专利名称：一种20kV真空开关柜无触点开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及电器开关制造技术领域，特别是指一种20kV真空开关柜无触点开关。
背景技术：
目前高压开关主要有少油断路器、真空断路器、和SF6断路器等三种形式，它们在投切电路过程中都会产生电弧，强制灭弧过程会产生不同程度的电流突变，引起过电压及电磁干扰现象；在投切感性或容性负载如变压器、电动机、电容器组时，会产生很大的暂态电流，从而对电网和电气设备稳定性以及电气设备的正常使用产生影响。因此，在许多对电网和电气设备稳定运行要求高的场合，现有开关均不能很好的满足工作要求，迫切需要一种新型开关来完成工作任务。目前国内外已有的低压“无触点开关”，在无功补偿等方面得到广泛采用，但20kV系统还没有此类产品。
发明内容
本发明提出一种20kV真空开关柜无触点开关，解决了现有技术中高压开关导通和关断操作过程中产生电弧，对电网及电气设备造成冲击的问题。本发明的技术方案是这样实现的:一种20kV真空开关柜无触点开关，包括:无触点开关装置，用于在投切电路过程中避免产生电弧；触发控制器，用于产生触发脉冲，以同步控制所述无触点开关装置，与所述无触点开关装置连接。优选地，所述无触点开关装置为可控硅组。进一步地，所述可控硅组包括:可控硅，所述可控硅的数量为若干，若干所述可控硅串联连接。进一步地，所述触发控制器包括:外接电源单元，用于提供工作电源；信号输入单元，用于接收产生所述触发脉冲的信号；逻辑判断单元，用于预设阈值，当所述信号输入单元接收的产生所述触发脉冲的信号高于所述预设阈值时，产生触发脉冲输出信号，与所述信号输入单元连接；脉冲输出单元，用于接收所述触发脉冲输出信号并产生所述触发脉冲，与所述逻辑判断单元连接；隔离放大单元，用于隔离外部干扰并放大所述触发脉冲，与所述无触点开关装置和所述脉冲输出单元连接。进一步地，所述触发控制器还包括:定值调整单元，用于调整所述逻辑判断单元的所述预设阈值，与所述逻辑判断单元连接。进一步地，所述触发控制器还包括:
脉冲输出指示灯，与所述脉冲输出单元连接。 电源指示灯，与所述外接电源单元连接。控制指示灯，与所述逻辑判断单元连接。进一步地，本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，还包括:显示装置，用于远程监控、显示所述触发控制器工作状态参数，与所述触发控制器连接。优选地，所述显示装置为液晶显示器。进一步地，本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，还包括:高压采集装置，用于采集所述无触点开关装置参数及监测所述无触点开关装置运行状态，包括与所述无触点开关装置连接的低压电流互感器、与所述低压电流互感器和所述触发控制器连接的高压采集模块、与所述高压采集模块和所述触发控制器连接的取能互感器。本发明的有益效果为:1、本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，导通和关断时不出现电弧或火花，对电网及电气设备的冲击减小到最低程度，增强电网的稳定性和可靠性，提高电气设备和高压开关的使用寿命，并且动作迅速，可频繁操作，寿命长，可靠性高，可应用于防火、防爆、防潮等特殊环境。2、本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，其无触点开关装置采用可控硅作为核心，在电压或电流过零点时瞬间投切，投切时间小于20ms，不会产生电弧和较高的暂态电流，无电磁污染，无噪音，因此能克服传统高压开关的弊端，能够有效提高电网运行的稳定性，成为真正意义上的无弧环保式高压开关。3、本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，元件布局合理，结构设计紧凑，接线、安装方便，调试简单。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关实施例1的结构框图；图2为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关实施例2的结构框图；图3为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关实施例3的结构框图；图4为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关实施例4的结构框图；图5为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关实施例5的结构框图；图6为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关实施例6的结构框图；图7为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关实施例7的结构框图；图8为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的触发控制器的电路原理图；图9为本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的整体电路图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，在本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的第一实施例中，20kV真空开关柜无触点开关包括:无触点开关装置，用于在投切电路过程中避免产生电弧；触发控制器，用于产生触发脉冲，以同步控制所述无触点开关装置，与所述无触点开关装置连接。