所示为三相分补分相开关的示意 图，PTA为A相电压信号采集的互感器，PTB为B相电压信号采集的互感器，PTC为C相电压 信号采集的互感器，CTA为A相电流信号采集的互感器，CTB为B相电流信号采集的互感器， CTC为C相电流信号采集的互感器，Relay_A， Relay_B， Relay_C分别为A， B， C相的投切开 关。 投切时间检测在正常工作前，通过如图4所示的电路，线圈电压为18. 5V，吸和时 间为30ms可以测得每只磁保持继电器的投入时间，如图5所示，他T1为第一次闭合的时 间，T2为真正闭合的时间，T2-T1为触点闭合时的弹跳时间，(Tl+T2)/2为该磁保持继电器 的投入时间，经过50此测试，将50次的测试结果求出个均值存到E2PR0M中作为该磁保持 继电器的投入时间。基本在5ms士lms。同样通过该电路可以测得磁保持继电器的分断时 间，如图6所示T3为磁保持继电器的切除时间，经过50此测试，将50次的测试结果求出个 均值存到E2PR0M中作为该磁保持继电器的切除时间。基本在5ms士lms。这个工作只在产 品出厂调试时做。 市电周期测试通过如图8所示电路时时测试市电的周期。作为投入和切除时刻 的延时之用。 投入动作通过采集的A相电压过零点，根据该磁保持继电器的投入时间和市电 的周期，延时一个时间触发(基本在电压信号的峰值)，保证A相磁保持继电器的触点在电 压的过零点闭合。如示意图9所示。然后通过采集的B相电压过零点，根据该磁保持继电 器的投入时间和市电的周期，延时一个时间触发(基本在电压信号的峰值)，保证B相磁保 持继电器的触点在电压的过零点闭合。如示意图9所示。通过采集的C相电压过零点，根据 该磁保持继电器的投入时间和市电的周期，延时一个时间触发(基本在电压信号的峰值)，保证C相磁保持继电器的触点在电压的过零点闭合。如示意图9所示。 切除动作先切除A相，根据采集的A相电流过零点，根据该磁保持继电器的投入 时间和市电的周期，延时一个时间触发(基本在电流信号的峰值)，保证A相磁保持继电器 的触点在A相的电流过零点分断。如示意图10所示。然后切除B相，根据采集的B相电流 过零点，根据该磁保持继电器的投入时间和市电的周期，延时一个时间触发(基本在电流 信号的峰值)，保证B相磁保持继电器的触点在B相的电流过零点分断，如示意图10所示。 最后根据采集的C相电流过零点，根据该磁保持继电器的投入时间和市电的周期，延时一 个时间触发(基本在电流信号的峰值)，保证C相磁保持继电器的触点在C相的电流过零点 分断，如示意图10所示。
权利要求一种电力电容器的分相开关，所述分相开关设置在电力电容器的单相电路上，其特征在于所述分相开关为磁保持继电器，所述磁保持继电器包括线圈和开关触点，所述线圈与稳压电源连接，所述开关触点的闭合动作或开关动作时间为四分之一的市电周期，在所述分相开关对应的单相电路上设有电流检测装置和电压检测装置，所述开关触点连接用以控制电压过零闭合和电流过零分断的单片机。
2. 如权利要求1所述的电力电容器的分相开关，其特征在于电力电容器的接线采用 三相共补方式，三个磁保持继电器设置在三相进线上，其中两相进线上带有电流检测装置 和电压检测装置。
3. 如权利要求1所述的电力电容器的分相开关，其特征在于电力电容器的接线采用 三相分补方式，三个磁保持继电器设置在三相进线上，三相进线上带有电流检测装置和电 压检测装置。
4. 如权利要求1-3之一所述的电力电容器的分相开关，其特征在于所述电流检测装 置为电流互感器或电流传感器；所述电压检测装置为电压互感器或电压传感器。
专利摘要一种电力电容器的分相开关，分相开关设置在电力电容器的单相电路上，分相开关为磁保持继电器，磁保持继电器包括线圈和开关触点，线圈与稳压电源连接，开关触点的闭合动作或开关动作时间为四分之一的市电周期，在分相开关对应的单相电路上设有电流检测装置和电压检测装置，开关触点连接用以控制电压过零闭合和电流过零分断的单片机。本实用新型在保证良好性能的同时、大大降低成本。
文档编号H02J3/18GK201541130SQ200920195879
公开日2010年8月4日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者刘 东, 季小龙, 张弛, 陈胜勇 申请人:温州市亿德科技有限公司