一種用於電容器投切的開關電路的製作方法
2023-05-03 02:22:01 1
一種用於電容器投切的開關電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型針對電容器在投切過程中的湧流、彈跳、拉弧、重燃等問題，提出一種新型的用於電容器投切的開關電路。所公開的開關電路由一路單向導通部件和一路可控式機械開關部件並聯構成，充分利用了機械開關無損耗的特點，同時利用了單向導通部件實現電容器預充電達到電容器殘壓為電網電壓峰值，控制開關在電網電壓的峰值點投入，有效減小電容器投入時的電壓突變引起的電容器合閘湧流，同時消除了機械開關的動作響應延遲影響，本實用新型公開的技術實現了電容器投切過程無湧流、無拉弧，電容器投入運行後，開關迴路無損耗。
【專利說明】—種用於電容器投切的開關電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力系統配電網自動化領域，特別是涉及一種用於電容器投切的開關電路。
【背景技術】
[0002]在電力系統中，電容器廣泛地用於對電網進行無功補償、調整電壓、抑制諧波等應用場合，是電力系統配電網自動化的重要設備之一。
[0003]在電容器投入電網時，由於電容器的本質特性，其在投入電網時，會產生湧流，電容器投入時湧流的大小與電容器投入時的電容器與電源間的電壓差有關，有時湧流可以超過百倍以上的電容器額定電流大小，如此巨大的湧流會對電容器的壽命產生很大的影響、對電網產生嚴重幹擾，同時亦可能會損壞電容器的投切開關部件。
[0004]在電容器退出電網時，由於電容器已接入電網，電容器投切開關部件中有相應的電容器電流通過，此時對電容器的投切開關提出了分斷電流、消除閃弧、拉弧的要求，以保證電容器可正確分斷。
[0005]目前在電容器的投切開關主要有交流接觸器、晶閘管開關、複合開關及選相開關等方式。
[0006]交流接觸器是純機械部件，理論上不存在最佳操作相位點，投切瞬時點不可選擇，在投入或切除電網時，由於其投切相位點是隨機的，投入時會產生幅值很大、頻率很高的浪湧電流，退出時易產生電弧、燒損觸頭。
[0007]晶閘管開關是隨著電力電子器件應用的發展和普及而研發的以可控矽為核心的投切部件，其原理為通過電壓過零檢測控制，利用晶閘管的快速響應特性，保證在電壓過零時投入電容器，避免合閘湧流，同時利用晶閘管自身的電流過零關斷特性，消除了電容器退出的電弧等問題。然而，晶閘管開關由於可控矽的導通壓降特性，存在著很大的功率損耗，且可控矽是易損耗部件，在溫度過高時會出現瞬時擊穿，因此晶閘管開關必須配備大面積的散熱器甚至風扇等設備進行散熱；同時可控矽對電壓變化率非常敏感，在電網中存在諧波較大時如果電壓過零判斷出現偏差，易使晶閘管開關發生誤導通而產生大湧流而使其損壞。同時晶閘管開關除了以上的特性外，同時由於結構複雜、體積大、損耗大、成本高、可靠性差，嚴重限制了晶閘管開關的應用。
[0008]複合開關技術就是將晶閘管與繼電器接點並聯使用，利用晶閘管的快速響應，由晶閘管實現電壓過零投入與電流過零切除，由繼電器接點來通過連續電流，這樣就避免了晶閘管的導通損耗問題，也避免了電容器投入時的湧流。然而由於複合開關的投切過程與晶閘管開關的投切過程的原理完全相同，都是利用晶閘管的實時響應快的特性和自身的過零關斷特性來實現電壓過零投入、電流過零退出的，在投入後由繼電器承擔負荷電流，其從根本上只是解決了晶閘管開關的功率損耗問題，晶閘管固開關存在的電壓過零偏差產生的誤導通、晶閘管開關的du/dt敏感性都未能解決，晶閘管開關投退過程中存在的暫態問題複合開關依舊存在。同時複合開關技術既使用晶閘管又使用繼電器，於是結構就變得相當複雜。
[0009]同步開關(又名選相開關)是近年來最新發展的技術，顧名思義，就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。通過控制電容器的機械開關(如繼電器)使其在電壓過零的時刻閉合，從而實現電容器的無湧流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現開關接點的無電弧分斷。然而同步開關的基礎亦是機械開關，由於機械開關的動作特性，其動作的速度響應有延遲，單個機械開關元件的動作時間差異性等問題，同步開關並不能準確做到真正的過零點投退無法做到精確的過零投退以消除湧流、拉弧等問題。
[0010]綜上所述，交流接觸器不具備抑制湧流和消除閃弧的功能，是純機械性部件，而晶閘管、複合開關、同步開關其共同的特點是電壓過零投入、電流過零退出，由於電壓過零檢測的誤差，在電壓過零點時，根據電容器的充電電流計算公式ic=c*(du/dt)可知，而在電壓過零時，由電壓的正弦特性可知，在電壓過零點附近的微小時間差引起的電壓偏移是非常大的，即產生的du/dt是極大的，投入湧流亦是極大的。
[0011]機械開關(交流接觸器、繼電器等)的優點是接通阻抗低，投入運行幾乎無損耗，無須配備散熱設備，而其最大的缺點是由於機械開關的動作響應延遲特點，無法準確的控制合分時刻點。