本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，导通和关断时不出现电弧或火花，对电网及电气设备的冲击减小到最低程度，增强电网的稳定性和可靠性，提高电气设备和高压开关的使用寿命，并且动作迅速，可频繁操作，寿命长，可靠性高，可应用于防火、防爆、防潮等特殊环境。其中，优选地，所述无触点开关装置为可控硅组。如图2所示，在本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的另一实施例中，所述可控硅组可以包括:可控硅，所述可控硅的数量为若干，若干所述可控硅串联连接。其中，可控硅为大功率可控硅，优选单只耐压达8000V、正常通态电流达4500A的可控硅，当然，根据工程需要，还可以选择其它耐压值及正常通态电流的可控硅。另外，在20kV系统中，每相电路中可控硅的数量优选为6只。本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，其无触点开关装置采用可控硅作为核心，在电压或电流过零点时瞬间投切，投切时间小于20ms，不会产生电弧和较高的暂态电流，无电磁污染，无噪音，因此能克服传统高压开关的弊端，能够有效提高电网运行的稳定性，成为真正意义上的无弧环保式高压开关。如图3所示，在本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的另一实施例中，所述触发控制器可以包括:外接电源单元，用于提供工作电源；信号输入单元，用于接收产生所述触发脉冲的信号；逻辑判断单元，用于预设阈值，当所述信号输入单元接收的产生所述触发脉冲的信号高于所述预设阈值时，产生触发脉冲输出信号，与所述信号输入单元连接；脉冲输出单元，用于接收所述触发脉冲输出信号并产生所述触发脉冲，与所述逻辑判断单元连接；隔离放大单元，用于隔离外部干扰并放大所述触发脉冲，与所述无触点开关装置和所述脉冲输出单元连接。如图4所示，在本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的另一实施例中，所述触发控制器还可以包括:定值调整单元，用于调整所述逻辑判断单元的所述预设阈值，与所述逻辑判断单元连接。
如图5所示，在本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的另一实施例中，所述触发控制器还可以包括:脉冲输出指示灯，与所述脉冲输出单元连接。电源指示灯，与所述外接电源单元连接。控制指示灯，与所述逻辑判断单元连接。如图6所示，在本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的另一实施例中，还可以包括:显示装置，用于远程监控、显示所述触发控制器工作状态参数，与所述触发控制器连接。其中，优选地，所述显示装置为液晶显示器(IXD)。当然，显示装置还可以为其它类型的装置，例如I3DP (等离子显示器)、LED显示器等，本发明对此不进行限定。如图7所示，在本发明一种20kV真空开关柜无触点开关的另一实施例中，还可以包括:高压采集装置，用于采集所述无触点开关装置参数及监测所述无触点开关装置运行状态，包括与所述无触点开关装置连接的低压电流互感器、与所述低压电流互感器和所述触发控制器连接的高压采集模块、与所述高压采集模块和所述触发控制器连接的取能互感器。图8为本发明20kV真空开关柜无触点开关的触发控制器的电路原理图；图9为本发明20kV真空开关柜无触点开关的整体电路图。当然，触发控制器和20kV真空开关柜无触点开关的整体电路还可以有其它变换、替代形式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他形式，都属于本发明保护的范围。本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，元件布局合理，结构设计紧凑，接线、安装方便，调试简单。在实际设计本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关的具体电路时，其步骤如下:1、可控硅选择及主电路设计。根据开关性能参数，选择可控硅的型式、参数、数量，确定主电路组成方案。可控硅是P1N1P2N2四层三端结构组件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成。2、可靠触发电路的设计。根据选择的可控硅及其组合方式，计算触发电路参数，设计电路，并选择器件。3、控制信息输入设计。根据开关控制需求，确定人工控制信号和自动控制信号的输入方式，设计输入电路，并选择器件。4、工作电源设计。根据可控硅及控制电路的需求，设计工作电源，并选择电路和器件。5、应用设计。根据工程需要，确定无弧开关工作环境(温度、湿度、机械强度等)，进行抗干扰设计，确定与其它设备的配合方式，最终确定应用条件。