[0012]可控矽開關(或複合開關中的可控矽部件)的優點在於由於其控制響應速度快，可準確控制合分時刻點，缺點在於由於矽部件的導通壓降，投入運行時會有較大的損耗，需要配備散熱設備，同時可控矽部件的過熱擊穿、電壓突變引起誤導通等特性，亦使得矽部件較易損壞。
【發明內容】
[0013]本實用新型針對電容器在投切過程中的湧流、拉弧等問題，提出一種用於電容器投切的開關電路。所公開的開關電路充分利用了機械開關無損耗的特點，同時利用了單向導通部件實現電容器預充電達到電容器殘壓為電網電壓峰值，控制開關在電網電壓的峰值點投入，消除了機械開關的動作響應延遲影響，本實用新型公開的技術實現了電容器投切過程無湧流、無拉弧，電容器投入運行後，開關迴路無損耗。
[0014]本實用新型的用於電容器投切的開關電路由一路單向導通部件和一路可控式機械開關部件並聯構成。其中，單向導通部件可以是二極體等具有單向導通特性的部件，可控式機械開關部件可以為磁保持繼電器、交流接觸器等無接通損耗的開關部件。
[0015]本實用新型的電容器投切開關電路在投入電容器時是控制可控式機械開關部件在電網電壓的峰值點附近合通。在本實用新型的用於電容器投切的開關電路的中，投入電容器之前，由於單向導通元件的單向導通特性，電網通過單向導通元件實現對電容器的充電，使得電容器的端電壓與電網電壓的峰值近似相等。因為在電網峰值電壓處的du/dt最小，此時投入電容器，即使可控式機械開關部件操作存在動作誤差，此時由於誤差所產生的du/dt亦較小，有效降低了電容器投入時的湧流。
[0016]本實用新型的電容器投切開關電路在退出電容器時是控制可控式機械開關部件在在本實用新型的用於電容器投切的開關電路的單相導通部件導通時間段內分斷。在退出電容器時，選擇的斷開可控式機械開關部件的時刻為單向導通部件的導通時間段，此時間段即為電容器電流的高於零點的上半周波部分。此時可控式機械開關部件斷開後，繼續由單向導通部件續流至電容器電流過零點後，電容器自動退出電網。該退出方式可有效的降低可控式機械開關部件的動作特性誤差，利用單向導通元件的續流功能，實現電容器的過零自動退出，即降低對可控性開關部件的壽命影響，亦消除了電容器退出過程對電網的暫態影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型電容器投切的開關電路原理示意圖1
[0018]圖2為本實用新型電容器投切的開關電路原理示意圖2
[0019]圖3為本實用新型電容器投切的開關電路未投入電容器狀態
[0020]圖4為本實用新型電容器投切的開關電路投入電容器過程狀態
[0021]圖5為本實用新型電容器投切的開關電路退出電容器過程狀態
[0022]圖6為本實用新型電容器投切的開關電路投入過程電容器電流狀態
[0023]圖7為本實用新型電容器投切的開關電路退出過程電容器電流狀態
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖及實施例進一步對本實用新型內容進行說明:
[0025]如圖1所示為本實用新型的電容器投切的開關電路的電路原理示意圖，其由一單向導通元件D和一個可控式開關元件K並聯構成，在本實施例中，單向導通元件D為二極體，可控式開關元件K為磁保持繼電器。
[0026]如圖3所示為本實用新型電容器投切的開關電路在投入前狀態，此時電容器未投入電網，由於D的單向導通特性，此時電容器與電網未能形成完整雙向通路，僅在電網側電壓峰值高於電容器側電壓時，電網通過D的單向導通特性對電容器充電，使得電容器的端電壓與電網峰值電壓實時保持近似相等。
[0027]如圖4所示為本實用新型電容器投切的開關電路在投入過程狀態，通過控制可控式開關元件K，使其在電網電壓峰值處(此時電容器的端電壓近似於電網峰值)閉合，經可控式開關元件與電網形成雙向通路，此時電容器電流則從零點投入電網，電容器的投入電網中運行。
[0028]如圖5所示為本實用新型電容器投切的開關電路在退出過程狀態，通過控制可控式開關元件K，使其在電容器電流的上半周波內斷開，此時K斷開後，由單向導通元件D完成本半波的續流，在該半周波過零點時，自動實現關斷。
[0029]如圖6所示，為本實用新型電容器投切的開關電路的實際工作測試投入波形。從電容器的電流波形可以明顯看出，電容器電流由電流過零點投入，接入電網，無湧流。
[0030]如圖7所示，為本實用新型電容器投切的開關電路的實際工作測試退出波形。從電容器的電流波形可以明顯看出，電容器的電流在電流過零點自動關斷，退出電網，關斷過程為有效的電流過零關斷。
【權利要求】
1.一種用於電容器投切的開關電路，其特徵在於:用於電容器投切的開關電路由一路單向導通部件和一路可控式機械開關部件並聯構成。
2.如權利要求1所述的用於電容器投切的開關電路，其特徵在於:單向導通部件可以為二極體等具有單向導通特性的部件，可控式機械開關部件可以為磁保持繼電器、交流接觸器等可控式機械開關部件。
3.如權利要求1所述的用於電容器投切的開關電路，其特徵在於:單向導通部件的導通方向可以為電網側向電容器側方向，亦可為電容器側向電網側方向。
【文檔編號】H03K17/74GK204089761SQ201420595821
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】不公告發明人 申請人:南京諾聯配電科技有限公司