另外，本发明所述的20kV真空开关柜无触点开关，其无触点开关装置还可以有其它替代方案，例如:1、以三端稳压器实现的无触点开关。三端稳压器是本领域技术人员十分熟悉的常用廉价器件之一。从控制端加入的信号决定是否将三端稳压器与地导通，若导通则输出端上电，否则输出端相当于断开。此电路十分简单，也容易调试，且有多种电压的稳压器供选用，适用于直流负载的控制。缺点是稳压器的管压降使输出电压有所降低，不适合电池供电的设备。选用低压差三端稳压器可有所改善。2、基于光耦三极管和达林顿管的无触点开关。基于光电三极管的无触点开关被称为光电稱合器(photocoupler)。当输入端加正向电压时发光二极管(LED)点亮,光敏三极管会产生光电流从集电极供给负载；当输入端加反向电压时，LED不发光，使光敏三极管处于截止状态，相当于负载开路。该器件的工作速度比较高，一般在微秒级或者更快。从工作原理看，这类器件主要应用于直流负载，也可用来传输电流方向不变的脉动信号。该器件的工作速度比较高，一般在微秒级或者更快。达林顿管是两个双极性晶体管的复合。达林顿管的最大优点就是实现电流的多级放大；缺点是饱和管压降较大。由于两个晶体管共集电极，整个达林顿管的饱和电压等于晶体管Q2的正向偏置电压与晶体管Ql的饱和电压之和，而正向偏置电压比饱和电压闻得多，这样整个达林顿管的饱和电压就特别的高，因此达林顿管导通时的功耗较高。3、基于MOS或IGBT的无触点开关。基于MOS场效应管的无触点开关由于稱合方式不同有很多类,例如米用光电I禹合方式的称为光耦合MOS场效应管(OCMOS FET)。电路内部包括光生电压单元，当发光二极管点亮时，该单元给场效应管的栅极电容充电，这样就增大栅极与源极间的电压，使MOS场效应管导通，开关闭合。当发光二极管熄灭时，光生电压单元不再给栅极电容充电，而且内部放电开关自动闭合，强制栅极放电，因此栅源电压迅速下降，场效应管截止，开关断开。OCMOS FET有两种类型:一种是导通型(maketype),常态下为断开；另一种是断开型(breaktype),常态下为导通。此处所指的是导通型。光耦合MOS场效应管是交直流通用的，工作速度没有光电耦合器快，为毫秒级，它的输出导通特性与输入电流参数无关。OCMOS FET可以以弱控强，以毫安级的输入电流驱动安级的电流。由于场效应管可以双向导通、导通电阻低的特征，它主要用于中断交流信号。上述只是无触点开关装置的部分替代方案，只要无触点开关装置实现其功能即可，本发明对此不进行限定。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，包括: 无触点开关装置，用于在投切电路过程中避免产生电弧； 触发控制器，用于产生触发脉冲，以同步控制所述无触点开关装置，与所述无触点开关装置连接。
2.根据权利要求1所述的20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，所述无触点开关装置为可控硅组。
3.根据权利要求2所述的20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，所述可控硅组包括: 可控硅，所述可控硅的数量为若干，若干所述可控硅串联连接。
4.根据权利要求3所述的20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，所述触发控制器包括: 外接电源单元，用于提供工作电源； 信号输入单元，用于接收产生所述触发脉冲的信号； 逻辑判断单元，用于预设阈值，当所述信号输入单元接收的产生所述触发脉冲的信号高于所述预设阈值时，产生触发脉冲输出信号，与所述信号输入单元连接； 脉冲输出单元，用于接收所述触发脉冲输出信号并产生所述触发脉冲，与所述逻辑判断单元连接； 隔离放大单元，用于隔离外部干扰并放大所述触发脉冲，与所述无触点开关装置和所述脉冲输出单元连接。
5.根据权利要求4所述的20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，所述触发控制器还包括: 定值调整单元，用于调整所述逻辑判断单元的所述预设阈值，与所述逻辑判断单元连接。
6.根据权利要求5所述的20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，所述触发控制器还包括: 脉冲输出指示灯，与所述脉冲输出单元连接。
电源指示灯，与所述外接电源单元连接。
控制指示灯，与所述逻辑判断单元连接。
7.根据权利要求6所述的20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，还包括: 显示装置，用于远程监控、显示所述触发控制器工作状态参数，与所述触发控制器连接。
8.根据权利要求7所述的20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，所述显示装置为液晶显示器。
9.根据权利要求8所述的20kV真空开关柜无触点开关，其特征在于，还包括: 高压采集装置，用于采集所述无触点开关装置参数及监测所述无触点开关装置运行状态，包括与所述无触点开关装置连接的低压电流互感器、与所述低压电流互感器和所述触发控制器连接的高压采集模块、与所述高压采集模块和所述触发控制器连接的取能互感器。
全文摘要
本发明提出了一种20kV真空开关柜无触点开关，解决了现有技术中高压开关导通和关断操作过程中产生电弧，对电网及电气设备造成冲击的问题。20kV真空开关柜无触点开关，包括无触点开关装置，用于在投切电路过程中避免产生电弧；触发控制器，用于产生触发脉冲，以同步控制所述无触点开关装置，与所述无触点开关装置连接。本发明的20kV真空开关柜无触点开关，导通和关断时不出现电弧或火花，对电网及电气设备的冲击减小到最低程度，增强电网的稳定性和可靠性，提高电气设备和高压开关的使用寿命，并且动作迅速，可频繁操作，寿命长，可靠性高，可应用于防火、防爆、防潮等特殊环境。
文档编号H03K17/72GK103095271SQ20131000624
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者崔玉新, 谢士雷, 张荣泽 申请人:山东山大世纪科技有限公司